Nghiên ứu các mô hình điều khiển trong mạng truyền tải quang

Cấu trục bus Ẽùc mẬ tả ỡ hỨnh 1.1 Tỗng ẼẾi Thiết bÞ Ẽầu xa Thiết bÞ Ẽầu xa Thiết bÞ Ẽầu xa Thiết bÞ Ẽầu xa HỨnh 1.1: Cấu trục bus sùi quang Trong cấu trục bus chì cọ mờt Ẽởng truyền dẫ

bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi Luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu mô hình điều khiển mạng truyền tải quang nghành: điện tử - viễn thông Mà số: Nguyễn văn thạch Ngời hớng dẫn khoa học : TS Nguyễn viết nguyên Hà nội 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204940511000000 Mở đầu Giao thc Internet (IP) trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho dịch vụ mạng mới, lưu lượng IP tăng nhanh thay loại giao thức khác Trong IP xem công nghệ lớp mạng phổ biến cơng nghệ quang tiên tiến cho phép khả dung lượng truyền dẫn lớn Với dung lượng truyền dẫn lớn nhờ DWDM khả cấu hình mềm dẻo chuyển mạch quang OXC (optical crossconect) cho phép xây dựng mạng quang động hơn, nhờ nối kết băng tần lớn (luồng quang) thiết lập theo nhu cầu Một thách thức quan trọng vấn đề điều khiển luồng quang - tức phát triển chế thuật toán cho phép thiết lập luồng quang nhanh cung cấp khả khôi phục có cố, đảm bảo tính tương tác nhà cung cấp thiết bị Các tổ chức diễn đàn quốc tế OIF, IETF ITU nỗ lực gấp rút để thiết lập nên phương pháp xác định việc điều khiển kết nối mạng quang IP Hiện có hai xu hướng xây dựng mơ hình tích hợp mơ hình chồng lÊn (Overlay) hay mơ hình khách-chủ (client-server), tức đặt tồn điều khiển cho lớp quang lớp quang; xu hướng thứ hai mơ hình ngang hàng (Peer) tức dịch chuyển phần điều khiển lên định tuyến - Router IP Trên sở t«i chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu mơ hình điều khiển mạng truyền tải quang” Bố cục luận văn gồm chương: Chương 1: Giới thiệu chung loại mạng quang Chương 2: Mạng truyền tải quang Chương 3: Thích ứng IP quang Chương 4: C¸c mô hình điu khin mng truyn ti quang Chương 5: Đề xuất mơ hình điều khiển mạng truyền tải quang VNPT Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông - Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ trình học tập nghiên cứu trường, em xin cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Viết Nguyên hướng dẫn em hoàn thiện luận văn tốt nghiệp Rất mong ý kiến đóng góp thầy cô giáo toàn thể bạn để luận văn đợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10/10/2005 chơng Giới thiệu chung loại mạng quang Hiện có nhiều chủng loại hệ thống truyền dẫn khác đợc đa vào khai thác mạng lới Do có nhiều u điểm vợt trội mà mạng thông tin quang ngày phát triển mở rộng quy mô phạm vi ứng dụng chất lợng mạng Do có phát triển nhanh công nghệ, cấu trúc mạng cấu hình hệ thống truyền dẫn quang ứng dụng thực tế tiến tới không tồn phân biệt khu vực ứng dụng Tuy nhiên để thuận lợi cho việc phân tích đánh giá cấu trúc nh công nghệ mạng thông tin quang, chơng giới thiệu mạng nội hạt mạng truyền tải quang Mạng nội hạt nhiều nơi đà đợc khai thác có hiệu đà đáp ứng đợc nhiều loại hình phục vụ Tuy nhiên nhu cầu thông tin ngày phát triển mạnh, yêu cầu hệ thống cho mạng nội hạt có băng tần rộng đà đợc đặt nhằm thoả mÃn phát triển mạng loại hình dịch vụ có băng tần chất lợng cao Xuất phát từ thực tế nh vậy, gần việc áp dụng hệ thống thông tin quang vào mạng nội hạt đặt thay cho tuyến cáp kim loại đà đợc triển khai nớc, số nơi đà có kinh nghiệm bớc đầu 1.1 Mạng thông tin quang nội hạt thuê bao quang 1.1.1 Các cấu trúc mạng quang 1.1.1.1 Bus sợi quang Cấu hình mạng bus đà đợc xây dựng cáp đồng Cấu trúc có u điểm tạo môi trờng truyền dẫn hoàn toàn thụ động dễ dàng tạo đợc nhánh đờng cáp mà không gây xáo trộn cấu hình nh gián đoạn việc khai thác mạng Nhng phát triển cấu trúc bus cáp quang lại khó thực hiện; lý chỗ việc truyền hai hớng nhánh khó thực hiện, tín hiệu vào đờng truyền dẫn không thuận lợi nh cáp đồng Cấu trúc bus đợc mô tả hình 1.1 Thiết bị đầu xa Thiết bị đầu xa Tổng đài Thiết bị đầu xa Thiết bị đầu xa Hình 1.1: Cấu trúc bus sợi quang Trong cÊu tróc bus chØ cã mét ®êng trun dẫn từ tổng đài nội hạt tới thiết bị đầu xa RT RU, nh cấu trúc bus sử dụng chung thiết bị mạng, nhiên tính bảo mật thông tin Cấu hình phù hợp với việc phân bố dịch vụ thuê bao nhận chung tín hiệu Do có phần tử tách ghép mà thực đợc việc truy nhập tín hiệu quang Các phần tử ghép tích cực thụ động Các ghép tích cực có chức biến đổi tín hiệu quang thu đợc từ bus thành tín hiệu điện trớc tiến hành xử lý tín hiệu (nh ghép thêm luồng số vào chùm tín hiệu, vv ) Các ghép thụ động không thực trình biến đổi quang-điện nào, sử dụng đặc tính quang để lấy lợng công suất từ bus chÝnh Bé ghÐp bus sỵi quang tÝch cùc Bé ghÐp tích cực chữ T đợc mô tả nh hình 1.2 thu quang photodiode nhận tín hiệu quang từ bus sợi thực biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Tín hiệu điện đầu thu đa tới phận xử lý tín hiệu Thành phần xử lý tín hiệu thực chức biến đổi điện nh trích lấy chép tín hiệu để đa tới thiết bị đầu cuối trì tín hiệu cho thiết bị phát quang Thiết bị phát quang thực biến đổi từ tín hiệu điện trở lại tín hiệu quang để phát tiếp vào đờng truyền bus sợi tới thiết bị tiếp sau Bộ xử lý ghép xen thêm thông tin lấy từ thiết bị đầu cuối vào đờng truyền tín hiệu u điểm cấu trúc bus sợi loại thiết bị đóng vai trò nh trạm lặp Điều có nghĩa nguyên lý hoạt ®éng, bus tÝch cùc cã thĨ ®iỊu tiÕt c¸c thiÕt bị đầu cuối với số lợng không giới hạn, tín hiệu đà đợc khôi phục giá trị ban đầu nút mạng Tuy nhiên, việc sử dụng làm trạm lặp tuỳ thuộc vào trờng hợp cụ thể, độ tin cậy trạm lặp yếu tố quan trọng liên quan tới hoạt động toàn mạng Nếu trạm bus đơn sợi bị hỏng toàn lu lợng bị ngng lại, ngời ta đà đa cấu hình bus đa sợi cấu hình đờng vòng Sợi quang Bộ thu quang Xử lý tín hiệu Bộ phát quang Sợi quang Thiết bị đầu cuối Hình 1.2 Bộ ghép chữ T Bộ ghép bus sợi quang thụ động Trong cấu hình ghép bus sợi quang thụ động, ghép thụ động đợc sử dụng thiết bị đầu cuối để lấy phần tín hiệu quang từ đờng bus trung kế đa tín hiệu quang thêm vào trung kế Các ghép thụ động chữ T có liên quan tới phân bổ quỹ công suất mạng, vấn đề cần quan tâm, tín hiệu quang không đợc tái phát nút trạm thiết bị, suy hao xen tín hiệu vào lấy tín hiệu nhánh cộng thêm suy hao sợi nhánh làm hạn chế kích cỡ mạng Hình 1.3 dạng ghép thụ động hình chữ T phổ biến Bộ ghép có bốn cửa: hai cửa để nối thiết bị vào bus, cửa để thu tín hiệu từ nhánh ra, cửa để xen tín hiệu vào đờng bus Nếu tín hiệu từ trái sang phải nh hình vẽ tín hiệu đợc ghép vào bus theo cưa A vµ tÝn hiƯu lÊy tõ bus lấy cửa B Trờng hợp sử dụng ghép chữ T đơn Bộ ghép nh hình 1.3 thực đơn giản cách làm nóng chảy hai sợi dẫn quang ghép với đoạn ngắn Khoảng cách ký hiệu Dc gọi độ dài ghép Độ dài khoảng cách hai lõi sợi xác định mức độ ghép công suất quang từ sợi sang sợi Ghép xen tín hiệu A Vùng sợi nóng chảy ghép vào nhau-Dc Trích lấy tín hiệu B Tín hiệu đầu vào ban đầu Bus sợi Tín hiệu đầu ban đầu Công suất ghép Hình 1.3 Bộ ghép chữ T thụ động 1.1.1.2 Cấu trúc hình Trong cấu trúc mạng hình sao, tất nút mạng đợc nối điểm gọi nút trung tâm Nút trung tâm trạm có thiết bị tích cực thụ động Môi trờng truyền dẫn cấu hình đôi dây kim loại, cáp đồng trục cáp sợi quang Cấu trúc mạng hình cấu hình đơn cấu hình kép nh hình 1.4 Thuê bao Tổng đài Thiết bị đầu xa RDU Thuê bao Tổng đài RDU a) Cấu trúc đơn b) Cấu trúc kép Hình 1.4 Các cấu trúc hình Cấu trúc kép cho phép sử dụng có hiệu cáp nhánh sử dụng cho nhiều thuê bao Đây cấu trúc hấp dẫn để đảm bảo kết hợp dịch vụ chuyển mạch dịch vụ phân bố, nhiên nhợc điểm sử dụng thiết bị đầu xa mà đòi hỏi thêm chi phí lắp đặt bảo dỡng thiết bị, cấu hình phức tạp làm giảm độ tin cậy, khó phát triển dịch vụ băng rộng Tại nút trung tâm, thiết bị tích cực đợc sử dụng nút thực chức điều khiển mạng Các nút trung tâm có thiết bị tích cực thực định luồng tín hiệu mạng Trong cấu trúc hình có sử dụng thiết bị thụ động nút trung tâm ngời ta phải sử dụng chia quang đặt gốc hình để thực phân chia tín hiệu chung thành tín hiệu nhánh cho tất trạm Các bé ghÐp sư dơng cÊu tróc h×nh cđa mạng ghép hình truyền dẫn (phát tín hiệu đi), hình phản xạ nh mô tả hình 1.5 Các ghép phần tử trộn thụ động, có nghĩa công suất quang từ cửa vào đợc trộn với đợc chia ngang cho cửa Các ghép hình phản xạ thờng linh hoạt lựa chọn đợc số cửa vào cửa sau đà thiết kế thiết bị Còn ghép hình truyền dẫn, số cửa vào cửa đà đợc cố định từ lúc thiết kế chế tạo ban đầu Tuy nhiên, phản xạ hiệu phần ánh sáng đợc đa vào ghép lại đợc quay trở lại sợi đầu vào Nếu có số đầu vào đầu ghép truyền dẫn có hiệu gấp đôi ghép phản xạ Vì phát phản xạ có u điểm nhợc điểm riêng, cần phải lựa chọn loại Trạm N a) Bộ ghép truyền dẫn Bộ ghép hình phản xạ Gơng phản xạ Tổng đài Các cửa Các cửa vào Trạm Các cửa Các cửa vào thiết bị cho ứng dụng cụ thể cấu hình mạng b) Bộ ghép phản xạ Hình 1.5 Các ghép hình sợi quang 1.1.1.3 Cấu hình ring Cấu hình ring cấu hình đợc sử dụng có hiệu phù hợp với tính chất bảo đảm thông tin mạng viễn thông Trong cấu hình ring, nút mạng liền đợc nối với tuyến điểm - điểm nh nút đợc nối với tạo thành vòng ring khép kín Thông tin dới dạng gói số liệu đợc gửi tõ nót nä sang nót theo vßng ring, víi môi trờng truyền dẫn đôi dây, cáp đồng trục cáp quang Các giao diện nút mạng thiết bị tích cực có khả nhận địa riêng gói liệu để tiếp nhận tin Giao diện nh điểm ràng buộc với ngời sử dụng mà trạm lặp tích cực để tái phát tín hiệu đà đợc gán địa tới nút khác Một mạng ring đợc tạo nên nhờ sợi quang đợc gọi ring đơn nh mô tả hình 1.6 Các trạm A, B, C D đợc liên kết với mặt tín hiệu (hình 1.6a) Lu lợng từ trạm A đến trạm B sử dụng trực tiếp đoạn sợi AB, lu lợng chuyển từ B đến A sử dụng theo chiều BCDA Tại trạm, thiết bị xen rẽ kênh ADM cung cấp tất chức có luồng tín hiệu STM-N Và có nh toàn ring bị gián đoạn thông tin có cố cáp nút ring Để khắc phơc, ngêi ta sư dơng cÊu tróc ring hc sợi quang Các mạng ring đợc phân thành ring mét híng vµ ring hai híng A B A B D C D C a) b) A B A B D C D C H×nh 1.6 CÊu tróc ring SDH 1.1.2 C¸c hƯ thèng truy nhËp quang C¸c hƯ thống thông tin cáp sợi quang đà phát triển nhanh chóng năm gần Trên mạng lới viễn thông, cáp sợi quang đà đợc đặt ngày nhiều đà lấn át dần mạng cáp đồng Xu xây dựng mạng thuê bao quang đà đợc nhiều nhà khai thác ủng hộ với mạng nh vậy, cho phép phát triển nhanh số lợng loại hình dịch vụ,