Đồ án nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng

Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỤC LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU 9 Chương I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG 11 1.1. Giới thiệu 11 1.2. Khảo sát công nghệ 13 1.3. Phân loại mạng quang 16 1.3.1. phân loại dựa vào định tuyến 16 1.3.1.1. Optical-Link Networks (các mạng liên kết quang) 16 1.3.1.2. Single-Hop Optical Networks (các mạng quang đơn chặng) 17 1.3.1.3. Multihop Optical Networks (các mạng quang đa chặng) 23 1.3.1.4. Các mạng quang lai ghép ( Hybrid Optical Networks) 27 1.3.1.5. Mạng Photon 31 1.3.2. Phân loại theo topo mạng 33 1.3.2.1. Cấu trúc mạng RING 34 1.3.2.2. Cấu trúc mạng MESH 34 1.3.2.3. Cấu trúc hình sao đơn 35 1.3.2.4. Cấu trúc hình sao kép 35 1.4. Các tham số đặc trưng của mạng quang 36 1.4.1. Đặc trưng riêng của mạng quang 36 1.4.2. Các tham số liên quan đến topo mạng 37 1.4.3. Các tham số liên quan đến những giới hạn vật lí 38 1.4.4. Các tham số liên quan đến nhu cầu lưu lượng mạng 39 1.4.5. Các tham số liên quan đến kiến trúc 40 1.4.6. Các tham số liên quan đến sự giám sát 41 Chương II. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG QUANG WDM VÀ CÔNG NGHỆ 42 Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 1 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 2.1. Giới thiệu chương 42 2.2. Nguyên lí hoạt động của hệ thống WDM 43 2.3. Ưu điểm của hệ thống WDM 45 2.4. Vấn đề tồn tại của hệ thống WDM và hướng giải quyết trong tương lai 45 2.5. Chuyển mạch quang 46 2.6. Các thành phần chính của hệ thống WDM 47 2.6.1. Thiết bị đầu cuối OLT 47 2.6.2. Bộ ghép kênh xen/rẽ quang OADM 49 2.6.3. Bộ khuếch đại quang 53 2.6.4. Bộ kết nối chéo quang OXC 56 2.6.4.1. Chức năng OXC 56 2.6.4.2. Phân loại OXC 59 2.7. Sự chuyển đổi bước sóng 61 2.8. Kết luận chương 63 Chương III.ĐỊNH TUYẾN THEO BƯỚC SÓNG 64 3.1. Giới thiệu chương 64 3.2. Giới thiệu về định tuyến và gán bước sóng (Routing and Wavelength 64 3.3. Phương pháp định tuyến và gắn bước sóng bước sóng 66 3.3.1. Phương pháp định tuyến 67 3.3.1.1. Phương pháp định tuyến trong mạng MESH 67 3.3.1.1.1. Định tuyến cố định 67 3.3.1.1.2. Định tuyến luân phiên cố định 68 3.3.1.1.3. Định tuyến thích nghi 69 3.3.1.1.4. Định tuyến bảo vệ 70 3.3.1.2. Phương pháp định tuyến trong mạng cấu trúc RING 71 3.3.1.2.1. Định tuyến trong mạng RING đơn 73 Các phương pháp định tuyến tối ưu 73 Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 2 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 Các phương pháp định tuyến Heuristic 74 3.3.1.2.2. Định tuyến trong mạng đa Ring 78 3.3.2. Phương pháp gán bước sóng 80 3.3.2.1. Phương pháp gán bước sóng tĩnh 80 3.3.2.1.1 Thuật toán gán bước sóng từ bậc lớn nhất (LF – Largest First 82 3.3.2.1.2. Phương pháp gán bước sóng trong mạng Ring 84 3.3.2.2. Phương pháp gán bước sóng động 87 3.3.2.2.1. Gán bước sóng ngẫu nhiên 87 3.3.2.2.2. Gán bước sóng theo phù hợp nhất 88 3.3.2.2.3 Gán bước sóng theo chiều dài luồng quang dài nhất (LF –Longest 88 3.3.2.2.4. Gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng ít nhất ( LU- Least Used ) 89 3.3.2.2.5. Gán bước sóng theo số bước sóng sử dụng nhiều nhất (MU- Most 90 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 3 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 ADM AG AN AOTF APD AWGM ATM AW DCA DEMUX DSF DXC DLE DWDM FBG EDFA FDM FFWF GMPLS GW IP ISDN Add/drop multiplexer Auxiliary Graph Acces Node Acousto Optic Turnable Filter Avalanche Photodiode Arrayed - Wavelength Grating Multiplexer Asynchronous Transfer Mode Available Wavelength Distinct Channel Assignment Demultiplexer Dispersion Shifted Fiber Digital Cross Connect Dynamic Lightpath Establishment Differential Wavelength Division Multiplexer Fibre Grating Erbium doped fiber amplifer Frequency Division Multiplexing First Fit Wavelength First Generalized Multiple Protocol Label Swithching Gateway Internet Protocol Integrated service digital network Bộ ghép kênh xen kẽ Dựng một đồ thị phụ Nút truy nhập Bộ lọc thanh quang có điều chỉnh Điốt quang thác Bộ ghép kênh lưới quang dẫn sóng kiểu dàn Phương thức truyền không đồng bộ Bước sóng khả dụng Gán kênh riêng biệt Bộ giải ghép kênh Sợi dịch tán sắc Nối chéo số Thiết lập luồng quang Ghép kênh chia bước sóng vi sai Lưới sợi quang Khuếch đại sợi quang trộn erbium Ghép kênh phân chia tần số Thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát Cổng Giao thức internet Mạng số liên kết dịch vụ Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 4 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 LAN LC LCP LCG LF LEC LL LSP LSR LU MΣ MESH MPLS OADM OC O/E/O Och OLA OXC OTDM RWA Local Area Network Logical Connection Least Congested Path Logical Connection Graph Largest First Least Converter First Least Loaded Label Swithched Path Label Swithching Router Least Used Max-Sum Mesh Multi Protocol Label Swithching Optical add/drop multiplexer Optical Circulator Optical/Electrical/ Optical Optical Channel Optical Line Amplifier Optical Cross Connect Optical Time Division Multiplex Routing and Wavelength Assignment Mạng cục bộ Kết nối logic Định tuyến đường nghẽn ít nhất Hướng kết nối logíc biểu đồ Thuật toán gán bước sóng từ bậc lớn nhất Chuyển đổi bước sóng theo thứ tự cao nhất Thuật toán gán bước sóng dựa trên tải ít nhất Luồng chuyển mạch nhãn Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn Gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng ít nhất Thuật toán gán bước sóng dựa trên tổng dung lượng lớn nhất Dạng lưới Chuyển mạch nhãn đa giao thức Bộ ghép kênh xen/rẽ quang Bộ đấu vòng quang Quang/ Điện/ Quang Kênh quang Khuếch đại đường quang Nối chéo quang Ghép kênh quang phân chia thời gian Định tuyến và gán bước sóng Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 5 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 SDH SGC SONET SNCP STM SWR SOS TAW TDM Thr TSI WADM WC WDM WGR WP WR WRS RCA WRN IGRP RIP Synchronous Digital Hierarchy Sequential Graph Coloring Synchronous Optical Network Sub-Network Connection Protection Synchronous Transport Module Static Wavelength Routing Space Optical Switch Total wavelength and Available wavelength Time Division Multiplexing Thr - Protecting Threshold Time Slot Interchanger Wavelength Add- Drop Multiplexer Wavelegth Converter Wavelength Division Multiplex Waveguide Grating Router Wavelength Path Wavelength Router Wavelength Router Switch Routing And Chanel Assignment Wavelength Router Network Interior Gateway Routing Protocol Routing Imformation Protocol Phân cấp số đồng bộ Tô màu đồ thị tuần tự Mạng quang đồng bộ Bảo vệ kết nối mạng con Modun truyền tải đồng bộ Bộ định tuyến bước sóng tĩnh Chuyển mạch quang không gian Tổng bước sóng của các bước sóng khả dụng Ghép kênh phân chia theo thời gian Ngưỡng bảo vệ Trao đổi khe thời gian Bộ nhập tách bước sóng Bộ chuyển đổi bước sóng Ghép kênh chia bước sóng Bộ định tuyến lưới quang dẫn sóng Đường bước sóng Bộ định tuyến bước sóng Khoá định tuyến bước sóng Định tuyến và gán kênh Mạng định tuyến bước sóng Giao thức định tuyến bên trong Giao thức thông tin định tuyến Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 6 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 7 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 : Cấu trúc sợi quang 14 Hình 2 : Single-hop optical Network 18 Hình 3 : Mạng sao chọn lọc và quảng bá 19 Hình 4 : Mô hình treeNet 20 Hình 5 : Cấu hình vật lý của mạng LLN 21 Hình 6 : Mạng quang đa chặng 23 Hình 7 : Một cấu trúc RING 6 node 34 Hình 8 : Cấu trúc mạng MESH 35 Hình 9 : Cấu trúc hình sao đơn 35 Hình 10 : Cấu trúc hình sao kép 36 Hình 11 : Hệ thống TDM 43 Hình 12 : Hệ thống WDM 43 Hình 13 : Nguyên lí ghếp kênh phân chia theo bước sóng 44 Hình 14 : Hệ thốn WDM theo một hướng (a) và hai hướng (b) 45 Hình 15 : OLT 48 Hình 16 : Vai trò của OADM trong mạng 50 Hình 17 : Các kiến trúc OADM 52 Hình 18 : EDFA 54 Hình 19 : Mạng WDM định tuyến bước sóng 56 Hình 20 : Các khối chức năng của OXC 58 Hình 21 : Trạng thái của OXC 59 Hình 22 : Hybrid OXC 60 Hình 23 : OXC toàn quang WGR 61 Hình 24 : Sự chuyển đổi bước sóng 62 Hình 25 : Các khả năng chuyển đổi bước sóng 63 Hình 26 : Điều kiện tính liên tục của bước sóng 65 Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 8 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 Hình 27 : Đường ngắn nhất cố định 67 Hình 28 : Tuyến chính (nét liền) và tuyến thay thế (nút chấm) từ nút 0 đến 69 Hình 29 : Định tuyến thích nghi từ nút 0 đến nút 2 70 Hình 30 : Nguyên tắc định tuyến theo số chặng nhỏ nhất 75 Hình 31 : Nguyên tắc định tuyến chặng nhỏ nhất có sửa đổi 76 Hình 32 : Nguyên tắc tải tối thiểu với các lưu lượng theo thứ tự A-C,E-D,B-C 77 Hình 33 : Nguyên tắc tối thiểu : cơ chế định tuyến với thứ tự lưu lượng có thay đổi 77 Hình 34 : Mạng cấu trúc đa RING 79 hình 35 : Mạng có 8 luồng quang định tuyến 82 Hình 36 : Đồ thị phụ thuộc G(V,E) cho các luồng quang 82 Hình 37 : Mạng với các yêu cầu luồng quang 83 Hình 38 : G(V,E) cho các luồng quang trong mạng với thuật toán gán 83 bước sóng từ bậc lớn nhất (Largest First) 83 Hình 39 : Sơ đồ minh họa mối liên hệ với bài toán tô màu nút đồ thị 85 Hình 40 : Gắn bước sóng cho RING sử dụng đồ thị đoạn 86 Hình 41 : Thuật toán gắn bước sóng theo First – Fit 88 Hình 42 : Gán bước sóng theo chiều dài luồng quang đầu tiên dài nhất 89 Hình 43 : Trạng thái ban đầu của mạng 89 Hình 44 : Gắn bước sóng cho LU 90 Hình 45 : Trạng thái gán bước sóng cho kết nối mới của mạng 91 LỜI MỞ ĐẦU Trong hệ thống truyền tải, với sự ra đời của công nghệ mạng quang WDM đặc biệt là công nghệ DWDM được coi như là một công nghệ tối ưu thay thế cho công nghệ TDM truyền thống. Với sự ra đời của công nghệ WDM cho phép các nhà thiết kế mạng lựa chọn được phương án tối ưu nhất để tăng dung Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 9 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 lượng đường truyền với chi phí thấp nhất. Cho đến nay hầu hết các hệ thống thông tin quang đường trục có dung lượng cao đều sử dụng công nghệ WDM. Ban đầu từ những tuyến WDM điểm – điểm đến nay đã xuất hiện các mạng với nhiều cấu trúc phức tạp. Tuy nhiên, do hiện nay số lượng bước sóng sử dụng trong hệ thống WDM là rất hạn chế, vấn đề đặt ra là phải làm thế nào để có thể sử dụng nguồn tài nguyên này một cách hiệu quả nhất. Giải quyết được vấn đề này tức là nâng cao năng lực của mạng với số tối đa tải trên một bước sóng cho trước, đây chính là vai trò của việc định truyến các bước sóng trong mạng. Việc định truyến tốt sẽ cho phép sử dụng tối ưu các bước sóng khi xây dựng một mạng mới và làm giảm chi phí cho thiết bị. Do đó, vai trò của việc định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM là rất quan trọng. Việc sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì hiện trạng hoạt động của mạng, nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài. Vì lẽ đó đề tài “Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng” sẽ nghiên cứu vấn đề này một cách cụ thể hơn trong nội dung của đồ án này. Đồ án được chia thành 3 chương:  Chương 1 : Tổng quan về mạng quang  Chương 2 : Giới thiệu về mạng quang WDM và công nghệ  Chương 3 : Định tuyến và gắn bước sóng trong mạng quang WDM Mặc dù có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn. Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 10 [...]... 10 tháng 5 năm 2012 Chương I TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG 1.1 Giới thiệu Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 11 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 Mạng truyền dẫn quang mang các bản tin được mã hóa như các tín hiệu sóng ánh sáng – bức xạ điện từ trong quang phổ thấy được và quang phổ gần vùng thấy được Khả năng truyền dẫn tín hiệu sóng ánh sáng qua ống dẫn sóng quang. .. bộ tách sóng sử dụng một cách dễ dàng Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 12 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 1.2 Khảo sát công nghệ Trong phần này chúng ta xem xét của việc thiết lập mạng quang Các công nghệ sóng ánh sáng, photon, và hướng sóng quang đã tiến được những bước dài và xu hướng sẽ còn tiếp tục Vì vậy, để hiểu việc định tuyến trong mạng quang, người... không được đệm Định tuyến lệch trở nên thu hút trong mạng photon bởi vì node chuyển mạch định tuyến lệch không yêu cầu đệm gói Mặc dù việc lưu trữ quang nhanh Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 31 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 trở nên khó đạt được, lợi ích của định tuyến lệch trong tất cả các mạng quang là rất dễ dàng Việc nghiên cứu các mạng toàn quang mới chỉ... ý rằng việc định tuyến và chuyển đổi bước sóng phải được cho phép Bản tin truyền qua mạng trong một hop, và định tuyến thực chất là tìm một kênh từ nguồn đến đích Trong định tuyến trong mạng Single Hop thì giảm được vấn đề đa truy nhập Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 17 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 Hình 2 : Single-hop optical Network Nhiều mạng Single-Hop... đường dẫn quang từ nguồn đến đích, nhưng lưu lượng chuyển mạch gói có thể sử dụng chuỗi bao gồm nhiều đường dẫn quang (với chuyển mạch ở các node trung gian) Kết hợp 2 phương pháp ghép kênh phân chia theo không gian và bước sóng, mạng cây đa sợi quang sẽ định tuyến các tín hiệu giữa các node trong một Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 28 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt... 5 Mạng con được định nghĩa bởi việc thiết lập các LCD và băng tần của các bước sóng kề nhau Việc duy trì và thay đổi LLN có thể điều khiển bởi mạng bên ngoài và cho phép người điều khiển các LDC Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 20 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 Hình 5 : Cấu hình vật lý của mạng LLN Các mạng Single-hop Network có thể thiết lập một đường quang. .. như thế nào Mạng quang thụ động (PON-Passive optical network) gửi các tín hiệu trên các đường vật lí duy trì cố định trong thời gian dài Các mạng này bao gồm các mạng broadcast-start, như là LAMBDANET và Rainbow và các mạng broadcasttree, như là TreeNet Các mạng này thiết lập một định tuyến single Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 21 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp... multi-hop Mạng quang đa mức (multilevel optical network – MONET), mạng quang lai ghép Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 29 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 (hybrid optical network – HONET) và mạng đa truy nhập phân chia theo thời gian và bước sóng (time and wavelength division multiaccess network – T/WDMA) sử dụng các giao thức quản lí kết nối tương tự như mạng cây... sợi quang lớn hơn có thể được gói bởi một cáp Các cáp bao gồm hàng trăm sợi quang Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 13 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp 2012 Hình 1 : Cấu trúc sợi quang • Bộ ghép quang: Một thiết bị thường gặp trong mạng quang, bộ ghép quang được sử dụng để tách nguồn từ một đầu vào tới nhiều đầu ra Hơn nữa nó có thể kết hợp tín hiệu xung ánh sáng... không gian quang có thể với cấu hình cung cấp nguồn tùy cho bộ ghép giữa các đầu vào và đầu ra LDC là thiết bị với n đầu vào và ra cho qua tín hiệu xung ánh sáng tùy theo ma trận aij truyền dẫn nguồn quang của từng người sử dụng Cổng vào aij cho biết tỉ lệ công suất gửi từ đầu vào i tới đầu ra j Hệ số δ miêu tả sự phân chia Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 14 Lớp . bước sóng Khoá định tuyến bước sóng Định tuyến và gán kênh Mạng định tuyến bước sóng Giao thức định tuyến bên trong Giao thức thông tin định tuyến Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định. thiệu về định tuyến và gán bước sóng (Routing and Wavelength 64 3.3. Phương pháp định tuyến và gắn bước sóng bước sóng 66 3.3.1. Phương pháp định tuyến 67 3.3.1.1. Phương pháp định tuyến trong mạng. 71 3.3.1.2.1. Định tuyến trong mạng RING đơn 73 Các phương pháp định tuyến tối ưu 73 Nghiên cứu về mạng quang và phương pháp định tuyến quang theo bước sóng 2 Lớp KTTT&TT K48 Đồ án tốt nghiệp