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 thôn
g
Theo các thế hệ
m
ạ
n
g
Hỗn hợp các thế hệ
và d
ị
ch v
ụ
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
y
êu c
ầ
u
Mạng truyền dữ
li
ệ
u
Mạng Internet
Mạng thuê kênh
q
uan
g
riên
g
Mạng truyền
hình côn
g
c
n
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
L
íp truyÒn t¶i quang
L
íp dÞch vô và øng dông quang
M¹ng
SDH
M
¹n
d÷
M¹ng
truyÒn
h×nh
M¹ng
NGN
M
¹ng
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
h
ợp
Động
Giải pháp
phân tán phát
triển các mạng
viễn thông