MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trƣớc sự bùng nổ về nhu cầu sử dụng Internet và sự gia tăng các loại hình dịch vụ phức tạp yêu cầu Internet tốc độ cao và đặc biệt là các loại dịch vụ di động LTE 4G/3G/2G và tiến tới là 5G yêu cầu độ ổn định và độ trễ thấp. Vấn đề đảm bảo chất lƣợng dịch vụ đang trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng trở nên thiết yếu đối với cả ngƣời sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ.
Tính tin cậy của đƣờng truyền là một trong những yếu tố quan trọng của chất lƣợng dịch vụ cần phải quan tâm khi sử dụng Ethernet để cung cấp các dịch vụ trên trong hệ thống mạng viễn thông. Giao thức kinh điển quản lý vòng chuyển mạch là STP (spanning – tree protocol) đã đƣợc đề xuất cùng với kỹ thuật ghép đƣờng (link aggregation). Cơ chế này sử dụng một đƣờng truyền dự phòng để bảo vệ. Khi đƣờng truyền chính có sự cố, hệ thống sẽ chuyển sang sử dụng đƣờng dự phòng, tƣơng tự nhƣ cơ chế sử dụng trong các hệ thống SDH và ATM.
Tuy nhiên với yêu cầu thời gian chuyển mạch bảo vệ và phục hồi phải đảm bảo tính liên tục của dịch vụ là dƣới 50ms thì giao thức STP (spanning – tree protocol) không thể đáp ứng đƣợc. Cùng với đó, cơ chế bảo vệ chuyển mạch dạng vòng ring cho phép tận dụng khả năng của cáp quang theo chuẩn G.8032 của Tiêu chuẩn viễn thông - thuộc Tổ chức Viễn thông quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector đã đƣợc phát triển và ứng dụng trên thế giới. Giao thức ERPS (Ethernet ring protection switching)- Chuyển mạch bảo vệ vòng Ethernet đáp ứng đƣợc khả năng chuyển mạch và hồi phục trong vòng 50ms đảm bảo tính tin cậy trong mạng truy nhập Ethernet phổ biến hiện nay của Tập Đoàn Bƣu Chính Viễn Thông Việt Nam – VNPT (Vietnam Posts and Telecommunications Group). Luan van 15 Vì các lý do trên em xin chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là "Nghiên cứu và ứng dụng giao thức ERPS vào việc đảm bảo tính tin cậy của mạng truy nhập Ethernet thuộc Tập đoàn bƣu chính viễn thông Việt Nam tại Tỉnh Thanh Hóa".
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: Để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ, ngoài các kĩ thuật quản lý và điều khiển lƣu lƣợng nhằm giảm thiểu tắc nghẽn trên mạng thì trƣớc tiên phải đảm bảo đƣờng truyền giữa các node mạng trong hệ thống của các nhà cung cấp dịch vụ đƣợc thông suốt. Có rất nhiều kĩ thuật đƣợc áp dụng để bảo vệ đƣờng truyền trong một hệ thống mạng của ISP, ví dụ các giải pháp bảo vệ chuyển mạch quang trong mạng lõi DWDM, các giải pháp định tuyến trong mạng MAN-E nhƣ IS-IS, MPLS,VRRP, các giải pháp bảo vệ vòng trong mạng truy nhập nhƣ STP, Smart-pair, ERPS, ARPS. Ở Việt Nam cũng đã có các nghiên cứu xây dựng các phƣơng án bảo vệ vòng và áp dụng vào thực tế nhƣ các giải pháp dựa trên STP và RSTP, tuy nhiên chƣa có giải pháp nào đáp ứng đƣợc các yêu cầu khắt khe về thời gian chuyển mạch, hồi phục dƣới 50ms nhƣ giải pháp ERPS (Ethernet ring protection switching). Chuyển mạch bảo vệ vòng Ethernet, hoặc ERPS là một nỗ lực của ITU-T theo khuyến nghị G.8032 để cung cấp bảo vệ và phục hồi dƣới 50ms cho lƣu lƣợng Ethernet trong cấu trúc liên kết vòng và đồng thời đảm bảo rằng không có vòng lặp hình thành tại các lớp Ethernet.
ERPS chỉ định các cơ chế chuyển mạch bảo vệ và giao thức cho các vòng mạng Ethernet. Vòng Ethernet có thể cung cấp kết nối đa điểm trên diện rộng một cách kinh tế hơn do số lƣợng liên kết giảm. Các cơ chế và giao thức đƣợc xác định trong khuyến nghị này đạt đƣợc sự bảo vệ ổn định và đáng tin cậy cao; và không bao giờ hình thành các vòng lặp, điều này sẽ ảnh hƣởng nghiêm trọng đến hoạt động mạng và tính sẵn có của dịch vụ. Việc tìm hiểu và áp dụng giải pháp ERPS để bảo vệ vòng trong mạng truy nhập Ethernet của một Viễn thông tỉnh trực thuộc VNPT là một hƣớng nghiên cứu Luan van 16 góp phần vào quá trình đảm bảo chất lƣợng dịch vụ của ngành viễn thông Việt Nam nói chung.
Mục đích nghiên cứu: Mục đích của luận văn đó là tìm hiểu về giao thức ERPS, nguyên lý hoạt động của giao thức ERPS. Từ đó có thể áp dụng vào mạng truy nhập thực tế của nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu Việt Nam là VNPT. Nhằm đảm bảo đƣờng truyền luôn đƣợc thông suốt trong mạng truy nhập đến các thuê bao đầu cuối của các dịch vụ internet, iptv, voip, các dịch vụ di động nhƣ 2G/3G/4G yêu cầu về thời gian chuyển mạch dƣới 50ms cũng nhƣ các kênh thuê riêng, đƣờng truyền số liệu và các dịch vụ giá trị gia tăng khác. Việc áp dụng vào thực tế sẽ đƣợc thực hiện tại một Viễn Thông Tỉnh/Thành Phố trực thuộc VNPT để đánh giá khả năng chuyển mạch bảo vệ, phục hồi đảm báo tính tin cậy của đƣờng truyền góp phần nâng cao chất lƣợng dịch vụ 4.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu: Mạng truy nhập Ethernet tại Viễn Thông Tỉnh Thanh Hóa trực thuộc Tập Đoàn Bƣu Chính Viễn Thông Việt Nam (VNPT) Phạm vi nghiên cứu: Giao thức ERPS theo chuẩn G8032 của ITU-T, thiết bị switch access đáp ứng đƣợc giao thức ERPS và khả năng áp dụng vào mạng truy nhập Viễn Thông Tỉnh Thanh Hóa trực thuộc VNPT. Phƣơng pháp nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài là phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn. Tập trung khảo sát, tìm hiểu quy mô, tính chất và những tồn tại của mạng truy nhập Ethernet tại một Viễn Thông Tỉnh Thanh Hóa trực thuộc Tập Đoàn Bƣu Chính Viễn Thông Việt Nam. Từ đó tìm kiếm, thử nghiệm các thiết bị switch hỗ trợ giao thức ERPS để tiến hành đo kiểm, phân tích và đánh giá hiệu năng mà tập trung chủ yếu ở đây là khả năng đảm bảo tính tin cậy của đƣờng truyền dựa trên 2 yếu tố chuyển mạch bảo vệ và phục hồi dƣới 50ms của hệ thống.
Cấu trúc luận văn Chƣơng 1: Tổng quan về ERPS Chƣơng 2: Nguyên lý hoạt động của ERPS Luan van 17 Chƣơng 3: Ứng dụng ERPS vào mạng truy nhập ethernet tại viễn thông tỉnh thanh hóa Kết luận và kiến nghị hƣớng phát triển Luan van 18 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ERPS 1. Giới thiệu chƣơng: Giới thiệu tổng quan mạng truy nhập Ethernet của VNPT và các khái niệm về giao thức ERPS cũng nhƣ các yêu cầu thời gian chuyển mạch của các dịch vụ trong mạng truy nhập VNPT. Mạng truy nhập Ethernet của VNPT: 1. Khái niệm mạng truy nhập Ethernet Mạng truy nhập Ethernet của VNPT là một mạng kết nối các router và switch dựa trên chuẩn Ethernet.
Trong đó các bộ router và switch kết nối thông qua cáp quang. Mô hình kết nối có thể là ring, hình sao(star), hình cây. Một mạng truy nhập Ethernet thƣờng bao phủ một đô thị, nó có bản chất là một mạng truyền tải Ethernet hỗ trợ các kết nối điểm điểm kết nối đa điểm.trên môi trƣờng mạng đô thị MAN(metropolitian area network). Vì vậy mạng truy nhập Ethernet thƣờng đƣợc viết tắt là MEN hay MAN-E.
2G/3G/4G IPTV SERVER BSC/RNC LAPTOP SWITCH AGG SWITCH AGG GPON OLT TRẠM 4G SỐ 2 ETHERNET RING IP CORE INTERNET ONU SPLITTER TELEVISION SWITCH AGG SWITCH AGG TELEPHONE Mạng Truy Nhập Ethernet AAA SERVER Hình 1.1: Mạng truy nhập Ethernet của VNPT Luan van 19 Một mạng truy nhập Ethernet của VNPT cung cấp các dịch vụ đặc trƣng là tập hợp của Layer 2 hoặc Layer 3. Mạng cũng có cấu trúc gồm 3 phần: - Lõi(core): Bao gồm các router định tuyến, là một backbone IP/MPLS hoặc sử dụng các giao thức định tuyến IS-IS, VPLS hay truyền tải MPLS-TP. - Phân phối: Bao gồm các switch layer 2 dạng Ethernet transport có tốc độ 1GbE/10GbE - Truy nhập: Bao gồm các switch layer, Gpon-OLT, các trạm BTS/NodeB/eNodeB và các kết cuối tại khách hàng. Mạng truy nhập Ethernet đƣợc VNPT triển khai trên toàn bộ 63 VNPT Tỉnh/Thành phố trực thuộc để hỗ trợ nhiều loại ứng dụng và các loại dịch vụ ngày càng đa dạng.Dƣới đây là một số dịch vụ tiêu biểu: - Dịch vụ cho doanh nghiệp: Đối với khách hàng là các doanh nghiệp, việc cung cấp các dịch vụ và phƣơng thức kết nối tốc độ cao và ổn định là rất quan trọng vì những khách hàng này cần sử dụng rất nhiều băng thông cho các hoạt động mạng của họ.
Nó cũng phải tƣơng thích với hệ thống mạng LAN hiện hữu của doanh nghiệp. MAN-E có thể thỏa mãn những nhu cầu mới của doanh nghiệp nhƣ: kết nối các doanh nghiệp với nhau, kết nối doanh nghiệp với khách hàng và nhà cung cấp; thiết lập mạng riêng ảo; cung cấp các dịch vụ đa truyền thông băng thông rộng; và hỗ trợ các dịch vụ ghép kênh phân chia theo thời gian (Time Division Multiplexing – TDM). - Dịch vụ Triple Play cho khách hàng cá nhân: Nhu cầu về thông tin, giải trí của ngƣời sử dụng cá nhân ngày càng tăng đã khiến dịch vụ Triple Play – truyền tải dữ liệu, thoại và phim ảnh trên một mạng IP với chất lƣợng cao – trở thành một trong những dịch vụ chủ đạo mà các nhà cung cấp nhƣ VNPT cần phải triển khai để duy trì và phát triển thị trƣờng đa dạng này. MAN-E đang ở tƣ thế sẵn sàng thỏa mãn những nhu cầu này của ngƣời sử dụng cá nhân với các kết nối FTTH dựa vào công nghệ PON hay AON.
- Dịch vụ di động: Luan van 20 Sự bùng nổ của di động đã đạt đến mức bão hòa và sự gia tăng cạnh tranh trong linh vực này đã khiến các nhà điều hành mạng di động nhƣ Vinaphone của VNPT phải làm sao giảm chi phí vận hành nhƣng vẫn phải đảm bảo đáp ứng các nhu cầu về dịch vụ đa dạng, băng thông rộng, chất lƣợng cao của ngƣời tiêu dùng. MAN-E là một trong những giải pháp cực kỳ phù hợp. Với hạ tầng truyền dẫn sẵn có của mạng MAN-E ở các VNPT Tỉnh/Thành phố và giải pháp TDM over IP, các thiết bị switch layer 2 đóng vai trò gom lƣu lƣợng các trạm di động nhƣ mobile backhaul nhƣng với chi phí thấp hơn rất nhiều và vẫn đảm bảo chất lƣợng dịch vụ dựa vào các giải pháp QoS. Công nghệ trong mạng truy nhập Ethernet Mạng truy nhập Ethernet có thể chia làm 3 loại chính dựa vào các công nghệ mà nó sử dụng nhƣ sau: - Mạng truy nhập Ethernet dựa trên SDH - Mạng truy nhập Ethernet dựa trên MPLS - Mạng truy nhập Ethernet thuần chỉ sử dụng layer 2.