Luận văn thạc sĩ về định tuyến bước sóng và quản lý lưu lượng theo công nghệ GMPLS

Khám phá luận văn thạc sĩ về định tuyến bước sóng kết hợp quản lý lưu lượng theo công nghệ GMPLS, ứng dụng trong mạng viễn thông hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Văn Đôn
• Người hướng dẫn: Cô Phạm Hồng Liên
• Đề tài: Nghiên cứu định tuyến bước sóng và quản lý lưu lượng trong công nghệ GMPLS
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• Bảng danh sách các chữ viết tắt
• Danh sách các hình
• Danh sách các bảng
• 1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về hƣớng nghiên cứu
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.4. Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu
• 1.5. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 1.7. Cấu trúc của luận văn
• 2. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu chƣơng
• 2.2. Tổng quan các công nghệ chuyển mạch hiện tại
• 2.2.1. Sơ lƣợc về các công nghệ mạng lõi Internet
• 2.2.1.1. Mạng lõi dùng router
• 2.2.1.2. Mạng lõi dùng switch
• 2.2.2. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
• 2.2.3. Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (G-MPLS)
• 2.2.3.1. Sự phát triển của GMPLS trong IETF
• 2.2.3.2. Một số khái niệm trong GMPLS
• 2.2.3.2.1. Nhãn trong GMPLS
• 2.2.3.2.2. Loại chuyển mạch
• 2.2.3.2.3. Đƣờng chuyển mạch nhãn (LSP)
• 2.2.3.2.4. Báo hiệu gán địa chỉ
• 2.2.3.2.5. Nhãn và tài nguyên
• 2.2.3.2.6. Giao diện LSR
• 2.2.3.2.7. Phiên, đƣờng hầm và LSP
• 2.2.3.2.8. Kỹ thuật điều khiển phân tán trong GMPLS
• 2.2.4. Sơ lƣợc về bộ giao thức trong GMPLS
• 2.2.4.1. Các chức năng mặt phẳng điều khiển
• 2.2.4.2. Giao thức định tuyến trong GMPLS
• 2.2.5. Mở rộng giao thức định tuyến
• 2.2.6. Giao thức báo hiệu trong GMPLS
• 2.2.7. Mở rộng giao thức báo hiệu
• 2.2.8. Giao thức quản lý liên kết LMP trong GMPLS
• 2.2.9. Sự khác nhau giữa MPLS và GMPLS
• 2.3. Kết luận chƣơng
• 3. CHƢƠNG 3: GMPLS VÀ QUẢN LÝ LƢU LƢỢNG
• 3.1. Giới thiệu chƣơng
• 3.2. Khái niệm về kỹ thuật lƣu lƣợng
• 3.3. Quản lý lƣu lƣợng trong mạng IP/MPLS
• 3.4. Quản lý lƣu lƣợng trong mạng truyền dẫn
• 3.5. Quản lý lƣu lƣợng trong GMPLS
• 3.5.1. Các đặc tính của liên kết TE trong GMPLS
• 3.5.2. Cách thức quản lý lƣu lƣợng trong GMPLS
• 3.5.3. Các Vùng quản lý lƣu lƣợng và các Lớp chuyển mạch trong GMPLS
• 3.5.4. Mặt phẳng điều khiển trong GMPLS
• 3.6. Bộ giao thức GMPLS với quản lý lƣu lƣợng
• 3.6.1. Giao thức định tuyến OSPF mở rộng
• 3.6.1.1. Phân cấp đƣờng chuyển mạch nhãn LSP
• 3.6.1.2. Các liên kết không đánh số
• 3.6.1.3. Quảng bá liên kết TE
• 3.6.2. Giao thức báo hiệu RSVP-TE mở rộng
• 3.6.2.1. Cách thức thiết lập và quản lý LSP trong RSVP-TE
• 3.6.2.2. Báo hiệu thiết lập nhãn trong RSVP-TE mở rộng
• 3.6.3. Giao thức quản lý đƣờng kết nối – LMP
• 3.6.3.1. Đƣờng kết nối TE trong GMPLS
• 3.6.3.2. Các loại đƣờng liên kết dữ liệu
• 3.6.3.3. Các chức năng của LMP
• 3.6.3.4. Quản lý kênh điều khiển
• 3.6.3.5. Sự tƣơng quan thuộc tính đƣờng kết nối
• 3.6.3.6. Xác nhận kết nối
• 3.7. Kết luận chƣơng
• 4. CHƢƠNG 4:BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC DỊCH VỤ TRONG GMPLS
• 4.1. Giới thiệu chƣơng
• 4.2. Bảo vệ và phục hồi dịch vụ trong GMPLS
• 4.2.1. Phục hồi mức liên kết
• 4.2.1.1. Mô hình đơn hƣớng dùng riêng 1+1
• 4.2.1.2. Mô hình song hƣớng dùng riêng 1+1
• 4.2.1.3. Mô hình dùng riêng 1:1 với lƣu lƣợng ngoài
• 4.2.1.4. Mô hình chia sẻ M:N
• 4.2.1.5. Mô hình bảo vệ nâng cao
• 4.2.2. Phục hồi mức đƣờng
• 4.2.2.1. Miền phục hồi đƣờng
• 4.2.2.2. Phục hồi đƣờng đầu cuối - đến - đầu cuối
• 4.2.2.3. Phục hồi chặng (nội bộ)
• 4.3. Kết luận chƣơng
• 5. CHƢƠNG 5: CÁC MÔ HÌNH DỊCH VỤ GMPLS VÀ ỨNG DỤNG
• 5.1. Giới thiệu chƣơng
• 5.2. Các mô hình dịch vụ GMPLS
• 5.2.1. Mô hình ngang hàng (Peer model)
• 5.2.2. Mô hình phủ lấp (Overlay model)
• 5.2.3. Mô hình lai ghép (Hybrid Model)
• 5.3. Mạng quang ASON
• 5.3.1. Sự phát triển của ASON trong ITU-T
• 5.3.2. Sự kết hợp cấu trúc ASON của ITU-T và bộ giao thức GMPLS của IETF
• 5.3.3. Cấu trúc vật lý hệ thống ASON
• 5.3.4. Các điểm tham chiếu giao diện mạng ASON
• 5.3.5. Phân lớp hệ thống mạng ASON
• 5.3.6. Cấu trúc node ASON
• 5.3.7. Các loại kết nối và liên kết trong ASON
• 5.3.8. Hoạt động của mạng quang với nền điều khiển GMPLS
• 5.3.9. Hoạt động của giao thức LMP trong ASON/GMPLS
• 5.3.10. Hoạt động của giao thức OSPF-TE trong ASON/GMPLS
• 5.3.11. Hoạt động của giao thức RSVP-TE trong ASON/GMPLS
• 5.4. Ứng dụng GMPLS của một số hãng
• 5.4.1. Giải pháp S-GMPLS của Cisco
• 5.4.2. Giải pháp CORE NODE của Alcatel
• 5.5. Mạng thông tin Quân sự và khả năng áp dụng GMPLS
• 5.5.1. Tổ chức mạng
• 5.5.2. Cấu trúc mạng hiện tại và hƣớng phát triển trong tƣơng lai
• 5.5.3. Đề xuất giải pháp ứng dụng GMPLS vào mạng truyền tải quang hiện tại
• 5.5.4. Một số khó khăn cần cân nhắc khi triển khai GMPLS
• 5.5.5. Hiệu quả sử dụng tài nguyên của mạng quang ASON/GMPLS
• 5.6. Kết luận chƣơng
• 6. CHƢƠNG VI: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN MẠNG QUANG DWDM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GMPLS
• 6.1. Giới thiệu chƣơng
• 6.2. Đánh giá dựa trên kết quả mô phỏng
• 6.2.1. Thông lƣợng mạng (through put)
• 6.2.2. Hiệu suất sử dụng bƣớc sóng
• 6.2.3. Độ trễ truyền dẫn trung bình (delay)
• 6.2.4. độ biến thiên trễ (Jitter)
• 6.2.5. Lƣu đồ giải thuật tính toán các thông số QoS
• 6.2.5.1. Lựa chọn phần mềm mô phỏng
• 6.2.5.2. Mô hình và kịch bản mô phỏng
• 6.2.5.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá
• 6.3. Kết luận chƣơng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu định tuyến bước sóng trong GMPLS

Nghiên cứu định tuyến bước sóng và quản lý lưu lượng trong công nghệ GMPLS đang trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực viễn thông. GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) là một công nghệ tiên tiến cho phép quản lý và tối ưu hóa tài nguyên mạng quang. Việc hiểu rõ về GMPLS và các ứng dụng của nó trong định tuyến bước sóng là rất quan trọng để phát triển mạng quang hiện đại.

1.1. Khái niệm về GMPLS và định tuyến bước sóng

GMPLS là một công nghệ cho phép định tuyến và quản lý tài nguyên mạng quang. Định tuyến bước sóng là quá trình xác định các bước sóng quang để truyền tải dữ liệu, giúp tối ưu hóa băng thông và giảm thiểu tắc nghẽn.

1.2. Lợi ích của GMPLS trong mạng quang

Công nghệ GMPLS mang lại nhiều lợi ích cho mạng quang, bao gồm khả năng tự động hóa, tối ưu hóa tài nguyên và cải thiện chất lượng dịch vụ. Điều này giúp các nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng nhanh chóng nhu cầu của khách hàng.

II. Thách thức trong quản lý lưu lượng và định tuyến bước sóng

Mặc dù GMPLS mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc quản lý lưu lượng và định tuyến bước sóng. Các vấn đề như tắc nghẽn mạng, độ trễ và khả năng phục hồi khi có sự cố là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Vấn đề tắc nghẽn trong mạng quang

Tắc nghẽn mạng xảy ra khi lưu lượng dữ liệu vượt quá khả năng xử lý của mạng. Điều này có thể dẫn đến giảm chất lượng dịch vụ và tăng độ trễ trong truyền tải dữ liệu.

2.2. Độ trễ và khả năng phục hồi trong GMPLS

Độ trễ trong mạng quang có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng. Khả năng phục hồi khi có sự cố cũng là một yếu tố quan trọng, yêu cầu các giải pháp hiệu quả để đảm bảo tính liên tục của dịch vụ.

III. Phương pháp tối ưu hóa định tuyến bước sóng trong GMPLS

Để giải quyết các thách thức trong quản lý lưu lượng, nhiều phương pháp tối ưu hóa đã được phát triển. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mạng mà còn đảm bảo chất lượng dịch vụ.

3.1. Các thuật toán định tuyến hiệu quả

Sử dụng các thuật toán định tuyến thông minh giúp tối ưu hóa việc gán bước sóng và giảm thiểu tắc nghẽn. Các thuật toán này có thể dựa trên thông tin trạng thái mạng để đưa ra quyết định tốt nhất.

3.2. Kỹ thuật quản lý lưu lượng trong GMPLS

Quản lý lưu lượng trong GMPLS bao gồm việc phân bổ tài nguyên một cách hợp lý và điều chỉnh lưu lượng để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Các kỹ thuật này giúp duy trì chất lượng dịch vụ trong mạng quang.

IV. Ứng dụng thực tiễn của GMPLS trong mạng quang

GMPLS đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều mạng quang hiện đại. Các ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn nâng cao khả năng phục hồi và quản lý tài nguyên.

4.1. Ứng dụng trong mạng viễn thông

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã triển khai GMPLS để tối ưu hóa mạng của họ. Việc này giúp cải thiện khả năng phục hồi và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

4.2. Ứng dụng trong mạng quân sự

Trong lĩnh vực quân sự, GMPLS được sử dụng để đảm bảo tính bảo mật và độ tin cậy cao trong truyền tải dữ liệu. Điều này rất quan trọng cho các hoạt động chiến lược và điều hành.

V. Kết luận và tương lai của GMPLS trong công nghệ mạng

GMPLS đang trở thành một phần quan trọng trong công nghệ mạng hiện đại. Tương lai của GMPLS hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến trong quản lý lưu lượng và định tuyến bước sóng.

5.1. Xu hướng phát triển của GMPLS

Xu hướng phát triển của GMPLS sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng tự động hóa và tối ưu hóa tài nguyên. Điều này sẽ giúp các nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng nhanh chóng nhu cầu của thị trường.

5.2. Thách thức trong tương lai

Mặc dù GMPLS có nhiều tiềm năng, nhưng vẫn cần phải giải quyết các thách thức như bảo mật và khả năng mở rộng. Các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet cùng nhu cầu truyền dẫn băng thông lớn với tốc độ từ 10 Gbps đến 100 Gbps trên mỗi bước sóng đã đặt ra thách thức nghiêm trọng cho hạ tầng viễn thông hiện đại. Tại Việt Nam, nhiều hệ thống mạng truyền dẫn quân sự và dân sự vẫn hoạt động dựa trên kiến trúc ghép kênh phân chia theo thời gian SDH kết hợp ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM được cấu hình hoàn toàn thủ công. Phương thức quản lý tĩnh này khiến hiệu suất sử dụng tài nguyên bước sóng chỉ đạt dưới 45%, thời gian thiết lập hoặc tái cấu hình tuyến kết nối kéo dài từ vài giờ đến nhiều ngày, đồng thời không thể đáp ứng yêu cầu truyền tải đa dịch vụ thời gian thực.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là làm thế nào để tích hợp trí thông minh của mặt phẳng điều khiển IP vào lớp truyền tải quang vật lý, nhằm tự động hóa quy trình phân bổ tài nguyên và tối ưu hóa chất lượng dịch vụ QoS. Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp định tuyến bước sóng kết hợp kỹ thuật quản lý lưu lượng TE dựa trên công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình mạng quang tự động ASON/GMPLS có khả năng phân bổ bước sóng động, cách ly sự cố tức thời và nâng cao hiệu quả khai thác mạng truyền số liệu quân sự. Phạm vi nghiên cứu bao quát từ lý thuyết chuẩn hóa của IETF, ITU-T đến việc triển khai mô phỏng trên nền tảng NS-2 với các kịch bản lưu lượng phức tạp. Công trình mang lại giá trị thực tiễn to lớn khi cung cấp cơ sở kỹ thuật chuẩn xác giúp rút ngắn thời gian phục hồi tuyến xuống dưới 50 mili giây và tối ưu hóa hơn 80% dung lượng sợi quang.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên hai nền tảng kiến trúc mạng chuyển mạch tiên tiến gồm khuôn khổ GMPLS do tổ chức IETF chuẩn hóa và kiến trúc mạng quang chuyển mạch tự động ASON theo khuyến nghị của ITU-T. GMPLS là bước phát triển tổng quát hóa từ công nghệ MPLS, mở rộng khả năng điều khiển từ mạng chuyển mạch gói thuần túy sang các tầng truyền dẫn quang và vô tuyến. Mô hình quản lý lưu lượng đa lớp trong GMPLS phân chia khả năng chuyển mạch thành 4 phân cấp rõ rệt: chuyển mạch gói PSC, chuyển mạch phân chia theo thời gian TDM, chuyển mạch bước sóng LSC và chuyển mạch sợi quang FSC.

Trong cấu trúc này, 5 khái niệm cốt lõi đóng vai trò định hình hệ thống bao gồm: Nhãn tổng quát đại diện trực tiếp cho tài nguyên vật lý như khe thời gian hoặc bước sóng quang 32-bit; Đường chuyển mạch nhãn phân cấp H-LSP; Cơ sở dữ liệu kỹ thuật lưu lượng TED; Liên kết không đánh số Unnumbered Link; và Nhóm liên kết có cùng mức độ rủi ro SRLG. Mặt phẳng điều khiển GMPLS vận hành dựa trên bộ ba giao thức đồng bộ: giao thức định tuyến OSPF-TE mở rộng theo RFC 2370 với các khối Sub-TLV chuyên biệt như Sub-TLV 11 định danh liên kết, Sub-TLV 14 phân loại bảo vệ, Sub-TLV 15 mô tả năng lực chuyển mạch và Sub-TLV 16 quản lý rủi ro; giao thức báo hiệu RSVP-TE mở rộng thực hiện thiết lập tuyến tường minh; cùng giao thức quản lý liên kết LMP hoạt động trên cổng UDP 701 nhằm giám sát tính sẵn sàng của kênh dữ liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết tiêu chuẩn viễn thông và phương pháp thực nghiệm mô phỏng số học chuyên sâu. Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được thu thập từ cấu trúc mạng truyền số liệu quân sự thực tế kết hợp với các bộ thông số kỹ thuật chuẩn hóa từ Cisco và Alcatel-Lucent. Nhằm đánh giá chính xác hành vi mạng mà không làm gián đoạn hạ tầng vật lý đang vận hành, tác giả lựa chọn phần mềm mô phỏng mạng chuyên dụng NS-2 tích hợp mô-đun mở rộng MNS để xây dựng kịch bản thử nghiệm mạng quang DWDM.

Quy trình chọn mẫu mô phỏng được thiết kế có chủ đích với mô hình mạng gồm các nút quang ghép chéo OXC, bộ định tuyến biên LER và hệ thống đường truyền quang hỗ trợ 3 bước sóng độc lập ký hiệu từ λ1 đến λ3. Mẫu dữ liệu thử nghiệm bao gồm 5 luồng lưu lượng LSP định danh từ 1100 đến 1500 với các yêu cầu băng thông và mức ưu tiên khác nhau, được truyền liên tục trong cửa sổ thời gian mô phỏng 100 giây. Phương pháp phân tích định lượng được ưu tiên lựa chọn để đo lường 4 chỉ số hiệu năng then chốt: thông lượng mạng Throughput tính bằng Mbps, độ trễ truyền dẫn trung bình tính bằng mili giây, độ biến thiên trễ Jitter và tỷ lệ phần trăm hiệu suất sử dụng bước sóng. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, xây dựng thuật toán và trích xuất dữ liệu được thực hiện nghiêm ngặt trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả thực nghiệm mô phỏng trên phần mềm NS-2 đã chứng minh tính vượt trội của cơ chế định tuyến bước sóng động và quản lý lưu lượng theo công nghệ GMPLS so với hạ tầng truyền thống qua 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, hiệu suất sử dụng bước sóng quang trong mạng GMPLS đạt mức trung bình 82.5%, cao hơn 39.3% so với mức 43.2% của mạng cấu hình tĩnh thủ công. Việc tự động cấp phát các luồng LSP 1100 và 1200 trên bước sóng λ1, luồng 1300 trên bước sóng λ2, luồng 1400 và 1500 trên bước sóng λ3 đã loại bỏ hoàn toàn tình trạng lãng phí băng thông cục bộ.

Thứ hai, độ trễ truyền dẫn trung bình của toàn mạng giảm mạnh 35.8%, từ mức 18.6 mili giây trong cấu hình định tuyến thông thường xuống còn 11.9 mili giây khi áp dụng giải thuật OSPF-TE kết hợp định tuyến ràng buộc trực tuyến CBR.

Thứ ba, thông lượng truyền dẫn đạt trạng thái bão hòa ổn định ở mức 98.6% dung lượng khả dụng của kênh truyền. Ngay cả khi mật độ tải tăng cao trên các chặng đa bước sóng, hiện tượng nghẽn cổ chai tại các nút chuyển mạch quang OXC hoàn toàn không xuất hiện nhờ cơ chế phân bổ tải động qua bảng thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.

Thứ tư, cơ chế bảo vệ và khôi phục dịch vụ tự động theo cấu hình 1+1 và 1:1 đạt thời gian chuyển mạch bảo vệ thực tế dưới 48 mili giây, đáp ứng hoàn hảo tiêu chuẩn khắt khe dưới 50 mili giây của các dịch vụ chỉ huy quân sự và truyền hình hội nghị độ nét cao.

Thảo luận kết quả

Sự cải thiện vượt bậc về các chỉ số QoS bắt nguồn từ việc tách biệt hoàn toàn giữa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu trong kiến trúc GMPLS. Trong khi mạng SDH/DWDM truyền thống đòi hỏi hệ thống quản lý mạng NMS tập trung can thiệp vào từng nút mạng gây ra độ trễ lớn, GMPLS sử dụng giao thức LMP để liên tục thăm dò trạng thái liên kết và OSPF-TE để quảng bá tức thời các thuộc tính TE. Khi xuất hiện yêu cầu kết nối, bộ định tuyến biên có thể tự động tính toán tuyến đường tối ưu dựa trên cơ sở dữ liệu TED mà không phụ thuộc vào địa chỉ IP đích đơn thuần.

Dữ liệu mô phỏng được trực quan hóa sinh động qua các đồ thị phân tích. Biểu đồ đường biểu diễn thông lượng truyền dẫn theo thời gian cho thấy 5 luồng LSP duy trì đường truyền thẳng tắp, không hề có sự sụt giảm lưu lượng đột ngột. Đồng thời, biểu đồ cột so sánh hiệu suất bước sóng quang λ1, λ2 và λ3 minh chứng rõ nét sự phân bổ tải đồng đều, với tỷ lệ chiếm dụng tài nguyên tại mỗi bước sóng dao động ổn định trong khoảng từ 80% đến 85%. So sánh với các nghiên cứu triển khai giải pháp S-GMPLS của Cisco hay CORE NODE của Alcatel, kết quả của luận văn hoàn toàn tương đồng về mặt động học mạng, khẳng định tính đúng đắn và khả năng áp dụng trực tiếp vào mạng thông tin truyền dẫn đa lớp tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm mô phỏng, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm hiện đại hóa mạng truyền dẫn:

Thứ nhất, chuyển đổi mặt phẳng điều khiển tập trung sang phân tán: Bộ Tư lệnh Thông tin Liên lạc cần phê duyệt lộ trình nâng cấp các thiết bị ghép chéo quang OXC và định tuyến biên LER hỗ trợ bộ giao thức GMPLS. Mục tiêu đặt ra là cắt giảm 60% thời gian cấu hình dịch vụ mạng lõi trong thời gian thực hiện 18 tháng, do Phòng Truyền dẫn - Truyền số liệu chủ trì triển khai.

Thứ hai, chuẩn hóa quy trình cách ly sự cố và bảo vệ đa lớp: Trung tâm Công nghệ cao cần tích hợp giao thức LMP trên toàn bộ các tuyến cáp quang trục và kích hoạt cơ chế nhận dạng rủi ro chia sẻ SRLG. Giải pháp này hướng tới mục tiêu duy trì tỷ lệ sẵn sàng của mạng đạt mức 99.999%, đảm bảo thời gian tự động phục hồi sự cố đứt cáp dưới 50 mili giây trong khung thời gian 12 tháng.

Thứ ba, tối ưu hóa định tuyến và gán bước sóng RWA động: Đội ngũ kỹ sư vận hành mạng cần cài đặt thuật toán tìm đường ngắn nhất có điều kiện CBR kết hợp cơ sở dữ liệu TED trên các giao diện chuyển mạch PSC, TDM và LSC. Mục tiêu cụ thể là nâng cao hiệu suất khai thác tài nguyên bước sóng lên trên 85% trong vòng 6 tháng kể từ khi áp dụng.

Thứ tư, xây dựng mô hình mạng ASON lai ghép từng phần: Ban Quản lý dự án viễn thông quân sự phối hợp với các đối tác cung cấp thiết bị viễn thông thiết lập kiến trúc tích hợp mạng IP/MPLS trên nền ASON/GMPLS theo từng giai đoạn, giúp tiết kiệm 30% ngân sách vận hành và bảo trì trong tầm nhìn chiến lược 2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm sau:

Thứ nhất, cán bộ quản lý và sĩ quan kỹ thuật thuộc lực lượng thông tin liên lạc quân sự: Luận văn cung cấp luận cứ khoa học vững chắc và giải pháp khả thi để nâng cấp hạ tầng mạng SDH/DWDM tĩnh hiện hữu thành mạng quang thông minh ASON/GMPLS có độ bảo mật, độ tin cậy và tính linh hoạt cao trong mọi tình huống tác chiến.

Thứ tư, kỹ sư quy hoạch mạng và chuyên gia vận hành tại các nhà khai thác viễn thông việt nam: Tài liệu mang đến hướng dẫn chi tiết về cấu hình mở rộng giao thức OSPF-TE, RSVP-TE và giao thức LMP, hỗ trợ tối ưu hóa hơn 35% hiệu năng truyền dẫn trên các mạng trục liên tỉnh.

Thứ ba, học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông: Luận văn là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp xây dựng kịch bản mô phỏng mạng quang trên phần mềm NS-2, lưu đồ thuật toán tính toán thông số QoS và phân tích kiến trúc mạng thế hệ sau NGN.

Thứ tư, các chuyên gia phát triển phần mềm nhúng và hệ thống quản lý mạng viễn thông: Công trình mở ra hướng tiếp cận sâu về cấu trúc bản tin Opaque LSA RFC 2370, cấu trúc nhãn 32-bit và cơ chế phân phối nhãn xuôi dòng theo yêu cầu phục vụ công tác thiết kế các thiết bị mạng thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ GMPLS khác biệt căn bản như thế nào so với công nghệ MPLS truyền thống? MPLS ban đầu được thiết kế chuyên biệt cho mạng chuyển mạch gói với các bộ định tuyến IP. Ngược lại, GMPLS tổng quát hóa khái niệm nhãn từ một trường số học tùy ý thành tài nguyên vật lý thực tế. GMPLS mở rộng mặt phẳng điều khiển để quản lý đồng thời 4 tầng chuyển mạch gồm gói PSC, khe thời gian TDM, bước sóng LSC và sợi quang FSC.

Giao thức OSPF-TE đóng vai trò gì trong việc định tuyến bước sóng quang? OSPF-TE sử dụng bản tin Opaque LSA chuẩn RFC 2370 để phát quảng bá các thuộc tính kỹ thuật lưu lượng của liên kết vật lý. Thông qua các trường Sub-TLV 11, 14, 15 và 16, OSPF-TE giúp các nút mạng xây dựng cơ sở dữ liệu TED chính xác, phục vụ thuật toán tìm đường tối ưu thỏa mãn các ràng buộc về băng thông và bước sóng.

Tại sao mạng truyền dẫn quân sự cần chuyển đổi sang mô hình ASON kết hợp GMPLS? Mạng quân sự hiện tại dùng công nghệ SDH/DWDM cấu hình nhân công nên tốc độ đáp ứng chậm và hiệu suất sử dụng bước sóng thấp dưới 45%. Việc áp dụng ASON/GMPLS tạo ra mặt phẳng điều khiển phân tán tự động, giúp thiết lập tuyến liên lạc tức thời và tự động chuyển mạch khôi phục dịch vụ trong thời gian dưới 50 mili giây khi xảy ra sự cố đứt tuyến.

Giao thức quản lý liên kết LMP hoạt động như thế nào trong hệ thống GMPLS? LMP là giao thức ứng dụng điểm nối điểm chạy trên cổng UDP 701 giữa các nút mạng lân cận. Giao thức này đảm nhận 4 nhiệm vụ sống còn: duy trì và giám sát tính liên tục của kênh điều khiển, tự động phát hiện các liên kết dữ liệu mới, kiểm tra tính toàn vẹn của kết nối quang và cô lập vị trí xuất hiện lỗi đường truyền.

Cơ chế nhóm liên kết chia sẻ rủi ro SRLG mang lại lợi ích gì cho việc bảo vệ mạng? SRLG gán một mã định danh 4 byte cho tập hợp các liên kết quang đi chung một tuyến cáp hoặc cùng một ống dẫn vật lý. Nhờ thông tin này từ Sub-TLV 16, thuật toán định tuyến sẽ tự động chọn tuyến dự phòng độc lập hoàn toàn về mặt vật lý, tránh tình trạng cả tuyến chính lẫn tuyến bảo vệ cùng bị gián đoạn khi xảy ra một sự cố đứt cáp duy nhất.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết triệt để bài toán nâng cấp mạng truyền tải quang tĩnh sang mạng quang tự động thông minh bằng việc ứng dụng toàn diện bộ giao thức GMPLS.
• Xây dựng thành công mô hình định tuyến bước sóng kết hợp kỹ thuật lưu lượng TE, giúp nâng cao hiệu suất khai thác tài nguyên bước sóng từ 43.2% lên mức 82.5%.
• Tối ưu hóa chất lượng mạng vượt bậc với độ trễ truyền dẫn giảm 35.8%, thông lượng đạt 98.6% và thời gian khôi phục sự cố tự động đạt chuẩn dưới 50 mili giây.
• Đề xuất mô hình kiến trúc ASON/GMPLS khả thi cả về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật, phù hợp hoàn hảo với hiện trạng mạng truyền dẫn quân sự Việt Nam theo lộ trình nâng cấp 3 giai đoạn từ 6 tháng đến 24 tháng.
• Các đơn vị viễn thông và cơ quan nghiên cứu chuyên ngành nên sớm triển khai thử nghiệm diện hẹp mô hình này trên các tuyến truyền dẫn trọng điểm để chuẩn bị cho quá trình chuyển đổi số toàn diện mạng truyền dẫn thế hệ mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 04 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Đôn LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho Em trong suốt khóa học, giúp Em có đủ kiến thức và khả năng hoàn thành Đề tài Luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn Cô Phạm Hồng Liên, các Anh, Chị trong Phòng Truyền dẫn - Truyền số liệu/ Trung tâm Công nghệ cao Bộ tư lệnh Thông tin - Liên lạc đã hết lòng quan tâm và hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi để Em có thể hoàn thành tốt nội dung Luận văn.

Xin cảm ơn Cha, Mẹ đã động viên Con trong suốt thời gian qua, giúp Con hiểu lẽ phải, sống có động lực vì những lý tưởng cao cả, vì những điều tốt đẹp nhất. Xin cảm ơn tất cả các Bạn bè trong và ngoài lớp đã động viên, khích lệ trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện Luận văn này. Thành phố Hồ Chí Minh Ngày 07 tháng 04 năm 2013 MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài………………………………………………………………i Lý lịch cá nhân …………………………………………………………………….ii Lời cam đoan…. iii Lời cảm tạ .iv Bảng danh sách các chữ viết tắt.ix Danh sách các hình .xi Danh sách các bảng.xiii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Tổng quan về hƣớng nghiên cứu .2 Tính cấp thiết của đề tài .3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .4 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu.5 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu.6 Phƣơng pháp nghiên cứu .7 Cấu trúc của luận văn .5 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Giới thiệu chƣơng. Tổng quan các công nghệ chuyển mạch hiện tại .1 Sơ lƣợc về các công nghệ mạng lõi Internet .1 Mạng lõi dùng router.2 Mạng lõi dùng switch.2 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (G-MPLS) .1 Sự phát triển của GMPLS trong IETF .2 Một số khái niệm trong GMPLS .1 Nhãn trong GMPLS .2 Loại chuyển mạch .3 Đƣờng chuyển mạch nhãn (LSP).4 Báo hiệu gán địa chỉ .5 Nhãn và tài nguyên .6 Giao diện LSR .7 Phiên, đƣờng hầm và LSP .8 Kỹ thuật điều khiển phân tán trong GMPLS .4 Sơ lƣợc về bộ giao thức trong GMPLS .1 Các chức năng mặt phẳng điều khiển .2 Giao thức định tuyến trong GMPLS .2 Mở rộng giao thức định tuyến .3 Giao thức báo hiệu trong GMPLS .2 Mở rộng giao thức báo hiệu .4 Giao thức quản lý liên kết LMP trong GMPLS .5 Sự khác nhau giữa MPLS và GMPLS .6 Kết luận chƣơng .26 CHƢƠNG 3: GMPLS VÀ QUẢN LÝ LƢU LƢỢNG.1 Giới thiệu chƣơng. Khái niệm về kỹ thuật lƣu lƣợng .3 Quản lý lƣu lƣợng trong mạng IP/MPLS. Quản lý lƣu lƣợng trong mạng truyền dẫn .5 Quản lý lƣu lƣợng trong GMPLS .1 Các đặc tính của liên kết TE trong GMPLS .2 Cách thức quản lý lƣu lƣợng trong GMPLS .3 Các Vùng quản lý lƣu lƣợng và các Lớp chuyển mạch trong GMPLS .4 Mặt phẳng điều khiển trong GMPLS .6 Bộ giao thức GMPLS với quản lý lƣu lƣợng .1 Giao thức định tuyến OSPF mở rộng .1 Phân cấp đƣờng chuyển mạch nhãn LSP .2 Các liên kết không đánh số.4 Quảng bá liên kết TE .2 Giao thức báo hiệu RSVP-TE mở rộng .1 Cách thức thiết lập và quản lý LSP trong RSVP-TE .2 Báo hiệu thiết lập nhãn trong RSVP-TE mở rộng.3 Giao thức quản lý đƣờng kết nối – LMP .1 Đƣờng kết nối TE trong GMPLS.2 Các loại đƣờng liên kết dữ liệu .3 Các chức năng của LMP .4 Quản lý kênh điều khiển .5 Sự tƣơng quan thuộc tính đƣờng kết nối .6 Xác nhận kết nối .7 Kết luận chƣơng .58 CHƢƠNG 4:BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC DỊCH VỤ TRONG GMPLS .1 Giới thiệu chƣơng .2 Bảo vệ và phục hồi dịch vụ trong GMPLS .1 Phục hồi mức liên kết .1 Mô hình đơn hƣớng dùng riêng 1+1.2 Mô hình song hƣớng dùng riêng 1+1 .3 Mô hình dùng riêng 1:1 với lƣu lƣợng ngoài .4 Mô hình chia sẻ M:N .5 Mô hình bảo vệ nâng cao.2 Phục hồi mức đƣờng .1 Miền phục hồi đƣờng .2 Phục hồi đƣờng đầu cuối - đến - đầu cuối .3 Phục hồi chặng (nội bộ) .3 Kết luận chƣơng .68 CHƢƠNG 5: CÁC MÔ HÌNH DỊCH VỤ GMPLS VÀ ỨNG DỤNG .1 Giới thiệu chƣơng.2 Các mô hình dịch vụ GMPLS.1 Mô hình ngang hàng (Peer model).2 Mô hình phủ lấp (Overlay model).3 Mô hình lai ghép (Hybrid Model).3 Mạng quang ASON .1 Sự phát triển của ASON trong ITU-T.2 Sự kết hợp cấu trúc ASON của ITU-T và bộ giao thức GMPLS của IETF .3 Cấu trúc vật lý hệ thống ASON.4 Các điểm tham chiếu giao diện mạng ASON.5 Phân lớp hệ thống mạng ASON.6 Cấu trúc node ASON.7 Các loại kết nối và liên kết trong ASON.8 Hoạt động của mạng quang với nền điều khiển GMPLS.9 Hoạt động của giao thức LMP trong ASON/GMPLS.10 Hoạt động của giao thức OSPF-TE trong ASON/GMPLS.11 Hoạt động của giao thức RSVP-TE trong ASON/GMPLS.4 Ứng dụng GMPLS của một số hãng.1 Giải pháp S-GMPLS của Cisco.2 Giải pháp CORE NODE của Alcatel.5 Mạng thông tin Quân sự và khả năng áp dụng GMPLS.1 Tổ chức mạng.2 Cấu trúc mạng hiện tại và hƣớng phát triển trong tƣơng lai.3 Đề xuất giải pháp ứng dụng GMPLS vào mạng truyền tải quang hiện tại.4 Một số khó khăn cần cân nhắc khi triển khai GMPLS.5 Hiệu quả sử dụng tài nguyên của mạng quang ASON/GMPLS.

Kết luận chƣơng .93 CHƢƠNG VI: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN MẠNG QUANG DWDM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GMPLS .1 Giới thiệu chƣơng .2 Đánh giá dựa trên kết quả mô phỏng .1 Thông lƣợng mạng (through put) .2 Hiệu suất sử dụng bƣớc sóng .3 Độ trễ truyền dẫn trung bình (delay) .4 độ biến thiên trễ (Jitter) .5 Lƣu đồ giải thuật tính toán các thông số QoS .1 Lựa chọn phần mềm mô phỏng .2 Mô hình và kịch bản mô phỏng .3 Kết quả mô phỏng và đánh giá .4 Kết luận chƣơng .107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .110 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ AS Autonomous System Hệ thống tự trị ATM Asynchronous Transfer Mode Kiểu truyền tải không đồng bộ ADSL Asymmetric Digital Subscriber Đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng Line ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền khơng đồng bộ ASON Automatic Switched Optical Mạng quang chuyển mạch tự động Network BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng nối biên BLSR Bi-directional Line Switched Ring Vùng chuyển mạch đƣờng dây 2 chiều CoS Class of Service Lớp dịch vụ CE Customer Edge Thiết bị đặt tại biên mạng ngƣời dùng (khách hàng) CR-LDP Constraint-Based Routing/Label Giao thức phân phối nhãn/định tuyến Distribution Protocol có điều kiện Diffserv Differentiated Services Model Kiểu dịch vụ phân biệt DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bƣớc sóng mật độ Multiplexing cao ER Explicit Route Tuyến tƣờng minh ERB Explicit Routing Table Bảng định tuyến tƣờng minh FEC Forward Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng GMPLS Generalized Multi Protocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng Switch quát GVSI Generalized Virtual Switching Đối tƣợng chuyển mạch ảo đƣợc Instance tổng quát hóa GVPN Generalized VPN Mạng riêng ảo tổng quát hóa IETF Internet Engineering Task Force Một tổ chức quản lý kỹ thuật Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng kết nối nội vùng IP Internet Protocol Giao thức liên mạng ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU International Telecommunications Hiệp hội viễn thơng quốc tế Union LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LFIB Label Fowarding Information Cơ sở dữ liệu thơng tin chuyển tiếp Database nhãn LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý tuyến (liên kết) LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên nhãn LSD Link State Database Cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết LSR Lable Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ix LSP Label Switched Path Đƣờng chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn MPLS MultiProtocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng NNI Network-to-Network Interface Giao diện mạng - mạng NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Mục chuyển tiếp nhãn tiếp theo NS Network Simulator Bộ mô phỏng mạng MNS MPLS Network Simulator Bộ mô phỏng mạng MPLS OIF Optical Interworking Forum Diễn đàn mạng liên kết quang OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến tìm đƣờng ngắn nhất OTN Optical Transport Network Mạng truyền dẫn quang OXC Optical (WDM) Cross-Connect Nối chéo quang PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Truyền dẫn số cận đồng bộ PE Provider Edge Thiết bị đặt tại biên mạng nhà cung cấp QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức báo hiệu thiết lập tài nguyên RWA Routing and Wavelength Định tuyến và gán bƣớc sĩng quang Assignment SDH Synchronous Digital Hierarchy Truyền dẫn đồng bộ SLA Service Level Agreement Quản lý cấp độ dịch vụ SPT Shortest Path Tree Cây đƣờng ngắn nhất SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPF Shortest Path First Đƣờng ngắn nhất trƣớc tiên SRLG Shared Risk Link Group Nhóm kết nối có cùng nguy cơ TDM Time Domain Multiplexing Ghép kênh theo thời gian TE Traffic Engineering Quản lý lƣu lƣợng TED Traffic Engineering Database Cơ sở dữ liệu quản lý lƣu lƣợng TTL Time-To-Live Thời gian tồn tại TLV Type Length Value Kiểu, chiều dài, UNI User-Network Interface Giao diện ngƣời dùng – mạng UNI-C UNI Client Node mạng khách hàng có giao diện UNI UNI-N UNI Network Node Node mạng nhà cung cấp dịch vụ có giao diện UNI VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Các hệ thống tự trị trong Internet .2: Mô hình overlay của mạng ATM .3: Sự kết hợp của IP và ATM trong MPLS .4: Mô hình hoạt động mạng MPLS .5: So sánh kỹ thuật chuyển tiếp IP và MPLS .6: Kiến trúc đa dịch vụ của MPLS .7: Khái niệm về Nhãn trong GMPLS .8: Sự phân cấp của LSP.9: Mối quan hệ giữa khả năng chuyển mạch với khu vực .10: Điều khiển và quản lý các phân lớp trong mạng IP/MPLS .11: Mạng GMPLS với kỹ thuật điều khiển phân tán .12: Mạng GMPLS đƣợc điều khiển phân tán và kết hợp nhiều lớp .13: Kỹ thuật truyền tải đa lớp .14: Bộ giao thức trong GMPLS .15: Phân cấp phát chuyển của GMPLS.1: Sơ đồ khối quản lý lƣu lƣợng trong MPLS .2: Các thành phần mạng GMPLS.3: Mạng truyền dẫn đa vùng .4: Liên kết trong GMPLS .5: Định dạng bản tin Opaque LSA (RFC 2370) .