100G 2011 DD

7/30/2019 100G 2011 DD

http://slidepdf.com/reader/full/100g-2011-dd 1/7

100 Gbit/s – Tầm cao mớ i của truyền dẫn đườ ng trục

Tác gi ả: Tr ần Đại Dũng , Chuyên viên Vi ễ n thông Đơn vị : Công ty V i ễ n thông L iên t ỉ nh , 30 Đườ ng Ph ạm Hùng, T ừ l iêm, Hàn ội L iên l ạc: [email protected]

Chú ý

Bài viế t này d ự a trên nhữ ng d ữ kiện khách quan, và trong bấ t k ỳ hoàn cảnh nào cũng không hàm ý khuyế n nghị nên

hay không nên sử d ụng thiế t bị của nhà sản xuấ t này hay nhà sản xuấ t khác.

Tóm t ắt n ội dung Việc thử nghiệm thành công công nghệ truyề n d ẫn đườ ng dài t ốc độ 100 Gbi t/s trên m ột bướ c sóng (t ừ nay về sau

đượ c g ọi ng ắ n g ọn là t ốc độ 100 Gbit/s) của hãng Ciena trên tuyế n truyề n d ẫ n Bắ c-Nam của Công ty Viễ n thông

Liên t ỉnh (VTN) đã khẳng định sự đầu tư đúng hướ ng của T ập đoàn Bưu chính Viễ n thông Việt nam (VNPT) và VTN

vào hạ t ầng truyề n d ẫ n quang. V ớ i việc thử nghiệm này hạ t ầng quang của VNPT/VTN đã đượ c chứ ng minh hoàn

toàn có thể đáp ứ ng các yêu cầu của các hệ thố ng truyề n d ẫ n mớ i vớ i t ốc độ 100 Gbit/s, hoặc các yêu cầu nâng cấ phệ thố ng đang có t ừ các t ốc độ thấp hơn lên 100 Gbit/s.

Xem tin: http://sohoa.vnexpress.net/sh/may-tinh/2011/03/3b9b3c91/

Là nấ c thang tiế p theo của t ốc độ 40 Gbit/s, 100 Gbit/s sẽ đáp ứ ng yêu cầu bùng nổ băng thông của các d ịch vụ

băng rộng đa phương tiện trên nề n IP. T ốc độ 100 Gbit/s cũng giúp đơn giản hóa thiế t k ế nút mạng và cấ u trúc

mạng, giảm số lượng các bướ c sóng trong hệ thố ng, và k ế t quả là giảm chi phí truyề n d ẫ n cho mỗ i bit, nâng cao

hiệu suấ t hoạt động của mạng.

T ừ vi ế t t ắt IP Internet Protocol Giao thứ c Internet

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấ p d ịch vụ Internet

CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

CD Chromatic Dispersion Tán sắ c HD IPTV High Definition Internet Protocol Television Truyề n hình độ nét cao trên giao thứ c Internet

HSSG High Speed Study Group Nhóm Nghiên cứ u T ốc độ cao (của IEEE )OTU Optical Transport Unit Khố i Truyề n t ải Quang

OTN Optical Transport Network M ạng Truyề n t ải Quang

PMD Polarization Mode Dispersion Tán phân cự c xGbE (1, 10, 100)Gigabit Ethernet

VNPT Vietnam Post and Telecommunications T ập đoàn Bưu chính Viễ n thông Việt nam

VPN Virtual Private Network M ạng riêng ảo

VTN Vietnam Telecoms National Công ty Viễ n thông Liên t ỉ nh

WAN Wide Area Network M ạng diện r ộng

1. Động lực thương mại của thị trườ ng 100 Gbit/s Những năm gần đây sự tăng trưở ng vượ t bậc của lưu lượ ng Internet đã gây áp lực ngày càng

nặng nề lên khả năng chuyển tải của mạng lõi IP, cụ thể hơn là lên tốc độ chuyển mạch của các

bộ định tuyến IP lớ p lõi, lên băng thông của các đườ ng k ết nối các bộ định tuyến cũng như nănglực của mạng truyền dẫn quang đườ ng dài k ết nối các bộ định tuyến.

Theo các số liệu điều tra, tăng trưởng lưu lượ ng của Internet thể hiện một xu hướ ng khá bền

vững vớ i tỉ lệ từ 75% đến 125% một năm [1]. Nhiều nhà khai thác mạng lớ n đã lậ p k ế hoạch mở r ộng một cách đáng kể năng lực mạng lưới để đáp ứng nhu cầu tăng trưở ng của lưu lượ ng IP. Ví

http://sohoa.vnexpress.net/sh/may-tinh/2011/03/3b9b3c91/




7/30/2019 100G 2011 DD


dụ, Internet2 gần đây đã công bố nâng cao năng lực mạng IP của họ bằng việc chuyển đổi tốc độ

từ 10 Gbit/s lên 100 Gbit/s. Trước đó AT & T đã công bố duy trì mức tăng trưởng hàng năm là

300% cho mạng đườ ng tr ục IP. Công ty Viễn thông Liên tỉnh (Vietnam Telecoms National,

VTN), một công ty dọc của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt nam (Vietnam Post and

Telecommunications, VNPT) cũng dự báo tăng trưởng năng lực của mạng chuyển tải lõi trong

giai đoạn 2011-2015 vớ i tỉ lệ hàng năm vào khoảng 85%.

Năng lực của các k ết nối đườ ng tr ục đảm nhiệm việc chuyển tải lưu lượ ng IP cũng đang tăng lênnhanh chóng do các dịch vụ mới như HD IPTV, IP VoD, lưu trữ và sao lưu dữ liệu, chia sẻ

ngang hàng và các ứng dụng mạng riêng ảo (VPN) đòi hỏi tăng năng lực mạng ở quy mô lớ n.

Một số lượ ng không nhỏ các nhà cung cấ p dịch vụ Internet (ISP) đã báo cáo lưu lượ ng đỉnh

(peak traffic) của các đườ ng k ết nối đườ ng tr ục giữa các bộ định tuyến đã đạt 100 Gbit/s như tr ên

Hình 1[2]. Sự tăng trưở ng ổn định của lưu lượ ng, nhu cầu băng thông cao của các ứng dụng mớ i,và tốc độ truy nhậ p dịch vụ ngày càng tăng của khách hàng đã trở thành động lực quyết định sự

tăng trưởng băng thông của các đườ ng k ết nối giữa các bộ định tuyến. Để giải tỏa lưu lượ ng này,

các k ết nối giữa các thiết bị định tuyến đã phải sử dụng các chùm k ết nối gồm nhiều giao diện 10

Gbit/s hoặc giao diện 40 Gbit/s chạy song song. Thực sự thì đây là những giải pháp tình thế

trong khi chờ đợ i một giải pháp tổng thể cho những giao diện vớ i tốc độ truyền dẫn cao hơn. Nhiều nghiên cứu cụ thể về nhu cầu của các nhà cung cấ p dịch vụ và ngườ i sử dụng đã đề ra yêu

cầu cấ p thiết phải xác định một tiêu chuẩn Ethernet mớ i có tốc độ cao tớ i 100 Gbit/s.

Hình 1. Lưu lượ ng k ế t nố i các bộ định tuyế n trong khoảng thờ i gian t ừ 07/02 đế n 05/03/2004

(theo báo cáo của Yahoo![2])

2. Dự báo thị trườ ng 100Gbit/s

Theo các số liệu của hãng nghiên cứu thị trườ ng Dell’ Oro thì các sản phẩm truyền dẫn có tốc độ 100 Gbit/s sẽ phát triển mạnh từ sau năm 2012 vớ i tổng giá tr ị sản phẩm khoảng 30 triệu USD và

sẽ đạt khoảng 500 triệu USD vào năm 2014 như trên Hình 2a). Còn hãng nghiên cứu thị trườ ng

Heavy Reading thì dự báo thị phần các ứng dụng có tốc độ kênh từ 40 Gbit/s đến 100 Gbit/s sẽ

chiếm hơn phân nửa (55%) vào năm 2013, trong đó chia gần đều cho các ứng dụng 40 Gbit/s và

100 Gbit/s (26% và 29%); gần phân nửa thị trườ ng còn lại (45%) sẽ là của các ứng dụng 10

Gbit/s như trên Hình 2b).

7/30/2019 100G 2011 DD


Ovum, một nhà nghiên cứu thị trườ ng khác, dự báo sự tăng trưở ng của số lượ ng các ứng dụng 40

Gbit/s và 100 Gbit/s như trên Hình 3a), còn trên Hình 3b) có thể nhận thấy từ sau 2011 thị phần

ứng dụng 40 Gbit/s vẫn tiế p tục tăng mạnh, và từ sau 2012 thị phần 100 Gbit/s sẽ bắt đầu khở isắc để thay thế cho các ứng dụng 10 Gbit/s đã bão hòa, tương tự như dự báo của Dell’ Oro.

a) b)

Hình 2. Thị trường 40-100 Gbit/s theo dự báo của Dell’s Oro và Heavy Reading

a) b)

Hình 3. Thị trường 40-100 Gbit/s theo dự báo của Ovum

Để có thể khai thác thị trườ ng của các ứng dụng 40 Gbit/s và 100 Gbit/s đượ c dự báo sẽ tăng

trưở ng mạnh từ sau 2012, các nhà cung cấ p thiết bị đã có sự đầu tư một cách dài hạn từ nhiềunăm trước đây cho nghiên cứu và phát triển. Hiện tại, trong khi các thiết bị có hỗ tr ợ các ứng

dụng 40 Gbit/s đã bắt đầu đượ c sử dụng r ộng rãi, thì chỉ có một số ít nhà cung cấ p thiết bị chính

thức thương mại hóa sản phẩm hỗ tr ợ ứng dụng 100 Gbit/s. Nhiều nhà cung cấ p khác vẫn tiế ptục quá trình thử nghiệm trướ c khi có thể cung cấ p cho thị trườ ng những sản phẩm có độ tin cậy

cao.

3. Một số nghiên cứ u về truyền dẫn tín hiệu 100 Gbit/s

Những yêu cầu chính khi chuyển đổi lên tốc độ 100 Gbit/s nảy sinh chủ yếu từ phía mạng đườ ng

dài hay mạng WAN và có thể bao gồm:

Dung lượ ng truyền dẫn lớ n trên khoảng cách dài và cực dài,

Hiệu suất phổ (spectral efficiency) cao,

Khả năng miễn nhiễm cao đối vớ i các ảnh hưở ng xấu của các hiện tượ ng tán sắc (CD),

tán phân cực PMD và phi tuyến,

Hỗ tr ợ nâng cấ p các mạng quang hiện tại lên dung lượng cao hơn mà không cần thay đổi

hạ tầng quang.

Theo những nghiên cứu của một số nhà cung cấ p thiết bị như Ciena/Nortel [3], ALU [4], Nokia

Siemens [5],… những thách thức mớ i khi chuyển đổi từ tốc độ 10 Gbit/s lên 40 Gbit/s và từ 40

7/30/2019 100G 2011 DD


Gbit/s lên 100 Gbit/s bao gồm các ảnh hưở ng tiêu cực của tán sắc, tán phân cực, phi tuyến, và

tính tương thích vớ i hạ tầng quang vớ i khoảng cách kênh 50 GHz đã đượ c thiết k ế cho các hệ

thống 10 Gbit/s, như đượ c trình bày trong bảng dưới đây.

Thách thứ cChuyển đổi từ 10 lên

40 Gbit/sChuyển đổi từ 40 lên 100

Gbit/sChuyển đổi từ 10

Gbit/s lên 100 Gbit/s

Hiệu năng đối vớ iOSNR

Cần thêm khoảng 6dBCần thêm khoảng 4dB

hoặc hơn

Cần thêm khoảng 10 dB

hoặc hơn

Miễn nhiễm đối vớ iCD

Chỉ bằng 1/16 Chỉ bằng 1/6.25 Chỉ bằng 1/100

Miễn nhiễm đối vớ iPMD

Chỉ bằng 1/4 Chỉ bằng 1/2.5 Chỉ bằng 1/10

Ảnh hưở ng của phituyến

Ảnh hưở ng của phi tuyến trong một kênh và giữa các kênh sẽ giớ i hạn côngsuất phát, làm giảm khoảng cách truyền dẫn.

FWM có ảnh hưởng đáng kể, đặc biệt khi có hỗn hợ p giữa các kênh 40 Gbit/s

100 Gbit/s và các kênh 10 Gbit/s OOK.

Khoảng cách kênhCần có k ỹ thuật điều chế giúp thu hẹ p ph tín hiệu cho tương thích vớ i các hệ thống 50 GHz

Trướ c các thách thức như vậy, các k ỹ thuật điều chế tín hiệu tiên tiến, các k ỹ thuật mã sửa lỗi

trướ c (FEC) có hiệu năng cao, k ỹ thuật số xử lý tín hiệu điện (DSP) sẽ là những công nghệ chủ

chốt cho tốc độ 100 Gbit/s để sử dụng lại hạ tầng quang hiện đang dùng cho các tốc độ 10 Gbit/s.

4. Các tổ chứ c tiêu chuẩn và quá trình chuẩn hóa 100 Gbit/s

Chuyển tải tín hiệu 100-Gbit/s Ethernet (100 GbE) là mối quan tâm lớ n của các tổ chức tiêu

chuẩn như IEEE. Trướ c một thực tế là lưu lượ ng của dịch vụ trên nền IP tăng đột biến và để

nhân r ộng hơn nữa các chuẩn Ethernet IEEE 802.3, HSSG đã xúc tiến nghiên cứu và đề xuất tiêu

chuẩn cho mức tốc độ k ết nối Ethernet ở nấc tốc độ tiế p theo 10 GbE.

Ban đầu HSSG bảo vệ quan điểm truyền thống là mở r ộng tốc độ Ethernet theo cấ p số mườ i.Điều này có nghĩa là mức tốc độ truyền dẫn tiế p theo của Ethernet sẽ là 100 GbE. Tuy nhiên các

phân tích chi tiết hơn về mạng máy tính và và mạng viễn thông đã giúp HSSG đi đến k ết luận

r ằng phương pháp nâng tốc độ 10 lần truyền thống đã không còn phù hợ p vớ i những đặc điểm

phát triển mạng lướ i ngày nay.

Trong quá trình xác định mức tốc độ tiế p theo của Ethernet băng rộng, HSSG thấy có sự khác

biệt lớn và cơ bản về động lực phát triển băng thông và tỷ lệ tăng trưởng băng thông giữa các

phân khúc mạng doanh nghiệ p, mạng cung cấ p ứng dụng và lưu trữ dữ liệu ở biên mạng, mạng

cung cấ p dịch vụ, và lớ p lõi của mạng WAN:

Đối vớ i mạng doanh nghiệ p và máy chủ ứng dụng và lưu trữ ở biên mạng, động lực chính

cho sự phát triển băng thông là khả năng tính toán của các bộ xử lý trung tâm (CPU).

Đối vớ i lớ p lõi của mạng WAN, động lực cho tăng trưởng băng thông đến từ nhiều nguồn

khác nhau và có thể bao gồm:

− Tăng trưởng băng thông dành cho CPU đến từ lớ p biên và từ các dịch vụ băng rộng,

− Tăng trưở ng số lượng ngườ i dùng các dịch vụ băng rộng,

− Tăng trưở ng của các mạng biên và các điểm k ết nối mạng biên vào mạng lõi.

7/30/2019 100G 2011 DD


Ảnh hưở ng của những yếu tố trên đây gộ p lại có tính chất cộng hưở ng, tạo nên tốc độ tăngtrưở ng của mạng lõi cao hơn mạng doanh nghiệ p và máy chủ ứng dụng. Điều này dẫn đến những

yêu cầu mở r ộng về băng thông khác nhau, cụ thể là những yêu cầu về tốc độ Ethernet khác

nhau, cho mỗi phân khúc mạng.

Vì vậy, HSSG đã đề nghị một loạt các giải pháp tối ưu cho cả mạng doanh nghiệ p và máy chủ

dịch vụ và k ết nối WAN thay vì chỉ ủng hộ phương thức tăng 10 lần băng thông truyền thống

cho tất cả các ứng dụng như đã thực hiện vớ i Ethernet trong quá khứ. Theo ý tưở ng này, HSSGđã đề nghị giải pháp k ỹ thuật bao gồm hai loại giao diện 40 GbE và 100 GbE. Mạng doanh

nghiệ p và các máy chủ cung cấ p dịch vụ sẽ hưở ng lợ i từ mức tăng băng thông nhỏ (40 GbE)

nhưng phù hợ p với xu hướng tăng băng thông trong phân khúc mạng này. Đồng thờ i, áp lực căngthẳng về băng thông trong phân khúc mạng lõi sẽ đượ c giải tỏa từ phương thức tăng băng thông10 lần truyền thống (100 GbE) cho phép giảm thiểu chi phí đầu tư và vận hành khi triển khai các

thế hệ thiết bị mạng mớ i.

Trong khi HSSG tậ p trung vào truyền dẫn trong khoảng cách ngắn (ví dụ như k ết nối tr ực tiế pgiữa các thiết bị định tuyến bằng giao diện 100 GbE) thì ITU-T tậ p trung vào xây dựng một

chuẩn chuyển tải các tín hiệu GbE qua mạng WAN ở tốc độ 100 Gbit/s. Cụ thể, hệ thống phân

cấ p OTU-4 của cấu trúc mạng OTN đượ c xác định như sau: • Tốc độ đườ ng truyền 130 Gbit/s dùng để ghép và chuyển tải 3 tín hiệu khách 40 Gbit/s

• Tốc độ đườ ng truyền 112 Gbit/s dùng để chuyển tải tín hiệu khách 100 GbE.

Ngoài ra khác với IEEE (thường không quan tâm đến k ỹ thuật điều chế tín hiệu), ITU-T quan

tâm đến các k ỹ thuật điều chế tín hiệu dùng cho mạng đườ ng dài. Trong số các k ỹ thuật điều chế

tín hiệu quang tiên tiến như Polarization Division Multiplexing QPSK (PDM-QPSK, vớ i một tên

gọi khác là Dual Polarization QPSK, DP-QPSK), Optical Duobinary, DQPSK, RZ-DQPSK,

ITU-T thấy r ằng PDM-QPSK là k ỹ thuật có khả năng miễn nhiễm cao đối vớ i CD và PMD, vàcó phổ tín hiệu đủ hẹp để hỗ tr ợ cả hai tốc độ 130 Gbit/s và 112 Gbit/s trên các hạ tầng quang có

khoảng cách kênh 50 GHz.

Diễn đàn Kết nối Quang (Optical Internetworking Forum, OIF) cũng lựa chọn PDM-QPSK như

là ứng cử viên sáng giá nhất cho các sản phẩm có tốc độ 100 Gbit/s. Bằng việc hỗ tr ợ PDM-

QPSK, OIF muốn kích thích thị trườ ng cung cấ p linh kiện quang và điện tử dùng cho tốc độ 100

Gbit/s. Vào tháng Tám năm 2008 OIF đã công bố k ế hoạch tiêu chuẩn hóa PDM-QPSK như là phương thức điều chế cho tốc độ 100 Gbit/s trong mạng WAN, vớ i mục tiêu là tạo đượ c một sự

hỗ tr ợ r ộng lớn hơn từ các nhà cung cấ p các module và linh kiện nhằm chế tạo các thiết bị 100

Gbit/s vớ i giá thành hợ p lý.

Hình 4a) mô tả hai phân cực của một tín hiệu quang. Trong mỗi phân cực, mỗi tổ hợ p gồm hai

bit dữ liệu [ D1 D0] hoặc [ D3 D2] lại đượ c ánh xạ vào các các điểm tín hiệu có các pha tương ứng

như trên Hình 4b). Hai tín hiệu QPSK được điều chế trên hai phân cực sẽ đượ c ghép lại với nhau để

tạo ra tín hiệu PDM-QPSK tại đầu ra của máy phát. Hình 5 thể hiện các tín hiệu điều chế pha độc lậ ptrong từng phân cực quang I (in-phase) và Q (quadrature) cộng vào với nhau để tạo ra tín hiệu PDM-

QPSK. Tốc độ baud của PDM-QPSK như vậy chỉ bằng 1/4 tốc độ bit.

7/30/2019 100G 2011 DD


a) b)

Hình 4a) Hai phân cự c quang và b) T ổ hợ p bit và pha của tín hiệu QPSK trên mỗ i phân cự c[6]

Hình 5. Mã hóa hai bit d ữ liệu vào ký t ự quang [6]

Hình 6 thể hiện các cấu trúc máy phát và máy thu PDM-QPSK đượ c OIF chuẩn hóa dựa trên các

nguyên lý ghép phân cực và mã hóa tín hiệu thành các pha như đã mô tả trên Hình 4 và 5. OIF cho

r ằng việc chuẩn hoá các modul trong thiết k ế chế tạo các hệ thống 100 Gbit/s là r ất cần thiết đối

vớ i các nhà cung cấ p thiết bị để đảm bảo tính tương thích kết nối, giúp giảm giá thành sản phẩm

và đẩy nhanh quá trình thương mại hóa. Tuy nhiên, một k ế hoạch tiêu chuẩn hóa đầy đủ cho tốc

độ 100 Gbit/s nhằm đạt đượ c khả năng kết nối hoàn toàn giữa các mạng khác nhau vẫn là mộtthách thức đáng kể và có thể còn kéo dài nhiều năm cho đến khi đượ c chuẩn hóa hoàn toàn [6].

Hình 6a) Sơ đồ máy phát PDM-QPSK

BS, Beam Spliter, Bộ chia; RZ, Return-to-Zero, Tr ở về Không

7/30/2019 100G 2011 DD


b)

Hình 6b ) Sơ đồ máy thu PDM-QPSK theo chuẩ n của OIF

5. K ết luận

Chuyển đổi lên tốc độ 100 Gbit/s trên các mạng truyền dẫn đườ ng tr ục là một xu hướ ng tất yếu

nhằm đáp ứng các nhu cầu bùng nổ về băng thông do các dịch vụ băng rộng mớ i trên nền IP. Các

nhà cung cấ p thiết bị, các nhà vận hành mạng đang có những chuẩn bị ráo riết để đón đầu thị trường đầy tiềm năng này, dự tính sẽ cất cánh từ sau 2012.

Việc thử nghiệm thành công công nghệ truyền dẫn đườ ng dài tốc độ 100 Gbit/s trên tuyến truyền

dẫn Bắc-Nam của Công ty VTN đã khẳng định hạ tầng quang của VNPT/VTN, khả năng của

VNPT/VTN làm chủ công nghệ mớ i, làm chủ vận hành và quản lý mạng vớ i những công nghệ

phức tạ p nhất, đã sẵn sàng cho những tầm cao mớ i.

Tài liệu tham khảo

[1] K. G. Coffman and A. M. Odlyzko, "Growth of the Internet Optical," in Fiber

Telecommunications IV B: Systems and Impairments, I. P. Kaminow and T. Li, Ed.:

Academic Press, 2002.[2] A. Bechtel, "A Web Company’s View on Ethernet," in IEEE 802.3 Plenary meeting,

HSSG subcommittee, Orlando, Fla, 2007.

[3] Andreas Hegers, "State and future of optical transport networks," in RoEduNet Conference Cluj: Nortel, 2008.

[4] Alcatel-Lucent, "Alcatel-Lucent 40G DWDM Technologies," 2010.

[5] M Finkenzeller, "Delivering 100G per wavelength with today’s DWDM infrastructure,"2007.

[6] OIF, "100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document," 2010.

http://www.oiforum.com/public/documents/OIF-FD-100G-DWDM-01.0.pdf

PBS: Polarization Beam Spliter, Bộ chia phân cực; BS, Beam Spliter, Bộ chia; Pol

Rot: Bộ xoay phân cực; X-Pol: Phân cực X; Y-Pol: Phân cực Y;

TIA, Transimpedance Amplifier




Documents

100G 2011 DD