Ghép kênh theo bước sóng quang các vấn đề về công nghệ và triển khai ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SĨNG QUANG CÁC VẤN ĐỀ VỀ CƠNG NGHỆ VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG CHUYÊN NGÀNH : XỬ LÝ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG HỒNG ANH KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ QUỲNH THU HÀ NỘI - 2007 Trang |1 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan kết luận văn xây dựng hoàn tồn thân tơi nghiên cứu thực dựa hướng dẫn cô giáo hướng dẫn tham khảo tài liệu trích dẫn Tác giả luận văn Hoàng Anh Khoa Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |2 Mục Lục Lời cam đoan Mục Lục Danh mục ký hiệu, thuật ngữ viết tắt Danh mục bảng 11 Danh mục hình vẽ, đồ thị 12 Mở đầu 14 Chương 1: MẠNG THÔNG TIN QUANG 17 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin quang 17 1.1.1 Tổng quan mạng truyền tải quang 20 1.1.2 Tổng quan mạng truy nhập 21 1.2 Mạng truyền tải quang vấn đề liên quan 28 1.2.1 Cấu trúc SDH 28 1.2.1.1 Sơ đồ khối ghép 28 1.2.1.2 Chức khối ghép 29 1.2.1.3 Cấu trúc khung SDH 30 1.2.2 Cấu trúc mạng quang WDM 37 1.2.2.1 Mơ hình hệ thống WDM 37 1.2.2.2 Các cấu trúc mạng WDM thông dụng 39 1.2.3 Các tham số đặc trưng mạng quang 44 1.2.3.1 Đặc trưng riêng mạng quang 44 1.2.3.2 Các tham số liên quan đến topo mạng 44 1.2.3.3 Các tham số liên quan tới giới hạn vật lý 46 1.2.3.4 Các tham số liên quan đến nhu cầu lưu lượng mạng 46 1.2.3.5 Những tham số liên quan đến cấu trúc 48 1.2.3.6 Các tham số liên quan đến giám sát 48 1.3 Khảo sát đánh giá trạng (Mạng đường trục VN – Backbone) 49 1.3.1 Cấu hình 49 1.3.1.1 Hệ thống SDH 2.5Gbps 49 1.3.1.2 Hệ thống WDM 20Gbps 51 1.3.2 Thiết bị cáp 54 1.3.2.1 Cáp quang sử dụng tuyến đường trục 54 1.3.2.2 Thiết bị (Lặp, xen rẽ, khuyếch đại ) 57 1.3.3 Các phương án sử dụng phân bố lưu lượng hệ thống cáp 70 1.3.3.1 Phân bổ lưu lượng 70 1.3.3.2 Phân bổ bước sóng 73 1.3.4 Đồng mạng 74 1.3.4.1 Mạng đồng đường trục 2.5Gbps 74 1.3.4.2 Đồng cho mạng WDM 20Gbps 76 Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |3 1.3.5 Cấu hình số node 76 1.3.5.1 Cấu hình node đầu cuối Hà Nội 77 1.3.5.2 Cấu hình node đầu cuối Đà Nẵng 79 1.3.5.3 Cấu hình trạm đầu cuối Thành phố Hồ Chí Minh 81 1.3.5.4 Cấu hình trạm OADM Huế 83 1.3.5.5 Cấu hình trạm lặp 3R 83 Chương 2: CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠNG 85 2.1 Các suy giảm truyền dẫn 85 2.1.1 Suy hao 85 2.1.2 Tán sắc 85 2.1.3 Phi tuyến 86 2.1.4 Xuyên âm 88 2.1.5 Nhiễu 88 2.2 Một số tham số kỹ thuật hệ thống WDM 89 2.2.1 Số kênh sử dụng khoảng cách kênh 89 2.2.2 Vấn đề ổn định bước sóng nguồn quang yêu cầu độ rộng phổ nguồn phát 90 2.2.2.1 Ổn định bước sóng nguồn quang 90 2.2.2.2 Yêu cầu độ rộng phổ nguồn phát 91 2.2.3 Xuyên nhiễu kênh tín hiệu quang 91 2.2.4 Suy hao – Quỹ công suất hệ thống WDM 91 2.2.5 Tán sắc bù tán sắc 92 2.2.6 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 94 2.2.7 Bộ khuyếch đại EDFA số vấn đề sử dụng EDFA mạng WDM 94 2.3 Một số số liệu thực tế tuyến cáp quang Việt Nam 95 2.3.1 Số liệu suy hao tán sắc tuyến cáp quang dọc theo quốc lộ 1A (QL – 1A ) 95 2.3.2 Số liệu suy hao tán sắc tuyến cáp quang dọc theo đường dây 500kV 99 Chương 3: CÁC TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 102 3.1 Một số tổ chức tiêu chuẩn nước quốc tế 102 3.1.1 Các tiêu chuẩn đánh giá ITU-T Recommendation 103 3.1.2 Tiêu chuẩn Ngành VN 104 3.2 Các tham số liên quan đến độ tin cậy độ khả dụng hệ thống thông tin quang 104 3.2.1 Độ khả dụng hệ thống thông tin quang 104 3.2.2 Các tham số độ tin cậy thiết bị quang tích cực 105 3.2.3 Các tham số độ tin cậy thiết bị quang thụ động, cáp sợi quang 106 3.2.4 Các khái niệm liên quan đến độ tin cậy khả dụng hệ thống thông tin quang 106 3.2.5 Một số phương pháp tính tốn 110 3.2.5.1 Phương pháp dự đoán độ tin cậy trạng thái ổn 110 3.2.5.2 Phương pháp tính cho thiết bị bảo trì độ tin cậy 114 3.2.5.3 Phương pháp đánh giá độ tin cậy theo phương pháp Markov 116 3.2.5.4 Phương pháp luận State – space tính độ khả dụng tham số bảo trì 122 3.2.5.5 phương pháp phân bổ tiêu độ không khả dụng 124 Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |4 3.2.6 Các vấn đề liên quan hệ thống WDM 126 3.2.6.1 Các yêu cầu chung công tác đo đánh giá hệ thống WDM 126 3.2.6.2 Phương pháp đo đánh giá hệ thống thông tin quang WDM 127 3.2.6.3 Các phép đo hệ thống WDM 130 Chương 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP KỸ THUẬT BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI MẠNG 134 4.1 Bảo vệ mạng truyền tải quang 134 4.1.1 Sự cần thiết phải bảo vệ tầng quang 134 4.1.2 Các khái niệm 135 4.1.2.1 Bảo vệ riêng 136 4.1.2.2 Bảo vệ chia sẻ 137 4.1.2.3 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang 137 4.1.2.4 Bảo vệ kênh quang 138 4.2 Phục hồi mạng phân bố lại tài nguyên 138 4.2.1 Các khái niệm 138 4.2.1.1 Phục hồi 138 4.2.1.2 Cấp phát tài nguyên 142 4.2.2 Các phương thức thực thi cấp phát tài nguyên 143 4.2.2.1 Cấp phát tài nguyên kỹ thuật bảo vệ mạng 143 4.2.2.2 Phân bổ lưu lượng trình hồi phục mạng 144 4.2.2.3 Định tuyến lưu lượng, cấp phát tài nguyên cho mạng WDM với lưu lượng tĩnh 144 4.2.2.4 Định tuyến lưu lượng, cấp phát tài nguyên cho mạng WDM với lưu lượng động 146 4.2.2.5 Phương pháp định tuyến mạng WDM cấu trúc Ring 148 4.2.2.6 Phương pháp định tuyến mạng quang WDM cấu trúc Mesh 153 4.3 Các giải pháp cải thiện nâng cao chất lượng 157 4.3.1 Chuyển mạch quang (OBS, …, …) 157 4.3.1.1 Phân loại so sánh chuyển mạch quang 157 4.3.2 Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS 166 4.3.2.1 Tổng quan mạng GMPLS 166 4.3.2.2 Các giao thức GMPLS 168 4.3.2.3 Những vấn đề mạng GMPLS giải pháp 169 4.3.2.4 Một số vấn đề tồn mạng GMPLS 173 Kết luận 175 Kiến nghị nghiên cứu 176 Danh mục tài liệu tham khảo 177 Phụ lục 178 Tóm tắt luận văn 234 Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |5 Danh mục ký hiệu, thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt 3R Re-Shap, Re-Time, Re-amplify Bù tán sắc, đồng bộ, khuếch đại ADM Add-Drop Multiplexer Thiết bị tách ghép bước sóng ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AN Access Network Mạng truy nhập ANT Access Network Termination Kết cuối mạng chuyển mạch APD Avanlance Photodiode Đi ốt tách sóng quang thác ASE Amplified Spontaneous Emision Phát xạ tự phát khuếch đại ATM Asynchronuos Transfer Mode Chế độ truyền không đồng AU-n Administrative Unit-n Khối quản lý AUG Administrative Unit Groups Nhóm khối quản lý BA Booster Amplifier Khuếch đại công suất BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit BLSR Bidirectional Line-Switched Ring Vịng ring hai hướng có chuyển mạch CATV Cable Television Truyền hình cáp CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CLNP Connectionless Network Layer Protocol Giao thức mạng không kết nối CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng lỏng DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi bù tán sắc DCM Dispersion Compensating Module Bộ phận bù tán sắc Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |6 DEMUX Demultiplexing Bộ phân kênh DFB Distributed Feedback Phản hồi phân bố DGD Differential Group Delay Bộ bù độ dốc tán sắc DSCM DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DXC Digital Cross-Connect Bộ đấu chéo số EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại sợi có pha tạp Erbium EMI Electromagnetic interference Trường điện từ giao thoa E/O Electrical – Optical Chuyển đổi điện quang ESI Extenal Synchorous Interface Khối giao tiếp đồng FA Forwarding Adjacency Tiến tới liền kề FSC Fiber Switching Capability Khả chuyển mạch sợi quang FTS Feeder Transmission Systems Các hệ thống chuyển mạch FTTB Fiber To The Building Cáp quang tới tòa nhà FTTC Fiber To The Company Cáp quang tới công ty FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới nhà FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn bước sóng Gbps Giga bits per second Ghz Gigahertz GFP-F/T Framing mapped/Transparent Generic Framing Procedure Thủ tục lập khung tổng quát theo khung/trong suốt GMPLS Generalized Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GPRS Global Positioning Radio Satellite Vệ tinh định vị toàn cầu HDSL High-bit-rate digital subscriber line Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |7 Contenơ ảo bậc cao HOVC Higher Order Virtual Container IBT In band terminater ISDN Intergrated Service Digital Network ISI Intersymbol interference ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LA Line Amplifier Khuếch đại đường quang LD Laser Diode Laser bán dẫn LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LOVC Low Order Virtual Container Contenơ ảo bậc thấp Mạng số tích hợp đa dịch vụ Bộ bù tán sắc suy hao MSA NE Network Element Thành phần mạng NGN Next Generation Network Mạng hệ sau NMI Network Management Interface Giao diện quản lý mạng NNI Network – to – Network Interface Giao diện kết nối Mạng – Mạng NRZ Nonreturn to zero Không trở Och Optical Channel Kênh quang OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ xen rẽ sóng quang ODL Optical data link Kết nối liệu quang OMS Optical Multiplex Section Lớp đoạn ghép kênh quang OMUX Optical Mutltiplexer / Optical Demultiplexer Bộ ghép sóng quang / Bộ tách sóng quang OBF OBS OCWR Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |8 ODMUX OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàn mạng liên kết quang OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường truyền quang OSPF Open Shortest Path First Thuật toán chọn đường ngắn OSPF–TE Open Shortest Path First–Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng áp dụng cho thuật toán chọn đường ngắn OSNR Optical Signal-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu tạp âm quang OTDM Optical time-division multiplexing OTDR Optical time-domain reflectometer OTS Optical Tranmission Section Đoạn truyền tải quang OXC Optical Crossconnect Nối chéo quang PA Pre Amplifier Tiền khuếch đại PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng PIN Positive Intrinsic Negative Cấu trúc bán dẫn P-N có lớp tự dẫn bên PLC Planar lightwave circuit PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mốt phân cực POH Path Overhead Mào đầu luồng PRC Primary Reference Clock Tần số đồng hồ chuẩn PSC Packet Switch Capable PSTN Public switched telephone network PTP Peak to peak QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAN Remote Access Network Mạng truy nhập đầu xa RFD Reverse-a-fixed-duration RSVP–TE Resource Reservation Protocol– Kỹ thuật lưu lượng áp dụng cho Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 Trang |9 Traffic Engineering giao thức cài đặt tài nguyên SBS Stimulated Brillouin Scatting Tán xạ Brillouin kích thích SDF Samarium-doped fiber Sợi dịch tán sắc SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng SDH-NG Next Generation SDH SDH hệ SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode SNCP Subnetwork connection protection Bảo vệ kết nối mạng SNI Switching Network Interface Giao diện mạng chuyển mạch SOH Section Overhead Mào đầu đoạn SRS Stimulated Raman Scatting Tán xạ Raman kích thích SSU Synchronistation Supply Unit Thiết bị cung cấp đồng TAG Tell and go TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TMN Telecommunications Management Network Mạng quản lý viễn thông TSI Time slot interchanger Khe thời gian trao đổi TU-n Tributary Unit-n Khối ghép nhánh-n TUG Tributary unit group Nhóm đơn vị ghép TWP Tunable Wavelength Path Ống truyền sóng VC Virtual Container (in SDH) Container ảo VCAT Virtual Concatenation Ghép chuỗi ảo VCC Virtual Channel Connection Kênh kết nối ảo VCG Virtual Concatenation Group Nhóm ghép ảo VC-n Virtual Contenor -n Contenơ ảo-n VDSL Very-high-bit-rate DSL DSL tần số cao Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 221 Ở coupler thường để bên dụng cụ Một suy hao quang nằm ngồi thiết bị chúng khơng sẵn sàng để tích hợp bên thiết bị Các phép đo xác định sau cần thực lần Một jumper với hệ số phản xạ R gắn kèm theo đem lại biểu đồ dấu vết OTDR Bộ suy hao quang điều chỉnh đến sườn xuống đỉnh phản xạ thấp mực bão hòa thiết bị độ cao đỉnh H ghi lại Hệ số điều chỉnh tính : F = R0-10 log10 Nếu khoảng thời gian tồn xung D, hệ số tán xạ ngược sợi quang là: B = F-10 log10 D Nếu D đo ns, B xấp xỉ -80 dB Để đo hệ số phản xạ rời rạc lớn S R thiết bị OTDR kết nối tới điểm S điểm R Kết là: R = F + 10 log10 39) Đo xuyên âm quang Xuyên âm quang tỷ số tổng cơng suất nhiễu kết hợp từ cơng suất tín hiệu tất kênh với cơng suất tín hiệu kênh danh định Xuyên âm quang tính dB, đo máy thu nhờ sử dụng máy phân tích phổ quang 40) Đo tỷ số tín hiệu nhiễu quang Tỷ số tín hiệu nhiễu quang (OSNR) tỷ số cơng suất tín hiệu quang cơng suất nhiễu quang OSNR tính dB giá trị nhỏ yêu cầu đạt 10 -12 Một tạo tín hiệu mậu máy BERT với máy kiểm tra truyền dẫn, suy hao, đồng hồ đo công suất phát lỗi sử dụng để đo OSNR 41) Đo kiểm tra hệ thống Tiếp theo danh sách phép đo kiểm tra hệ thống dựa thiết bị nhà sản xuất cung cấp nhà vận hành mạng khuyến nghị để đảm bảo cung cấp dịch vụ thiết bị hoạt động với chất lượng tốt Các phép đo sử dụng công nghệ giá trị định nghĩa mục đo phía 42) Đo tần số trung tâm Tần số trung tâm bước sóng mức cơng suất đỉnh phát xạ Các hệ thống đơn kênh sử dụng tần số trung tâm dải bước sóng làm việc mạng quang Các tần số trung tâm hệ thống đa kênh bị hạn chế màu cụ thể (bước sóng Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 222 cụ thể) vào 50 GHz khung 0,4 nm 100 GHz khung 0,8 nm Bắt đầu từ tần số 193,1 THz (xem bảng 1.2 trang khung kênh ITU-T) Tần số trung tâm đo với máy phân tích phổ quang hay dụng cụ đo bước sóng 43) Đo cơng suất phát trung bình Cơng suất phát trung bình giá trị trung bình cơng suất tín hiệu quang, đo dBm tín hiệu phía phát chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PRBS) Công suất phát trung bình thường đo với tạo tín hiệu mẫu máy BERT hay máy kiểm tra đường truyền đồng hồ đo công suất 44) Đo tỷ số phân biệt Tỷ số phân biệt (EX) phép đo độ sâu điều chế nguồn phát EX mối quan hệ công suất logic với công suất logic sử dụng công thức: 10 (log (E1/E0)) Với E1 công suất logic E0 công suất logic EX tỷ số trung bình đo phát chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PRBS) Các phép đo EX khó thực Rất khó đảm bảo mức giá trị không hay mức tối laser trước có phép đo EX EX đo với máy sóng máy thu OE tham chiếu 45) Đo mặt nạ biểu đồ mắt Đo tra mặt nạ biểu đồ mắt cho phép đặc tính hoá thời gian lên thời gian xuống, nhiễu trơi pha Tất tham số thu với phép đo Nhờ so sánh mặt nạ biểu đồ mắt với mặt nạ tham chiếu đánh giá tồn chất lượng dạng sóng phát qua phép đo 46) Đo BER hệ thống Hầu hết hệ thống đơn kênh theo chuẩn SONET/SDH lấy giá trị nhỏ chấp nhận BER 10-10 Các hệ thống đa kênh hệ thống 10 Gb/s lấy giá trị nhỏ chấp nhận 10-12 Các phép đo BER hệ thống sử dụng máy BERT máy kiểm tra đường truyền kích thích thiết bị hay phần tử mạng giám sát BER máy thu Phụ lục 7: Các loại chuyển mạch quang thông dụng  Chuyển mạch kênh quang  Chuyển mạch gói quang Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 223  Chuyển mạch Burst quang CHUYỂN MẠCH KÊNH QUANG: Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bước sóng Trong mạng chuyển mạch kênh quang, đường dẫn bước sóng riêng thiết lập khoảng thời gian kết nối Để mạng chuyển mạch kênh hoạt động, kênh ấn định từ đầu tới cuối cho kết nối Kênh sau ký phục vụ cho kết nối Hình 4.44: Mạng chuyển mạch kênh Trong mạng chuyển mạch kênh yêu cầu kết nối điểm A B thiết lập Một kênh thiết lập thong qua node R1, R3 R4, R5 Ta thành lập tuyến liên kết khác A B Giữa node chuyển mạch cho phép nhiều kênh thiết lập Chuyển mạch kênh gồm có giai đoạn: Thiết lập kênh, Truyền liệu giải phóng kênh  Thiết lập kênh: Đăng ký bước sóng cố định theo đường dẫn lựa chọn, liên kết tren đường dẫn định hướng từ nguồn tới đích tưong ứng  Truyền liệu: Dữ liệu gửi đường riêng phân phối điều khiển sử dụng giai đoạn định tuyến, khoảng thời gian yêu cầu đoạn thiết lập giai đoạn truyền dẫn T, có giá trị T = 2P+DELTA( P thời gian truyền chiều, DELTA tổng trễ xử lí yêu cầu thiết lập đường truyền) Dữ liệu chuyển mạch kênh không cần đệm node trung gian kênh sử dụng phục vụ cho việc truyền liệu taị thời điểm cụ thể Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 224  Giải phóng kênh: Sauk hi liệu gửi di tới đích, kênh truyền dẫn gải phóng Đích gửi nguồn tin xác nhận Các node đường truyền giải phóng để phục vụ cho kết nối khác Hình 4.45: Tín hiệu chuyển mạch kênh CHUYỂN MẠCH GĨI QUANG: Chuyển mạch gói quang công nghệ lựa chọn phục vụ cho việc truyền tải liệu qua WDM Hoạt động chuyển mạch gói: gói thơng tin gửi tuyến thích hợp lựa chọn định tuyến node gọi đến Trong chuyển mạch gói gói có tiêu đề tương ứng mang thơng tin gói địa gói, node chuyển mạch quang (các định tuyến) nhận thong tin gửi tuyến thích hợp Hình vẽ mơ tả mạng chuyển mạch gói Gói gửi từ điểm C tới đích D Một gói thong tin rời C gửi tuyến R1 tới R3, sau từ R3 gửi tới R4 tới D Tuy nhiên gói truyền tới D theo hướng khác Nếu viếc truyền dẫn từ R1 tới R3 chậm gói, gói từ R1 gửi tới R2, từ R2 đến R5 tiếp tục tới đích Trong chuyển mạch gói độ dài gói Lp, cố định thay đổi từ giá trị nhỏ Smin tới giá trị lớn nhât Smax Trường hợp gói có độ dài cố định tin kích thước Lb chia thầnh gói nhỏ có kích thước giống Trường hợp gói Luận văn tốt nghiệp Chun ngành Xử Lý Thơng Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 225 có độ dài khác tin chia thành Lb/Smax gói đệm cần thiết gói có kích thước nhỏ Smin Hình 4.46: Mạng chuyển mạch gói quang Một đặc điểm chuyển mạch gói lưu chuyển tiếp tức gói cần phải tập hợp đày đủ node nguồn node trung gian trước chuyển Đẳc điểm dẫn đến gói phải trải qua khoảng thời gian trễ tương ứng với Lp tịa node, cần phài có đệm node trung gian mạng có kích thước nhỏ Smax CHUYỂN MẠCH BURST QUANG: (OBS) KHÁI NIỆM OBS: Sự bùng nổ lưu lượng mạnh mẽ mạng internet, phát triển nhanh chóng lớp lưu lượng vấn đề quan trọng cần phải xử lí Để hỗ trợ quang cho phép đệm quang xử lí bùng nổ lưu lượng hỗ trợ cho việc cung cấp t ngun nhanh truyền dẫn khơng đồng gói có kick thước khác cần phải phát triển Chuyển mạch burst quang (OBS) giải pháp cho truyền tải lưu lượng trực tiếp qua mạng WDM quang hỗ trợ cho việc sử dụng băng có hiệu quả, phương pháp truyền tải tồn mà không cần đệm Trong mạng chuyển mạch burst quang, burst liệu bao gồm nhiều gói đươc chuyển mạch thong qua mạng toàn quang Một tin điều khiển( tiêu đề) truyền trước burst để thiết lập cấu hình chuyển mạch tuyến truyền burst Các burst liệu truyền sau tiêu đề mà không cần đợi tin xác nhận kết nối hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 226 Cấu hình mạng OBS hình vẽ Một mạng OBS bao gồm node biên, node lõi tuyến liên kết mạng Hình 4.47: Cấu trúc mạng OBS Một chuyển mạch burst quang truyền tải burst từ cổng đầu vào tới cổng đầu đích Tuỳ thuộc vào loại kiến trúc mạng mà có khơng đệm quang node Các sợi liên kết mang nhiều bước song, bước sóng xem kênh mang thơng tin ( truyền burst thơng tin) Gói điều khiển truyền băng kênh liệu hoăc kênh điều khiển riêng Một burst mang hay nhiều gói IP Cấu trúc node: Trong mạng OBS, node bao gồm định tuyến biên định tuyến lõi  Node biên: định tuyến biên có chức kết hợp/phân chia burst Khi gói IP tới node biên, định tuyến xác định đích ưu tiên gói thơng qua tiêu đề gói Dựa độ ưu tiên đích gói, gói IP đưa tới đệm điện đầu Sau burst tao thành kết hợp burst Các gói trước kết hợp thành burst lưu hàng đợi đặt phù hợp với độ ưu tiên chúng  Node lõi: node lõi bao gồm FDL đầu vào, khối chuyển mạch quang(OSM) khối điều khiển chuyển mạch SCU Các kênh dưu liệu kết nối với khối chuyển mạch kênh điều khiển kết cuối khối điều khiển chuyển mạch Các FDL đầu vào sử dụng để làm trễ burst liệu tới, cho phép Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 227 đơn vị điều khiển chuyển mạch có đủ thời gian để xử lí kết hợp gói tiêu đề burst(BHP) Chức chủ yếu SCU bao gồm xử lí BHP, kiểm tra bảng tìm kiếm để xác định liên kết đầu burst liệu, xếp burst liệu kênh đầu phục hồi BHP Khối chuyển mạch bao gồm chuyển mạch không gian không tắc nghẽn biến đổi bước song Chuyển mạch không gian cho phép chuyển burst liệu từ bát kênh đầu vào tới kênh đầu đảm bảo không bị chồng lấn lên burst liệu khác Một node chuyển mạch bao gồm:  Giao diện đầu vào: Thu nhận burst liệu, tiêu đề biến đổi tiêu đề thành tín hiệu điện  Khối điều khiển chuyển mạch: Phân tích thơng tin tiêu đề, định thời gian làm việc, phát xung đột giải quyết, điều khiển khối chuyển mạch, ghi lại tiêu đề điều khiển biến đổi bước song  Đường trễ quang(ODL): Sử dụng đệm để lưu burst, làm trễ burst khoảng thời gian  Khối chuyển mạch quang: chuyển mạch không gian để chuyển mạch burst liệu từ kênh đầu vào tới kênh đầu Hình 4.48: Cấu trúc NODE Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 228 Các node biên có chức tạo burst cách tập chung phân tán Bằng cách khác nhau, có ngưỡng hay khoảng thời gian xác định sử dụng để tập hợp gói liệu tạo thành burst quang gửi burst tới mạng [4] Các node lõi có thu WDM, phat WDM, ghep kênh WDM, phân kênh WDM, khuyếch đại, khối điều khiển chuyển mạch, biến đổi bước sóng, đường trễ chuyển mạch phân chia theo không gian HOẠT ĐỘNG: Trong chuyển mạch burst quang,trứơc tiên gói điều khiển gửi đi, sau burst liệu gửi mà không cần chấp nhận tin xác nhận thiết lập kết nối.Phương pháp gọi giao thức đăng ký chiều Để truyền thành cơng burst có độ dài từ tới vài gói cần sử dụng gói điều khiển,kết phần mào đầu điều khiển đơn vị liệu nhỏ hơn.Chuyển mạch burst quang thường sử dụng báo hiệu ngồi băng,gói đièu khiển burst liệu kết hợp với không chặt chẽ thời điểm.Tức chúng bị phân chia nguồn thời gian trễ với giá trị lớn tổng thời gian sử lý gói điều khiển trênn đường truyền.Kết burst dũ liệu không câ cần phải đệm node trung gian Một cách khác mà giao thức OBS khơng sử dụng thời gian trễ nguồn, ngược lại yêu cầu burst liệu node trung gian trễ khoảng thời gian cố định không nhỏ thời gian nhỏ cần thiết để sử lý gói điều khiển node trung gian Để hỗ trợ IP qua WDM OBS, chúng tai khởi động phần mềm IP với phần mềm điều khiển khác phận giao diện lớp mạng lớp WDM chuyển mạch quang.Trong WDM, bứơc sóng điều khiển riêng sử dụng cho truyền gói điều khiển Để gửi liệu, gói điều khiển định truyến từ nguồn tới đích dựa địa IP mang theo để thiết lập kết nối chách thiết lập câu hình chuyển mạch tồn quang đường dẫn Khi burst phát mà không truy nhâp địa IP trung gian giảm độ phức tạp xử lý lớp IP Trong OBS, bước sóng liên kết mà burst sử dụng bị giả phóng sau burst qua liên kết đó, đồng thời tự động đăng ký tạo hay giải phóng gói Tức burst từ nguồn khác tới đích khác co thể tân dụng cach hiệu độ rộng băng bước sóng liên kết theo kiểu ghép kênh thống kê chia sẻ thời gian Trong trường hợp gói điều khiển đăng ký bước sóng node trung gian sai, burst khơng đuợc định tuyến, bị mất.Không phải tất giao thức Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 229 OBS giống nhau,một số giao thức OBS hỗ trợ cho truyền dẫn chách tin cậy,khi có tin không xác nhận gửi trở node nguồn, sau gói điều khiển burst gửi lại Đặc điểm chuyển mạch burst quang:  Tính chất hạt: kích cỡ đơn vị thơng tin truyền dẫn OBF năm chuyển mạch kênh chuyển mạch gói  Sự phân chia điều khiển liệu: thông tin điều khiển truyền bước sóng hay kênh riêng biệt  Sự đăng ký chiều: nguồn định sử dụng đăng ký chiều Do node nguồn khơng cần đợi đến nhận tin xác nhận gửi từ node đích trước bắt đầu truyền burst  Độ dài burst khác nhau: Kích thước burst khác  Không cần đệm quang: Các node trung gian mạng không cấn sử dụng đệm Đặc biệt, đơn vị truyền dẫn burst, burst bao gồm số gói, chuỗi tế bào ATM, khung HDTV hay chuỗi bít ban đầu CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Có kỹ thuật chuyển mạch burst khác nhau: Tell-and-go (TAG), In-band-terminater (IBT) Reserve-a-fixed-duration (RFD) TAG Trong chuyển mạch burst quang kiểu TAG, node nguồn gửi gói điều khiển kênh điều khiển riêng đẻ đăng ký độ rộng băng thiết lập chuyển mạch đường chuyền,burst liệu gửi kênh liệu mà không cần thu tin xác nhận ACK trước.Tức thời gan trễ T gói điều khiển burst nhỏ hon nhiều thời gian thiết lập kênh, chí khơng.Sau burst gửi đi,một tín hiệu điều khiển khác gửi để giải phóng độ rộng băng IBT Trong IBT,tất burst có tiêu dề (giống chuyển mạch gói), phân định đặc biệt hay kết cuối điểm kết thuc burst,IBT khơng có lưu đệm Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 230 chuyển tiếp mà sử dụng đường tắt ảo Đặc biệt nguồn node trung gian gửi phần trước burst trước thu phần cuối burst.Khi trễ burst kích thước đệm node cần thiết nhỏ hơn, trừ trường hợp toàn burst đợi node khơng có bước sóng khả dụng RFD Trong RFD, gói điều khiển gửi trước để đăng ký độ rộng băng thiết lập chuyển mạch, burst liệu gửi sau khoảng thời gian thời gian trễ Độ rộng băng đăng ký cho khoảng thời gian cụ thể Hình 4.49: Tranh chấp hai burst Khi tranh chấp xảy ra, có mảnh burst chồng lấn lên mảnh burst khác bị loại bỏ.Nếu thời gian chuyển mạch khơng thích hợp,các mảnh bổ sung bị cổng đầu burst chuyển tới cổng khác Có hai phương pháp loại bỏ mảnh burst tranh chấp xảy hai burst là:  Phương pháp 1:loại bỏ phần cuối burst ban đầu  Phương pháp 2:loại bỏ phần đầu burst chanh chấp Thời gian chuyển mạch hệ thống không thực đệm chế trễ nào, thời gian chuyển mạch đơn vị đo lường số gói địng cấu hình chuyển mạch tranh chấp Trong định burst để phân mảnh, dựa phần lại burst ban đầu để xác định thời gian chuyển mạch Bằng cách so sánh thời gian chuyển mạch độ dài burst xác định độ dài burst đầu tối ưu tưong úng với thời gian chuyển mạch đưa Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 231 Khi sử dụng phương pháp này,xác xuất burst không thay đổi khẳ liệu burst giảm So sánh loại chuyển mạch quang Chuyển mạch kênh phù hợp với trường hợp lưu lượng không biến đổi chất lươngh dịch vụ (QoS) đảm bảo nhờ độ rộng băng cố định Tuy nhiên độ rộng băng trở nên không hiệu trường hợp bùng nổ lưư lượng liệu.Tức độ rộng băng bị lãng phí giai đoạn lưu lượng nhỏ nhiều mào đầu xuầt thường xuyên xảy thiết lập hay giải phóng kết nối Ưu điểm chuyển mạch gói gói bao gồm tiêu đề tải gưỉư mà không cần thiết lập kênh chia sẻ bước sóng liên kết gói với nguồn đích khác nhau.Tuy nhiên cấu lưu đệm chuyển tiếp, node phải xử lý tiêu đề gói tới để xác định tuyến truyền gói, cần phải sử dụng đệm node Chuyển mạch burst quang (OBS) cân ưu điểm chuyển mạch kênh quang nhược điiểm chuyển mạch gói quang Khác với chuyển mạch kênh, OBS khơng cần phải có bước sóng riêng cho kết nối đầu cuối tới đầu cuối sau burst qua mọt tuyến liên kết bước sóng giải phóng Khác với chuyển mạch gói, burst liệu không cần sử dụng đệm Bảng 4.3: So sánh loại chuyển mạch quang Phụ lục 8: Thuật toán Dijkstra Để thực thuật toán Dijkstra phải biểu diễn mạng dạng đồ thị có trọng số Trọng số tiêu chuẩn lựa chọn đường ngắn Nó khoảng Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 232 cách, độ rộng băng tần, độ trễ,… Bằng cách thay đổi trọng số cung đồ thị, thuật tốn Dijkstra tính tốn đường ngắn theo tiêu chuẩn hai nút chọn lựa Thuật toán Dijkstra bước xây dựng đường ngắn có nút gốc nút nguồn nút xa mạng đưa vào Tại bước thứ k đường ngắn tới k nút gần tính bổ xung vào đường Gọi l(i,j) giá đường kết nối trực tiếp từ nút i tới nút j l(i,j) = ∞ (nếu khơng có liên kết từ i tới j) l(i,j) = i = j Gọi Nk tập hợp tạo thành k+1 phần tử: nút nguồn k nút gần nguồn sau thực k bước giải thuật Dk(n) giá từ nút nguồn tới nút n theo đường ngắn bao hàm tập Nk Giả sử nút l nút nguồn bước tìm đường ngắn từ nút l tới tất nút lại sau : Bước 0( khởi tạo ) : N0 ={ } : Tập N ban đầu gồm nút nguồn Bước k : Tính cập nhật Nk = Nk-1 U {w} Trong w thoả mãn biểu thức : Dk-1(w) = Dk-1(v), v không thuộc Nk-1 Do(v) = [Dk-1(v), Dk-1(w) + l(w,v)], v không thuộc Nk Thuật toán dừng lại tất nút nằm tập N Ví dụ mơ tả thuật tốn Dijkstra với đồ thị vơ hướng có trọng số Giả sử ta muốn tìm đường ngắn từ nút A tới nút D Bắt đầu đánh dấu từ A (biểu diễn hình trịn đậm, hình dưới) Bước lặp thứ : tập v bao gồm nút B va nút G, gán nhãn B(A, 2), G(A,6) Nút B gần nút A nên nút B chọn vào tập N (hình dưới) Bước lặp thứ 2: bắt đầu nút B xét nút gần b bao gồm E C, gán nhãn E(B, 4), C(B,9) Lúc này, w nút E bổ xung vào tập N E có giá nhỏ số tập v gồm G(A,6), E(B,4), C(B,9) Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 233 Tương tự vậy, nút G, nút F, nút H, nút C, nút D bổ xung vào tập N Như vậy, đường ngắn từ nút A tới nút D có giá trị 10 theo đường A→B →E→F→H→D Mơ tả thuật tốn Dijkstra Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 234 Tóm tắt luận văn Luận văn tập trung vào việc khảo sát mạng đường trục Việt Nam, đưa nguyên nhân ảnh hưởng tới chất lượng truyền dẫn, từ có đề xuất số phương án nhằm cải thiện nâng cao chất lượng Cụ thể là: Chương 1: MẠNG THÔNG TIN QUANG Nêu bật lên khái niệm mạng thông tin quang, mạng quang dựa phương pháp ghép kênh theo bước sóng quang (đề cập tới vấn đề đường trục quang nước ta áp dụng công nghệ này) Ngồi ra, cịn nêu khảo sát mạng đường trục Việt Nam (về mặt cấu hình, thiết bị, phương án sử dụng tài nguyên mạng ) Chương 2: CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA MẠNG Được nhắc đến tham số, nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng truyền là: Suy hao, tán sắc, phi tuyến, xuyên âm, nhiễu Cuối chương có trình bày thêm phần, số số liệu thực tế suy hao tán sắc mạng đường trục Việt Nam (cụ thể tuyến cáp quang: chạy dọc theo QL1A tuyến chạy dọc theo đường dây 500kV Bắc Nam) Chương 3: CÁC TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG Giới thiệu số tổ chức quốc tế, số tiêu chuẩn quốc tế, số văn đánh giá chất lượng mạng truyền dẫn quang Bên cạnh đó, chương cịn sâu vào cụ thể phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống cuối chương có nhắc đến tồn phép đo, phép đánh giá hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng Chương 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP KỸ THUẬT BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI MẠNG Là chương cuối luận văn, chương đề phương pháp, phương án bảo vệ khôi phục cấp phát tài nguyên mạng nhằm ổn định nâng cao chất lượng truyền dẫn Cụ thể là, chương đề cập tới việc bảo vệ cấu hình mạng, bảo vệ kiến trúc mạng, phục hồi, cấp phát định tuyến lưu lượng tĩnh, động, mạng cấu hình Mesh Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 T r a n g | 235 Ngoài phương pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn, cụ thể công nghệ chuyển mạch quang công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức Ngồi chương chính, luận văn cịn giới thiệu thêm số tài liệu, số số liệu liên quan tới chương trình bày chi tiết phần phụ lục luận văn Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Xử Lý Thông Tin Truyền Thông 2005 – 2007 ... hiệu quang bước sóng khác ghép vào sợi dẫn quang Các tín hiệu có bước sóng khác ghép lại phía phát nhờ ghép kênh (MUX), ghép bước sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ tín hiệu sau ghép truyền dọc theo. .. nguồn quang tới đầu ghép kênh Ở phía thu tách sóng quang phải nhạy với độ rộng bước sóng quang Khi thực tách kênh cần phải thực cách ly kênh quang thật tốt với bước sóng cách thiết kế giải ghép kênh. .. lập hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang hướng đầu cuối thực nhiệm vụ ghép tách kênh Trong hệ thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh bước sóng lỏng kỹ thuật ghép kênh bước sóng chặt