MỞ ĐẦU Cùng với sử phát triển của xã hội, nhu cầu phát triển thông tin ngày càng đòi hỏi cấp bách trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá 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 thông đòi 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 toàn mạng cao.
Trên thực tế, mạng viễn thông 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 thông suốt cao, an toàn 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 không đáp ứng đƣợc và p hải chuyển sang công nghệ truyền dẫn quang. Mạng truyền tải quang sử dụng công 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 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 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 thông 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: công 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 quá trình học tập và nghiên cứu của tôi 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 toán 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 còn có nhiều chỗ thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các Thầy Cô, các chuyên gia chuyên ngành và những nguời quan tâm để nội dung của luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 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 mô tả và trình bày.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG 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 công nghệ mạng đƣợc nhà cung cấp đƣa ra sẽ tồn tại trong nhiều mạng và cần phải có thời gian để xem xét tính hiệu quả có nó. DÞch vô sè liÖu/ IP Internet ATM TÝch hîp ®a dÞch vô Cung cÊp c¬ chÕ ADM SONET/SDH ADM hîp kªnh cè ®Þnh vµ b¶o vÖ m¹ng WDM Optical/WDM WDM Cho phÐp dung l-îng truyÒn dÉn lín H×nh 1.
CÊu tróc ®a líp cña m¹ng truyÒn t¶i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 Các cấu trúc mạng truyền thống đƣợc xây dựng trên cấu trúc đa lớp. Các lớp này đƣợc thể ở hình 1. Trong đó, lớp truyền tải quang đƣợc sử dụng làm môi trƣờng truyền dẫn với những lợi điểm về băng thông mà hiện tại chƣa có môi 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 thông 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 hoá 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 còn 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.2 Lớp truyền dẫn quang Sợi quang đƣợc sử dụng làm môi 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 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 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 không còn 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.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 không đồng bộ của các thiết bị trong mạng. Thêm vào đó nữa là sự không 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 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.