Đề tài Giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông

Héi nghÞ khoa häc lÇn thø IX Kû niÖm 10 n¨m thµnh lËp Häc viÖn c«ng nghÖ b−u chÝnh viÔn th«ng 142 GIẢI PHÁP PHÂN TÁN PHÁT TRIỂN CÁC MẠNG VIỄN THÔNG TS. Hoàng Văn Võ, Viện KHKT Bưu điện Tóm tắt: Khi công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao và chuyển mạch quang ra đời và phát triển với những ưu việt của mình, các công nghệ này đã trở thành phương tiện truyền tải chính của các mạng viễn thông hiện đại. Cũng chính sự ra đời của các công nghệ này đã làm thay đổi nhiều quan điểm về giải pháp tổ chức các mạng viễn thông. Bài báo trình bầy tóm tắt một giải pháp công nghệ mới để tổ chức mạng viễn thông trên cơ sở công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao và chuyển mạch quang - giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông. Giải pháp không chỉ khắc phục được một số hạn chế của giải pháp hội tụ các mạng viễn thông mà còn mang lại tính hiệu quả kinh tế và tính thuận lợi khi phát triển các mạng viễn thông. 1. Các xu hướng phát triển các mạng viễn thông Sự phát triển của các mạng viễn thông luôn gắn liền với sự phát triển của công nghệ điện tử - tin học- viễn thông. Khi công nghệ điện tử -tin học - viễn thông đạt đến một trình độ nào đó sẽ làm xuất hiện các công nghệ viễn thông mới và thậm chí cả một thế hệ mạng mới cao hơn thế hệ cũ. Mặt khác, khi thế hệ mạng mới ra đời sẽ là động lực thúc đẩy các công nghệ điện tử - tin học - viễn thông tiếp tục phát triển và hoàn thiện. Qua trình đó cứ lặp đi lặp lại làm cho công nghệ điện tử - tin học - viễn thông và mạng viễn thông ngày càng phát triển và hiện đại. Khi công nghệ viễn thông và tin học phát triển đến trình độ cao, chúng luôn luôn tác động và hỗ trợ cho nhau cùng phát triển. Quá trình này dẫn đến sự hội tụ của công nghệ viễn thông và tin học, tạo nên một mạng truyền thông thống nhất đáp ứng mọi nhu cầu dịch vụ đa dạng, phong phú của xã hội. Mạng NGN, mà giai đoạn tiếp theo của nó là mạng BCN, là một xu hướng hội tụ của các dịch vụ thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, hội tụ của các mạng thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động, giữa truyền tải và tính toán,… và nó đang được triển khai trên nhiều nước trên thế giới. Đó chính là giải pháp tổ chức mạng tích hợp các mạng viễn thông. Khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng -WDM (Wavelength Division Multilexing), mà giai đoạn tiếp theo của nó là ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao - DWDM (Dense Wavelength Division Multilexing), cùng với công nghệ chuyển mạch quang, đặc biệt là chuyển mạch quang tự động, ra đời với những ưu điểm vượt trội về chất lượng truyền dẫn cao, đặc biệt là băng thông rộng/tốc độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) đã là một cuộc các mạng không chỉ trong công nghệ truyền dẫn mà còn cả giải pháp phát triển mạng viễn thông. Với sự ra đời của các công nghệ này đã tạo ra khả năng tổ chức mạng trở nên đơn giản, tính trong suốt và tính hiệu quả kinh tế cao, mà chất lượng dịch vụ cũng cao hơn nhiều so với giải pháp tích hợp các dịch vụ cũng như tích hợp các mạng viễn thông. Đó là giải pháp tổ chức truyền dẫn các dịch vụ trên các kênh quang khác nhau, ví dụ như thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, giữa truyền tải và tính toán,…, thậm chí giữa các mạng, các thế hệ mạng trên các bước sóng khác nhau, như PDH, SDH, PSTN, NGN, mạng truyền số liệu, mạng truyền thanh, truyền hình,… . cũng như các mạng thuê riêng một cách độc lập trên các bước sóng quang khác nhau. Giải pháp tổ chức mạng như vậy gọi là “Giải pháp phân tán” phát triển các mạng viễn thông. Mặt khác, để bảo đảm tính kế thừa cũng như tính hiệu quả đầu tư trong quá trình phát triển các mạng viễn thông xu hướng kết hợp xu hướng hội tụ các mạng viễn thông và xu hướng phân tán các mạng viễn thông. Trong đó phân tán là hạ tầng và hội tụ là giải pháp. Đó chính là "Giải pháp hỗn hợp" phát triển các mạng viễn thông. Như vậy, sự phát triển các mạng viễn thông hiện nay trên thế giới diễn ra theo 3 xu thế: Hội tụ, phân tán và hỗn hợp giữa hội tụ và phân tán các mạng viễn thông. Héi nghÞ khoa häc lÇn thø IX Kû niÖm 10 n¨m thµnh lËp Häc viÖn c«ng nghÖ b−u chÝnh viÔn th«ng 143 2. Giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông Giải pháp tích hợp phát triển các mạng viễn thông có ưu điểm là giao điện người sử dụng cũng như quản lý khá đơn giản và đang là một xu hướng phát triển của các mạng viễn thông hiện tại và nó đang được triển khai ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên nó có khá nhiều nhược điểm, như: tổ chức mạng phức tạp, độ tin cậy và chất lượng truyền dẫn thấp, tính trong suốt của mạng và tính hiệu quả kinh tế thấp,... Trong khi đó, giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông có ưu điểm là tổ chức mạng đơn giản, độ tin cậy và chất lượng truyền dẫn cao, tính trong suốt của mạng và tính hiệu quả kinh tế lớn,... Chính vì vậy, đã có một số nước trên thế giới đang nghiên cứu để phát triển của các mạng viễn thông của mình. Tuy nhiên, giải pháp này cũng có một số hạn chế, như giao điện người sử dụng cũng như quản lý phức tạp hơn. Hình 1. Mô hình các giải pháp mạng phân tán Như đã tình bầy ở phần 1, giải pháp phân tán là giải pháp tổ chức các mạng cung cấp dịch vụ khác nhau, ví dụ như thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, giữa truyền tải và tính toán,… cũng như tổ chức các mạng cho các thế hệ mạng khác nhau như mạng hiện tại PSTN (với công nghệ truyền dẫn chủ yếu là SDH và PDH), mạng thế hệ sau NGN, mạng hội tụ băng rộng BCN (giai đoạn phát triển tiếp theo của mạn NGN) trên các kênh quang khác nhau trên một sợi quang hay một mạng quang, hoặc tổ chức hỗn hợp các mạng cung cấp dịch vụ khác nhau, các mạng cho các thế hệ mạng khác nhau trên các kênh quang khác nhau trên một sợi quang hay một mạng quang. Trên cơ sở phân tích ở trên, có mô hình các giải pháp phân phân tán phát triển mạng viễn thông được mô tả ở hình 1. 2.1. Giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông theo các thế hệ mạng Hiện nay và xu hướng phát triển mạng viễn thông trong tương lai có 3 thế hệ mạng: mạng hiện tai PSTN, mạng NGN và tương lai là BCN. Do đó, ta có mô hình các giải pháp phân phân tán phát triển mạng viễn thông theo thế hệ mạng được mô tả ở hình sau: Hình 2. Mô hình các giải pháp mạng phân tán theo thế hệ mạng Trong mô hình đó, các thế hệ mạng (mạng hiện tai PSTN, mạng NGN và mạng BCN) được tổ chức trên các bước sóng khác nhau. Có thể mỗi thế hệ mạng được tổ chức trên một hay một số bước sóng xác định tuỳ theo nhu cầu trao đổi lưu lượng của các thế hệ mạng. Tuy nhiên, sẽ ưu tiên phát triển các mạng thế hệ mới như NGN/BCN. Đồng thời, trong quá trình phát triển mạng hiện tại cần quan tâm đến mạng NGN và trong quá trình phát triển mạng NGN cần quan tâm đến mạng BCN để có kế hoạch phát triển hợp lý các mạng này bảo đảm tính kinh tế, tính kế thừa và tính phát triển. 2.2. Giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông theo các dịch vụ Trên cơ sở các dịch vụ đã và đang được cung cấp trên mạng viễn thông và lý luận tổ chức mạng phân tán, ta có mô hình giải pháp phân phân tán phát triển mạng viễn thông theo các dịch vụ được mô tả ở hình 3. WDM & chuyển mạch quang Giải pháp phân tán phát triểnc ác mạng viễn thông Phát triển mạng BCN Phát triển mạng hiện tại Phát triển mạng NGN Giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông Theo các thế hệ mạng Hỗn hợp các thế hệ và dịch vụ Theo các mạng cung cấp dịch vụ Héi nghÞ khoa häc lÇn thø IX Kû niÖm 10 n¨m thµnh lËp Häc viÖn c«ng nghÖ b−u chÝnh viÔn th«ng 144 Hình 3. Mô hình các giải pháp mạng phân tán theo các dịch vụ Trong mô hình này, các mạng dịch vụ được tổ chức trên các bước sóng khác nhau. Mỗi mạng của dịch vụ tương ứng có thể được tổ chức trên một hay một số bước sóng xác định tuỳ theo nhu cầu trao đổi lưu lượng của các thế hệ mạng. 2.3. Giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông theo phương pháp hỗn hợp Trên cơ sở hiện tại và xu hướng phát triển mạng viễn thông trong tương lai có 3 thế hệ mạng: mạng hiện tai (SDH, mạng truyền số liệu), mạng NGN và BCN cùng với các mạng cung cấp dịch vụ đã chỉ ở phần 2.2, ta có mô hình các giải pháp phân phân tán theo phương pháp hỗn hợp phát triển mạng viễn thông được mô tả ở hình 4. Trong mô hình này, các thế hệ mạng (mạng hiện tai PSTN, mạng NGN và mạng BCN) cũng như các mạng dịch vụ được tổ chức trên các bước sóng khác nhau. Có thể mỗi thế hệ mạng cũng như các mạng dịch vụ được tổ chức trên một hay một số bước sóng xác định tuỳ theo nhu cầu trao đổi lưu lượng của các thế hệ mạng. Tuy nhiên, sẽ ưu tiên phát triển các mạng thế hệ mới như NGN hay BCN. Đồng thời, trong quá trình phát triển mạng hiện tại cần quan tâm đến mạng NGN và trong quá trình phát triển mạng NGN cần quan tâm đến mạng BCN để có kế hoạch phát triển hợp lý các mạng này bảo đảm tính kinh tế, tính kế thừa và tính phát triển. Hình 4. Mô hình các giải pháp mạng phân tán phát triển mạng VT theo phương án hỗn hợp 2.4. Xu hướng phát triển mạng theo giải pháp phân tán Khi công nghệ quang đã trở thành cơ sở hạ tầng chủ đạo cho các mạng viễn thông, tất cả mạng cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ mạng cũng như các mạng thuê riêng sẽ trở thành các mạng truy nhập riêng (có thể gọi là mạng khách hàng) của một mạng quang thế hệ mới - gọi là mạng NGN- Quang. Mạng BCN Mạng truyền hình theo yêu cầu Mạng truyền dữ liệu Mạng Internet Mạng thuê kênh quang riêng Mạng truyền hình công cộng Mạng NGN Mạng SDH Giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông WDM & Chuyển mạch quang Mạng thoại Mạng truyền hình theo yêu cầu Mạng truyền dữ liệu Mạng Internet Mạng thuê kênh quang riêng Mạng truyền hình công cộng Giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông WDM & chuyển mạch quang Héi nghÞ khoa häc lÇn thø IX Kû niÖm 10 n¨m thµnh lËp Häc viÖn c«ng nghÖ b−u chÝnh viÔn th«ng 145 Mạng NGN - Quang là một mạng được tổ chức theo phương pháp phân tán điều khiển (định tuyến) động. Các mạng khách hàng (mạng cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ mạng cũng như các mạng thuê riêng) được tổ chức truyền tải trên mạng NGN - Quang dưới dạng các mạng riêng ảo quảng (OVPN). Mô hình kiến trúc của mạng NGN - Quang bao gồm 2 lớp: - Lớp dịch vụ và ứng dụng quang để chuyển tải các nhu cầu trao đổi thông tin của các mạng khách hàng, ví dụ như các mạng cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ, các mạng kênh quang riêng,.. đến lớp truyền tải quang. - Lớp truyền tải quang thực hiện truyền tài các thông tin của các mạng khách hàng từ nơi phát đến nơi thu, công nghệ cho lớp mạng này chủ yếu là DWDM, GMPLS và chuyển mạnh quang. Trên cơ sở phân tích ở trên, ta có mô hình kiến trúc mạng NGN - Quang theo giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông mô tả ở hình 5. Hình 5. Mô hình kiến trúc mạng NGN - Quang theo giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông Trên cơ sở mô hình kiến trúc mạng NGN - Quang theo giải pháp phân tán phát triển mạng viễn thông ở trên và trên cơ sở tính kinh tế - kỹ rthuật trong quá trình phát triển người ta có các phương án tổ chức các mạng kênh quang cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ, các mạng thuê kênh riêng,... tĩnh hay động hay hỗn hợp. - Phương pháp tĩnh là phương pháp tổ chức các mạng kênh quang cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ, các mạng thuê kênh riêng,... được gán cố định các bước sóng cho các mạng kênh quang. Thông thường việc gán bước sóng trong trường hợp này được thực hiện bằng nhân công. Nguyên lý tổ chức của mạng truyền tải quang trong trường hợp này tương tự như mạng truyền tải quang truyền thống (đã được triển khai). - Phương pháp động là phương pháp tổ chức các mạng kênh quang cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ, các mạng thuê kênh riêng,... được gán tự động các bước sóng trong ma trận bước sóng của mạng truyền tải quang cho các mạng kênh quang riêng cụ thể. Việc gán bước sóng trong trường hợp này được thực hiện được thực hiện bằng công nghệ chuyển mạch quang tự động. Mạng truyền tải quang trong trường hợp này được gọi là mạng chuyển mạch quang tự động ASON. - Để bảo đảm tính kinh tế-kỹ thuật trong quá trình đầu tư phát triển mạng viễn thông hoặc trong một số trường hợp đặc biệt người ta kết hợp cả 2 phương pháp trên gọi là phương pháp hỗn hợp. Phương pháp tổ chức các mạng kênh quang hỗn hợp là mạng quang được tổ chức có một số mạng kênh quang thiết lập cố định và một số mạng kênh quang khác được thiết lập động. Trên cơ sở ở trên, ta có mô hình các phương pháp tổ chức mạng khách hàng trên mạng NGN - Quang theo giải pháp phân tán được mô tả ở hình 6. Cơ chế điều khiển tĩnh (cơ chế này thường sử dụng ở mạng OTN truyền thống) được thực hiện nhờ chức năng quản lý mạng TMN hoặc hệ thống khai thác và điều hành mạng OS. Các hoạt động điều khiển trong quá trình khai thác và điều hành mạng có thể có sự can thiệp của nhân viên kỹ thuật, thông qua hệ thống quản lý và điều hành mạng. Một trong những hoạt động chính ở đây là quá trình cung cấp dịch vụ. Một quá trình Líp truyÒn t¶i quang Líp dÞch vô và øng dông quang M¹ng SDH M¹n d÷ M¹ng truyÒn h×nh M¹ng NGN M¹ng thuª kªnh quang iª Héi nghÞ khoa häc lÇn thø IX Kû niÖm 10 n¨m thµnh lËp Häc viÖn c«ng nghÖ b−u chÝnh viÔn th«ng 146 cung cấp dịch vụ gồm nhiều công đoạn, liên quan đến nhiều đơn vị chức năng từ bán hàng đến kỹ thuật. Hình 6. Mô hình các phương pháp tổ chức mạng riêng theo giải pháp phân tán Cơ chế điều khiển động được thực hiện bởi mạng chuyển mạch quang tự động (ASON). Kiến trúc của ASON phân tách thành hai mảng có chức năng chuyên biệt, gồm Mảng truyền tải thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng số liệu người sử dụng trong mạng quang (chức năng mạng OTN) và Mảng điều khiển thực hiện chức năng điều khiển tự động các hoạt động của mạng truyền tải thông qua báo hiệu (hình 7). Mục đích của mảng điều khiển mạng ASON là: - Thực thi cấu hình kết nối nhanh và hiệu quả trong lớp mạng truyền tải để hỗ trợ các kết nối mang tính động. - Cấu hình hoặc thay đổi các kết nối thông qua báo hiệu thiết lập trước. - Thực hiện chức năng khôi phục mạng. Hình 7. Kiến trúc mạng ASON Sự khác biệt duy nhất giữa mạng OTN truyền thống với mạng ASON đó là chức năng điều khiển tự động dựa trên mảng điều khiển. Các chức năng chính của mảng điều khiển ASON bao gồm: khám phá topo mạng, định tuyến quang, báo hiệu, bảo vệ và khôi phục end-to-end, cung cấp OCh end-to-end tự động, quản lý nút/tuyến, chính sách, xử lý QoS, giám sát phẩm chất, chức năng giao tiếp UNI. Các thông tin trao đổi trong quá trình điều khiển sẽ được thực hiện qua các giao diện báo hiệu UNI, I-NNI và E-NNI; trong đó UNI là giao diện giữa miền quản lý và người sử dụng, I-NNI là giao diện giữa thành phần trong nội miền và E-NNI là giao diện ngoại miền. Trong đó, các luồng thông tin trao đổi qua UNI thực hiện các chức năng: điều khiển cuộc gọi, khám phá tài nguyên, điều khiển kết nối, lựa chọn kết nối. Luồng thông tin trao đổi qua I-NNI hỗ trợ những chức năng sau: khám phá tài nguyên, điều khiển kết nối, lựa chọn kết nối, định tuyến kết nối. Luồng thông tin trao đổi qua I-NNI hỗ trợ những chức năng sau: điều khiển cuộc gọi, khám phá tài nguyên, điều khiển kết nối, lựa chọn kết nối, định tuyến kết nối. Mảng truyền tải thực hiện chức năng truyền dẫn song hướng hoặc đơn hướng tín hiệu của khách hàng giữa các nút mạng truyền tải. Những chức năng chính bao gồm: kết nối chéo quang, xen/rẽ quang, nhóm lưu lượng, biến đổi bước sóng, tách/ghép kênh quang, bảo vệ và phát hiện sai hỏng, giám sát chất lượng truyền dẫn,... Về công nghệ báo hiệu cho mạng ASON, hiện nay ITU-T đã chấp thuận hai công nghệ báo hiệu sử dụng trong mạng truyền tải quang đó là GMPLS (chuyển mạch nhãn đa giao thức thế hệ mới được thúc đẩy bởi IETF) và PPNI (giao thức báo hiệu sử dụng trong mạng ATM). Tuy nhiên, do sự suy thoái của công nghệ ATM trong gần thập kỷ qua và sự thắng thể của mạng chạy trên giao thức IP nên thực tế, GMPLS hiện được xem là lõi cho hoạt động báo hiệu của mạng truyền tải. Trong quá trình cung cấp dịch vụ, mảng điều khiển sẽ thực hiện một cách tự động các tác nghiệp của nhà cung cấp. Những tác nghiệp tự động này được thực hiện nhờ hệ thống báo hiệu thông qua việc trao đổi các bản tin giữa thiết bị khách hàng và nhà cung cấp qua giao diện UNI, giữa các mạng của nhà cung cấp qua giao diện NNI. NGN - Quang Tĩnh Hỗn hợp Động Giải pháp phân tán phát triển các mạng viễn thông Héi nghÞ khoa häc lÇn thø IX Kû niÖm 10 n¨m thµnh lËp Häc viÖn c«ng nghÖ b−u chÝnh viÔn th«ng 147 5. Kết luận Khi công nghệ viễn thông và tin học phát triển đến trình độ cao đã dẫn đến sự hội tụ của công nghệ viễn thông và tin học, tạo nên một mạng truyền thông thống nhất đáp ứng mọi nhu cầu dịch vụ đa dạng, phong phú của xã hội. Mạng NGN, mà giai đoạn tiếp theo của nó là mạng BCN, là một xu hướng hội tụ của các dịch vụ thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, hội tụ của các mạng thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động, giữa truyền tải và tính toán,… và nó đang được triển khai trên nhiều nước trên thế giới. Khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng -WDM, mà giai đoạn tiếp theo của nó là ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao - DWDM, cùng với công nghệ chuyển mạch quang, đặc biệt là chuyển mạch quang tự động, ra đời với những ưu điểm vượt trội về chất lượng truyền dẫn cao, đặc biệt là băng thông rộng/tốc độ lớn đã là một cuộc các mạng không chỉ trong công nghệ truyền dẫn mà còn cả giải pháp phát triển mạng viễn thông. Với sự ra đời của các công nghệ này đã tạo ra khả năng tổ chức mạng trở nên đơn giản, tính trong suốt và tính hiệu quả kinh tế cao, mà chất lượng dịch vụ cũng cao hơn nhiều so với giải pháp hội tụ các mạng viễn thông. Đó là giải pháp tổ chức phân tán các mạng viễn thông. Tuy nhiên, để bảo đảm tính kế thừa cũng như tính hiệu quả đầu tư trong quá trình phát triển các mạng viễn thông xu hướng kết hợp xu hướng hội tụ các mạng viễn thông và xu hướng phân tán các mạng viễn thông tạo nên giải pháp hỗn hợp phát triển các mạng viễn thông. Trong đó phân tán là hạ tầng và hội tụ là giải pháp. Khi công nghệ quang đã trở thành cơ sở hạ tầng chủ đạo cho các mạng viễn thông, tất cả mạng cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ mạng cũng như các mạng thuê riêng sẽ trở thành các mạng truy nhập riêng (mạng khách hàng) của một mạng quang thế hệ mới - gọi là mạng NGN- Quang. Mạng NGN - Quang là một mạng được tổ chức theo phương pháp phân tán điều khiển (định tuyến) động. Các mạng khách hàng (mạng cung cấp các dịch vụ, các mạng của các thế hệ mạng cũng như các mạng thuê riêng) được tổ chức truyền tải trên mạng NGN - Quang dưới dạng các mạng riêng ảo quảng (OVPN). TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Văn Võ và các cộng tác viên Đề tài “Giải pháp công nghệ phát triển mạng viễn thông NGN của VNPT giai đoạn 2006-2010” - Mã số: 031-2005-TCT- RDS-VT-09