Ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN QUANG HAI GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mà SỐ:23. 0 60.52.02.08 4.3898 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ĐỨC THỦY Phản biện 1: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 3: …………………………………………………… …………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông ……………………………………………………… 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin quang đã đạt được những thành tựu rất to lướn trong dó phải kể đêna kỹ thuật ghép kênh quang, nó thực hiện việc ghép các tín hiệu ánh sang để truyền trên sợi quang nhằm tăng dung lượng kênh truyền và tạo ra các tuyến thông tin có tốc độ cao. Đối với hệ thống dung lượng thấp, công nghệ TDM thường được sử dụng để tăng dung lượng truyền dẫn của một kênh cáp quang đơn lên 10Gbps, thậm chí là 40Gbps. Tuy nhiên việc tăng tốc độ cao hơn nữa là không rễ dàng vì các hệ thống tốc độ cao đòi hỏi công nghệ điện tử phức tạp và đắt tiền. khi tôc độ đạt tới hàng trăm Gbps, bản than các mạch điện tử sẽ không thể đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp, thêm vào đó chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao. Để nâng cao tôc độ truyền dẫn và khắc phục được những hạn chế mà cách mạch điện hiện tại chư khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM ra đời, với những ưu điểm vượt trội của hệ thống DWDM về băng thông lớn, tôc độ cao, dung lượng lớn… nên được ứng dụng rất nhiều trong việc xây dựng các hệ thống truyền dẫn thông tin trong thực tế và tính liên tục của mạng ngày càng trở lên cấp thiết, để giải quyết vấn đề này cần tới kỹ thuật bảo vệ và phục hồi . Chính vì vậy em chọn đề tài “Ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM” trong đó sẽ đi sâu vào kỹ thuật bảo vệ, phục hồi và ứng dụng kỹ thuật bảo vệ và phục hồi trong mạng DWDM vào mạng Viettel Net. luận văn này được chia thành bốn chương:  Chương 1: Tổng quang về Ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM. Trong chương này sẽ tập trung nghiên cứu về cấu trúc của hệ thống DWDM, các khối chức năng của hệ thống và các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM  Chương 2: Nghiên cứu các kỹ thuật bảo vệ và phục hồi trong mạng DWDM. 2 Trong chương sẽ đi tìm hiểu thế nào là bảo vệ và phục hồi, tiếp đó là khảo sát qua các kỹ thuật bảo vệ và phục hồi được sử dụng trong mạng DWDM.  Chương 3: Nghiên cứu, phân tích các giải pháp bảo vệ và phục hồi dựa trên một số kịch bản sai hỏng trong một số cấu trúc mạng DWDM. Trong chương này sẽ nghiên cứu và phân tích các kỹ thuật bảo vệ và phục hồi được ứng dụng trong mạng DWDM dựa trên một số kịch bản sai hỏng của một số cấu trúc mạng điển hình  Chương 4: Phân tích hiện trạng mạng truyền dẫn Viettel Net và ứng dụng kỹ thuật bảo vệ và phục hồi mạng DWDM vào mạng truyền dẫn Viettel Net. Trong chương này sẽ đi tìm hiểu về hiện trạng của mạng truyền dẫn Viettel Net sau đó sẽ đề xuất phương án ứng dụng kỹ thuật bảo vệ và phục hồi đã tìm hiểu ở các chương trước vào mạng truyền dẫn Viettel Net. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM 1.1. Cấu trúc hệ thống DWDM Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing ) là công nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang”. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại các tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau. Cấu trúc hệ thống DWDM về cơ bản gồm ba phần chính:khối phát quang, khối thu quang và phần truyền dẫn. 1.2. Các khối chức năng trong hệ thống DWDM 3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống DWDM gồm các thành phần chính sau:  Khối phát đáp quang OTU.  Khối tách/ ghép kênh quang MUX/DEMUX.  Khối khuếch đại quang sợi EDFA.  Khối rẽ/xen quang OADM.  Khối bù tán sắc.  Khối kết nối chéo quang OXC.  Khối đường truyền. 1.3. Các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM Các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM là:  Suy hao.  Số kênh bước sóng.  Độ rộng phổ của nguồn phát.  Quỹ công suất.  Tán sắc.  Hiệu ứng phi tuyến.  Dải bước sóng làm việc của hệ thống. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI TRONG MẠNG DWDM 2.1. Khái niệm bảo vệ và phục hồi mạng Bảo vệ (protection): là một phương thức hồi phục mạng sử dụng các tài nguyên bảo vệ được cấp phát trước để truyền lưu lượng tải hoạt động trên kênh bị ảnh hưởng bởi sự cố nhằm đảm bảo khả năng duy trì của mạng. Phục hồi (recovery): là một phương thức hồi phục mạng sử dụng các tài nguyên dự phòng khả dụng để định tuyến lại lưu lượng được giả định sau khi xảy ra sự cố theo tình trạng hiện tại của mạng. 2.2. Khảo sát kỹ thuật bảo vệ và phục hồi mạng DWDM 4 Các kỹ thuật bảo vệ quang sử dụng các chuyển mạch quang và bộ chia công suất quang kế thừa nguyên lý của các kỹ thuật bảo vệ SONET/SDH truyền thống đồng thời tạo hiệu quả tăng tốc độ hồi phục, giảm mức độ phức tạp và chi phí quản lý cho mạng. Tuỳ theo góc độ xem xét mà mỗi nhóm nghiên cứu có phương pháp khác nhau để phân lớp các kỹ thuật hồi phục quang, nhưng tương đương nhau. Theo kiến trúc chức năng người ta có thể phân lớp các kỹ thuật bảo vệ quang thành hai kiến trúc: bảo vệ luồng (trail protection), bảo vệ kết nối mạng con (SNC protection). - Phương thức phục hồi ở tầng quang: Phương thức phục hồi đoạn ghép kênh quang yêu cầu tìm kiếm cục bộ một tuyến tạm thời khả dụng vòng qua đoạn bị sự cố. phương thức này được thực thi tại các nút đầu cuối đoạn bị sự cố, sử dụng một thuật toán phân bố để tìm tuyến thay thế tạm thời. - Phương thức bảo vệ ở tầng quang: bảo vệ ở tầng quang có một số kỹ thuật bảo vệ như Bảo vệ riêng (1+1 hoặc 1:1), Bảo vệ chia sẻ (1:N), Bảo vệ tuyến riêng (DPP 1+1), Bảo vệ đoạn riêng (DLP), Ring chuyển mạch bảo vệ tuyến đơn hướng OUPSR, Ring chuyển mạch bảo vệ đoạn đơn hướng OULSR, Bảo vệ tuyến chia sẻ (SPP 1:N), Bảo vệ đoạn chia sẻ (SLP 1:N), Ring chuyển mạch bảo vệ tuyến hai hướng OBPSR, Ring chuyển mạch bảo vệ đoạn đơn hướng OBLSR 2 sợi hoặc 4 sợi. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI DỰA TRÊN MỘT SỐ KỊCH BẢN SAI HỎNG TRONG MỘT SỐ CẤU TRÚC MẠNG DWDM 3.1. Phân lớp các phương thức bảo vệ theo cấu hình mạng Trước tiên chúng ta sẽ nghiên cứu các giải bảo vệ và phục hồi với mạng DWDM có cấu hình cơ bản như đường thẳng, vòng ring, lưới nhưng tập trung vào hai cấu hình vòng ring và lưới. Hai loại cấu hình này hiện đang thu hút được sự quan tâm chủ yếu của các nhà thiết kế. Bảng 3.1 giới thiệu các phương thức bảo vệ có thể áp dụng cho từng cấu hình điểm-điểm, vòng ring, lưới và các ring-lưới phân cấp. Hình 3.1 là các giải pháp bảo vệ khả dụng cho hai cấu hình vòng ring và lưới sẽ được phân tích chi tiết sau đây. 5 Hình 3.1: Các giải pháp bảo vệ DWDM khả dụng trong hai cấu hình vòng ring và lưới 3.2. Giải pháp và kịch bản bảo vệ mạng DWDM cấu hình điểm – điểm Đối với cấu hình đường thẳng có thể áp dụng trực tiếp các kỹ thuật bảo vệ tuyến riêng/chia sẻ nên không cần phân tích nhiều. Bảo vệ quang 1+1 tương tự như phương thức bảo vệ 1+1 SDH. Phía phát sử dụng bộ chia để chia công suất quang và phát trên cả hai tuyến hoạt động và dự phòng; ở phía thu sử dụng một chuyển mạch quang có chức năng như một bộ lựa chọn và chuyển mạch lên tuyến bảo vệ khi tuyến hoạt động tương ứng có sự cố. Hồi ph ụ c Bảo vệ theo k ế ho ạ ch Phục hồi đ ộ ng Ring Lướ i Bảo vệ tuyến Bảo vệ đoạn OCh DPRing OMS SPRing 2 sợi OMS SPRing 4 sợi Bảo vệ tuyến Bảo vệ đoạn Bảo vệ riêng Bảo vệ chia s ẻ (1:N) 1+1 1:1 Ring loopback Generalized loopback Phủ nút Phủ vòng (cycle) P-cycle Phủ vòng kép Bảo vệ riêng Bảo vệ chia s ẻ Rx Tx Rx Tx DWDM DWDM Tốc độ chuyển mạch bảo vệ nhanh Không cần báo hiệu giữa các đầu cuối Tx Rx B ộ chia Chuyển m ạ ch W P 6 Hình 3.2.a: Hệ thống DWDM cấu hình đường thẳng chuyển mạch bảo vệ 1+1 Bảo vệ quang 1:1 tương tự như phương thức bảo vệ 1:1 trong SDH. Khác với bảo vệ 1+1, dịch vụ không được nối cầu lên cả hai sợi hoạt động và làm việc mà sử dụng chuyển mạch ở cả hai đầu. Ban đầu chuyển mạch đặt lên sợi hoạt động, khi phát hiện sự cố thì chuyển mạch lưu lượng lên sợi bảo vệ Hình 3.2.b: Hệ thống DWDM cấu hình đường thẳng chuyển mạch bảo vệ 1:1 3.3. Giải pháp và kịch bản bảo vệ phục hồi mạng DWDM cấu hình vòng RING 3.3.1. Bảo vệ kênh quang (Bảo vệ tuyến) Bảo vệ kênh quang có một số giải pháp bảo vệ sau: - Giải pháp vòng RING bảo vệ riêng kênh quang (OCh-DPRING) - Giải pháp vòng RING bảo vệ chia sẻ kênh quang (OCh-SPRING) 3.3.2. Bảo vệ đoạn ghép kênh quang Bảo vệ đoạn ghép kênh quang có một số giải bảo vệ pháp sau: Rx Tx Rx Tx Rx Tx Rx Tx DWD M DWDM Lưu lượng có mức ưu tiên th ấ p Lưu lượng có mức ưu tiên th ấ p Tốc độ chuyển mạch bảo vệ nhanh (chậm hơn 1+1) Yêu cầu có báo hiệu giữa các nút đầu cuối Chi phí cao (d ự phòng 100%) nh ưng b ình th ư ờ ng có Tx Rx Chuyển mạch W P Kênh báo hiệu APS Chuyển mạch 7 - Giải pháp vòng RING bảo vệ riêng đoạn ghép kênh quang (OMS- DPRING) - Giải pháp vòng RING bảo vệ chia sẻ đoạn ghép kênh quang (OMS- SPRING) 3.4. Giải pháp và kịch bản bảo vệ phục hồi mạng DWDM cấu hình lưới 3.4.1. Bảo vệ và phục hồi tuyến kênh quang Bảo vệ và phục hồi tuyến kênh quang bao gồm một số phương pháp bảo vệ sau: - Bảo vệ tuyến riêng - Bảo vệ chia sẻ tuyến 3.4.2. Hồi phục đoạn ghép kênh quang trong mạng lưới DWDM Trong hồi phục đoạn, tất cả các kết nối đi qua đoạn bị sự cố được định tuyến lại để đi vòng qua đoạn đó. Quá trình chuyển mạch bảo vệ đoạn được thực thi trong suốt đối với các nút nguồn và đích. Đối với bảo vệ đoạn, trong suốt quá trình thiết lập phiên liên lạc, các đường và bước sóng dự phòng được dành trước vòng qua mỗi đoạn của đường ban đầu. Còn trong phục hồi đoạn, các nút kế cận của đoạn bị sự cố tìm một tuyến động vòng qua đoạn cho mỗi bước sóng đi qua đoạn bị sự cố đó. 3.5. Giải pháp phục hồi trong kiến trúc mạng liên kết giữa các miền quang 3.5.1. Liên kết giữa các mạng con và vấn đề bảo vệ Trong giải pháp này có 2 kỹ thuật bảo vệ là: - Bảo vệ với kiến trúc RING ảo: Kiến trúc ring ảo ban đầu có thể chỉ được ứng dụng cho OC-DPRing. Phương thức định tuyến và bảo vệ sử dụng các nút liên kết để chuyển tiếp viền (border) giữa các vòng ring tại cùng bước sóng. - Các kiến trúc RING ảo cải tiến: Mục đích ở đây là sử dụng mỗi bước sóng để truyền một nửa số kết nối tầng client nên về mặt nguyên lý thì yêu cầu tài nguyên giống như trường hợp của VRA trên OCh-DPRing (hoặc tốt hơn tương đương với OMS-SPRing). Mỗi mạng con (SSN ví dụ một ring) không chỉ phục hồi một sự cố nút đơn hoặc sự cố đoạn đơn, mà có thể cho phép chống lại cả trường hợp nhiều xảy ra sự cố (mỗi sự cố trên một ring) giữa nút A và B. Nhưng cả hai kiến trúc này đều kém hơn kiến trúc sử dụngVRA trên OCh-DPRing tại các nút liên kết: chỉ phục hồi một nửa số kết nối tầng client khi xảy ra sự cố tại vị trí liên kết. Nếu thực thi bảo vệ cục bộ 1:N 8 các kênh quang liên kết giữa I1 và I3, giữa I2 và I4 để vượt qua điểm yếu này thì giải pháp này cũng khá hiệu quả về mặt chi phí. 3.5.2. Bảo vệ với kiến trúc tách và chuyển tiếp Trong giải pháp này có 3 kỹ thuật bảo vệ là: - Kiến trúc OMS-SPRING hai mức: Kiến trúc OMS-SPRing hai mức gồm một OMS-SPRing mức trên với nút đầu cuối và hai OMS-SPRing mức dưới với các nút đầu cuối liên kết với nhau thông qua các nút kép thực thi liên kết và định tuyến ở miền quang. - Kiến trúc hai mức OMS-SPRING/Lưới quang: Kiến trúc hai mức OMS- SPRing/lưới quang bao gồm các lưới quang với các nút đầu cuối và một OMS- SPRing mức trên với nút đầu cuối (thực thi liên kết và định tuyến ở miền quang). Liên kết giữa các nút đầu cuối sử dụng bước sóng a, liên kết giữa các nút đầu cuối sử dụng bước sóng  b . - Kiến trúc hai mức lưới quang/ OMS-SPRING: Kiến trúc hai mức lưới quang/OMS_SPRing bao gồm hai OMS-SPRing mức dưới liên kết với một lưới quang mức trên thông qua nút liên kết kép (thực thi liên kết và định tuyến ở miền quang). CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL NET VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI MANG DWDM VÀO MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL NET 4.1. Phân tích mạng truyền dẫn Viettel Net Mạng truyền dẫn Viettel Net được chia làm 4 lớp: - Lớp trục quốc gia (National Backbone Layer): Kết nối lưu lượng các vùng miền, truyền tải dịch vụ Bắc-Nam, kết nối các hướng đi Quốc tế. - Lớp lớp liên tỉnh (Inter-Provincial Layer):Tập trung lưu lượng dịch vụ ở các Tỉnh, chuyển tải về các trung tâm dịch vụ tại các thành phố Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh. [...]... OMS-DPRING vào mạng DWDM HNI của Viettel Net Hình 4.2.2 Mạng Core DWDM HNI Mạng core HNI sử dụng công nghệ DWDM với thiết bị của Huawei bao gồm 3 vòng RING Các vòng RING của mạng DWDM HNI sử dụng 2 sợi quang, hoạt động sử dụng kỹ thuật bảo vệ OMS-DPRING, một sợi hoạt động và một sợi bảo vệ 4.2.3 Ứng dụng kỹ thuật bảo vệ OMS-DPRING vào mạng DWDM HCM của Viettel Net Hình 4.2.2 Mạng Core DWDM HCM 21 Mạng... chia như sau: - Các kênh λ1, λ2 cho truyền lưu lượng HANOI – HCM - Kênh λ3 cho truyền lưu lượng HANOI – DANANG - Kênh λ4 cho truyền lưu lượng DANANG – HCM - Kênh λ5 cho truyền lưu lượng HANOI – VINH - Kênh λ6 cho truyền lưu lượng DANANG - BUANMETHUAT - Kênh λ7 cho truyền lưu lượng DANANG – QUINHON Trong quá trình hoạt động đôi khi gặp phải những sự cố thiên tai lũ lụt làm đứt tuyến cáp quang hoặc làm hỏng... dụng công nghệ DWDM với thiết bị của Huawei bao gồm 3 vòng RING Các vòng RING của mạng DWDM HCM sử dụng 2 sợi quang, hoạt động sử dụng kỹ thuật bảo vệ OMS-DPRING, một sợi hoạt động và một sợi bảo vệ KẾT LUẬN DWDM với những ưu thế về mặt công nghệ đã trở thành một phương tiện tối ưu về kỹ thuật cũng như kinh tế để mở rộng dung lượng sợi quang một cách nhanh chóng và quản lý hiệu quả hệ thống DWDM đã đáp... cáp quang 2B VINH QUINHON Tuyến cáp quang HANOI HCM BUONMETHUAT DANANG Tuyến cáp quang 1C Hình 4.2.1.a Mạng trục Bắc – Nam cấu hình lưới bảo theo kỹ thuật SNCP 1+1 và phủ vòng Xây dựng mạng trục này sử dụng 3 tuyến cáp quang khác nhau là các trục cáp quang 1A, 2B và tuyến 1C, tạo thành 3 vòng RING khác nhau: HANOI – VINH- DANANG, VINH – DANANG – BUANMETHUAT – QUINHON, BUANMETHUAT – QUINHON – HCM Các kênh. .. mạng dịch vụ (BTS/Node B, DSLAM, PSTN, khách hàng thuê kênh ) Hình 4.1 Tổ chức mạng truyền dẫn Viettel Net 4.2 Ứng dụng kỹ thuật bảo vệ và phục hồi trong mạng DWDM vào mạng Viettel Net 4.2.1 Xây dựng mạng trục cáp quang Bắc – Nam của mạng Viettel Net theo cấu hình lưới Đề xuất một cấu hình lưới điển hình sử dụng kỹ thuật bảo vệ SNCP (1+1) và bảo vệ theo phương pháp phủ vòng xây dựng dựa trên các cấu hình... mạng toàn quang trong tương lai Các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu trên hệ thống DWDM chủ yếu dựa trên nền tảng WDM Nhưng trong thực tế không phải thiết bị trên hệ thống DWDM cũng giống hoàn toàn với thiết bị trên hệ thống WDM, do vậy ta phải chú ý trong quá trình xây dựng các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu trên hệ thống DWDM Khi áp dụng các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu cho tuyến quang trục... trong tương lai gần chúng ta có thể xây dựng các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu có độ tin cậy cao đồng thời chi phí đầu tư thiết bị ở mức hợp lý Luận văn này tập chung vào các vấn đề chính:  Công nghệ DWDM  Các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu của hệ thống  Các cơ chế bảo vệ và khôi phục dữ liệu trên mạng cáp quang Viettel Net ... trục dựa trên nền tảng hệ thống DWDM ta phải chú ý đến đặc điểm của tuyến quang trục truyền với cự ly rất xa và khả năng xảy ra các sự cố như sự cố đứt cáp và hỏng hoàn toàn một nút nào đó, cho nên khi xây dựng các cơ chế bảo vệ và khôi phục tín hiệu trên tuyến phải chú ý tới hiệu quả kinh tế và khả năng phục hồi ở bất cứ trường hợp sự cố nào vì chi phí đầu tư là rất lớn và độ tin cậy của hệ thống Hy vọng... hoạt động đôi khi gặp phải những sự cố thiên tai lũ lụt làm đứt tuyến cáp quang hoặc làm hỏng một nút nào đó trong mạng vậy thì cần phải có các cơ chế bảo vệ và phục hồi mạng Một số sự cố và cơ chế hoạt động bảo vệ và phục hồi được mô tả như trong hình vẽ 11 Vinh 1 2 3 5 5 Qui Nh¬n 7 1 Hµ Néi HCM 2 4 §µ N½ng 3 4 6 Bu«n Mª ThuËt 6 Hình 4.2.1.b: Cấu hình mạng trục Bắc – Nam sử dụng kỹ thuật . CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM 1.1. Cấu trúc hệ thống DWDM Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength. được, công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM ra đời, với những ưu điểm vượt trội của hệ thống DWDM về băng thông lớn, tôc độ cao, dung lượng