LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP TRÊN WDM

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ SINH TRƯỜNG LỜI NĨI ĐẦU Trong vài năm gần có bùng nổ lưu lượng IP phát triển ứng dụng đa phương tiện HDTV, điện thoại Internet, âm số…Điều dẫn đến có nhiều nghiên cứu kỹ thuật phân chia truyền dẫn tốc độ cao LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC cơng nghệ chuyển mạch, WDM lên cơng nghệ NGÀNH: XỬ LÝ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG truyền dẫn mạng lõi đường trục Internet hệ sau với khả hỗ trợ đồng thời nhiều kênh tốc độ cao sợi cáp quang Một vấn đề nảy sinh thực XỬ LÝ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG kỹ thuật làm để hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) mạng IP IP TRÊN WDM WDM Lý IP cung cấp dịch vụ khơng kết nối, truyền dẫn khơng tin cậy phân phối gói tin đáp ứng tốt ứng dụng thời gian thực lại có u cầu QoS cao Chất lượng dịch vụ IP thường đánh giá dựa ĐỖ SINH TRƯỜNG tin truyền mạng), độ trễ gói tin (được tính khoảng thời gian cần để truyền gói tin từ nguồn đến đích so với giá trị thời gian trung bình gói tin nguồn /đích) Trong mạng IP WDM, có ba phương pháp chuyển mạch ứng dụng chuyển mạch định tuyến bước sóng (WR), chuyển mạch gói quang (OPS) chuyển mạch chùm quang (OBS) phương pháp có ưu nhược điểm khác Tuy nhiên khn khổ luận văn tập trung tìm hiểu QoS mạng IP WDM sử dụng cơng nghệ chuyển mạch chùm quang 2006-2008 Hiện nay, mơ hình QoS dựa chuyển mạch gói qui định việc sử dụng đệm để phân tách lớp lưu lượng khác gọi mơ hình dựa đệm (buffer-based) Thuật tốn lập lịch mơ hình thường có độ phức tạp cao Ngồi khó áp dụng vào mạng WDM với ngun nhân HÀ NỘI 2008 Hà Nội 2008 vào tiêu chí tỷ lệ gói tin (được tính số gói tin bị tổng số gói truyền dẫn lưu lượng phương pháp dựa mơ hình lưu-vàchuyển tiếp sử dụng đệm để tránh xung đột Do đệm quang chưa phát triển nên đệm điện tử sử dụng chuyển mạch quang với THUẬT NGỮ VIẾT TẮT chuyển đổi quang-điện Mặc dù có đường trễ quang (FDL) sử dụng để thay chuyển đổi thực tế chưa đáp ứng đầy đủ khả theo u cầu chất lượng dịch vụ Mục đích luận văn tìm hiểu mơ hình QoS thuật tốn có ABR Aggressive Burst Rescheduling: Tái lập lịch chùm quang linh hoạt ADM Add/Drop Multiplexer: Bé ghÐp kªnh xen/rÏ APD Avalanche Photo Diode: §ièt quang th¸c APD APS Automatic Protection Switching: Chun m¹ch b¶o vƯ tù ®éng thể áp dụng cho mạng IP WDM, đặc biệt với mạng WDM sử dụng cơng nghệ ATM Ansynchronous Transfer Mode: KiĨu chun dÉn kh«ng ®ång bé chuyển mạch chùm quang OBS Ngồi luận văn đề cập đến phương pháp nâng AWG Array Wave Grating: C¸ch tư AWG cao hiệu QoS cách chèn thêm sợi trễ quang FDL BER Bit Error Ratio: TØ lƯ lçi bit BPH Burst Header Packet: Gói mào đầu chùm quang CB Control Burst: Chùm quang điều khiển DB Data Burst: Chùm quang liệu Bố cục luận văn bao gồm chương, chia thành hai phần Phần thứ bao gồm ba chương đầu nói kiến thức tổng quan hệ thống mạng quang sử dụng cơng nghệ WDM Chương nói mạng WDM thành phần Chương đề cập đến kỹ thuật chuyển mạch quang, đặc biệt hệ thống chuyển mạch chùm quang giao thức hỗ trợ QoS Chương đề cập đến vấn đề tích hợp IP hệ thống mạng WDM giao thức chuyển mạch nhãn đa giao thức sử dụng DCG Dispersion Compensating Grating: C¸ch tư bï t¸n s¾c DSF Dispersion-shifted Singlemode DWDM mạng Phần thứ hai bao gồm hai chương cuối Chương nói vấn đề QoS mạng IP/WDM giải thuật lập lịch kênh chuyển mạch chùm quang OBS Chương cuối xây dựng mơ hệ thống mạng WDM đánh giá kết thu hệ thống mơ Hà Nội, tháng 11 năm 2008 Học viên ĐỖ SINH TRƯỜNG Density Wavelengh Division Multiplexer: GhÐp kªnh theo b−íc sãng mËt ®é cao DXC Digital Cross-connect: Bé ®Êu nèi chÐo EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier: Bé khch ®¹i quang sỵi FDL Fiber Delay Line: Đường trễ quang FFUC First Fit Unscheduled Channel: Kênh chưa lập lịch phù hợp FXC Fiber Cross-Connect: đấu chéo sợi quang IP Internet Protocol: Giao thøc Internet ISDN Intergrated Service Digital Network: Mang sè ®a dÞch vơ JET Just Enough Time JIT Just In Time LAUC Latest Available Unscheduled Channel: Kênh chưa lập lịch khả dụng cuối LER Label Edge IP Router: định tuyến biên IP nhãn LIB Label Information Base: Cơ sở thơng tin nhãn LSP Label-Switched Path: Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switched IP Router: định tuyến IP chuyển mạch nhãn MPLS Multi-Protocol Label Switching: Chuyển mạch nhãn đa giao thức OADM Optical Add/Drop Multiplexer: Bé xen/rÏ b−íc sãng quang OBS Optical Burst Switching: Chuyển mạch chùm quang OC Optical Channel: Kªnh quang ODBR On-Demand burst rescheduling: Tái lập lịch chùm quang theo u cầu ODM Optical Demultiplexer: Bé t¸ch b−íc sãng quang OPS Optical Packet Switching: Chuyển mạch gói quang OSN Optical Swiching Node: Nút chuyển mạch quang OXC Optical Cross-connect: Bé ®Êu nèi chÐo quang SCU Switching Control Unit: Đơn vị điều khiển chuyển mạch SDH Synchronous Digital Hierarchy: Ph©n cÊp sè ®ång bé SMF Single Mode Fiber: Sợi quang đơn mốt SNR Signal to Noise Ratio: TØ sè tÝn hiƯu trªn t¹p ©m SOA Semiconductor Optical Amplifier: Khuếch đại quang bán dẫn SONET Synchronous Optical NETwork: M¹ng quang ®ång bé TAW Tell And Wait: Báo chờ TDM Time Division Multiplexing: GhÐp kªnh theo thêi gian WDM Wavelengh Division Multiplexer: GhÐp kªnh ph©n chia theo b−íc sang WIXC Wavelength Interchanging Cross Connect: Chuyển mạch trao đổi bước sóng WSXC Wavelength Selective Cross Connect: Chuyển mạch lựa chọn bước sóng DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1.1 Vùng bước sóng [11] Hình 1.2 Sơ đồ chức hệ thống WDM [1] Hình 1.3 Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng đơn hướng [1] Hình 1.4 Bộ xen/rẽ kênh quang (OADM) [10] Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống OXC 3×3 với hai bước sóng sợi quang [32] Hình 1.6 Một số dạng OXC [32] Hình 2.1 Chuyển mạch gói quang[23] Hình 2.2 Mơ hình chuyển mạch chùm quang (OBS)[23] Hình 2.3 OPS OBS [12] Hình 2.4 Giao thức JET [27] Hình 3.1 Mơ hình mạng quang [36] Hình 3.2 Mối quan hệ định tuyến IP OXC mặt phẳng điều khiển[36] Hình 3.3 Mơ hình dịch vụ [36] Hình 3.4 Các mơ hình vận chuyển IP WDM [36] Hình 3.5: Tương tác lớp quang lớp [36] Hình 3.6 Tương tác mạng MPLS MPLambdaS[36] Hình 3.7 Mơ hình mạng IP/MPLS/MPLambdaS định tuyến theo bước sóng[23] Hình 3.8 Truyền dẫn trục IP/ OBS WDM dùng MPLS[35] Hình 3.9 Mơ hình chức OXC hỗ trợ OBS MPLS[35] Hình 3.10 Giao diện MAC IP lớp OBS WDM[35] Hình 4.1 Thời gian trễ cho dịch vụ bảo đảm [2] Hình 4.2 Kiến trúc nút lõi (core node) mạng OBS [24] Hình 4.3 Mối quan hệ thời gian đến BHPi DBi[24] Hình 4.4 Minh họa thuật tốn LAUC [2] Hình 4.5 Mơ tả thuật tốn LAUC-VF [2] Hình 4.6 Ví dụ phương pháp tái lập lịch [21] Hình 4.7 Ví dụ tái lập lịch đa mức [21] Hình 4.8 Ví dụ lập lịch đa mức [21] Hình 4.9 Khơng lập lịch theo phương pháp LAUC, LACU-VF ODBR [21] Hình 4.10 Ví dụ thuật tốn ABR [21] Hình 4.11 Cấu trúc nút chuyển mạch quang [25] Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SĨNG (WDM) 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TRUYỀN DẪN SỢI QUANG Truyền dẫn sợi quang bắt đầu áp dụng từ kỷ 19 đáp ứng Hình 4.12 Cấu trúc đệm FDL[25] nhu cầu truyền dẫn dịch vụ Các hệ thống truyền dẫn sợi quang với Hình 4.13 Phân tách lớp đặt trước tài ngun[25] ưu điểm dung lượng truyền tải, băng thơng, cự ly truyền dẫn lớn, tỷ lệ lỗi thấp, Hình 4.14 Sự khác biệt FDL hàng đợi [25] tránh giao thoa điện trường, khả bảo mật ngày nghiên cứu Hình 5.1 Kiến trúc OWns tầng phát triển ứng dụng rộng rãi Hình 5.2 Các thành phần OWns Hình 5.3 Ví dụ mơ mạng với 25 nút Hình 5.4 Mối quan hệ xác suất bị chặn hệ số chuyển đổi bước sóng Hình 5.5 Mối quan hệ hệ số chuyển đổi bước sóng trễ trung bình gói tin Hình 5.6 Mối quan hệ số hop trung bình hệ số chuyển đổi bước sóng Hình 5.7 Mối quan hệ độ hiệu dụng liên kết với số chuyển đổi bước sóng Hình 5.8 Mối quan hệ xác suất bị chặn tải lưu lượng Hình 5.9 Mối quan hệ tải lưu lượng trễ trung bình gói tin Trong truyền dẫn quang, người ta có xu hướng sử dụng vùng phổ quang định, suy hao quang tính tốn thấp Những vùng này, thường gọi cửa sổ, nằm khu vực có độ hấp thụ ánh sáng cao Ban đầu, hệ thống thơng tin quang hoạt động cửa sổ thứ nhất, khu vực bước sóng xấp xỉ 850nm trước người ta nhận cửa số thứ (băng S), khu vực bước sóng 1310nm, có hệ số suy hao thấp thấp khu vực cửa sổ thứ bước sóng 1550nm (băng C) Ngày nay, cửa sổ thứ tư (băng L) bước sóng 1625nm nghiên cứu để ứng dụng Bốn cửa sổ trình bày minh hoạ hình 1.1 Hình 5.10 Mối quan hệ lưu lượng tải số hop trung bình Hình 5.11 Mối tương quan tải lưu lượng độ hiệu dụng liên kết Bảng 5.1 Xác suất bị chặn Bảng 5.2 Trễ trung bình gói tin Bảng 5.3 Số hop trung bình Bảng 5.4 Mối quan hệ độ hiệu dụng liên kết với số chuyển đổi bước sóng Bảng 5.5 Xác suất bị chặn tải lưu lượng Bảng 5.6 Trễ trung bình gói tin tải lưu lượng biến đổi Bảng 5.8 Mối tương quan tải lưu lượng độ hiệu dụng liên kết Hình 1.1 Vùng bước sóng [11] Cơng nghệ WDM áp dụng vào đầu năm 80’s sử dụng - Phát tín hiệu: Hệ thống WDM sử dụng nguồn tín hiệu Laser u cầu bước sóng cách xa vùng 1310nm 1550nm (hoặc 850nm nguồn phát laser phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ổn định, mức 1310nm) gọi WDM băng rộng Vào đầu năm 90’s, bắt đầu xuất cơng suất phát đỉnh, độ rộng phổ, bước sóng trung tâm phải nằm giới hạn cơng nghệ WDM hệ thứ 2, gọi WDM băng hẹp, sử dụng từ đến kênh cho phép Các kênh thuộc cửa sổ 1550nm cách khoảng 400GHz Đến - năm 90’s, hệ thống WDM mật độ cao (DWDM) phát triển với 16 đến 40 Ghép/Tách tín hiệu: Ghép tín hiệu kết hợp số bước sóng ánh sang khác thành tín hiệu tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín kênh khoảng cách kênh từ 100 đến 200 GHz Cho đến cuối thập kỷ 90, hệ hiệu phân tách luồng tín hiệu tổng hợp thành bước sóng tín hiệu riêng thống DWDM sử dụng tới 64 đến 160 kênh với khoảng cách kênh 50 rẽ cổng đầu tách Khi nói đến tách/ghép tín hiệu, ta phải chí 25 GHz [11] xét đến tham số khoảng cách kênh, độ rộng băng tần 1.2 NGUN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SĨNG kênh bước sóng, bước sóng trung tâm kênh, mức xun âm kênh, 1.2.1 Định nghĩa suy hao… Ghép kênh theo bước sóng (WDM) cơng nghệ truyền dẫn đồng thời nhiều - Truyền dẫn tín hiệu: Q trình truyền dẫn tín hiệu sợi quang chịu ảnh bước sóng tín hiệu quang sợi quang Ở đầu phát, tín hiệu quang có bước hưởng nhiều yếu tố: suy hao quang, tán sắc, hiệu ứng phi tuyến, vấn sóng khác tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền sợi quang Ở đầu thu, đề khuếch đại tín hiệu… tín hiệu tổ hợp phân giải (tách kênh) khơi phục lại thành tín hiệu gốc - Khuếch đại tín hiệu: Được sử dụng hệ thống truyền dẫn có khoảng cách xa nhằm đảm bảo chất lượng tín hiệu nơi nhận Có ba chế độ khuếch đại đưa đến thiết bị đầu cuối khác đến đích mong muốn tín hiệu: khuếch đại cơng suất, khuếch đại đường tiền khuếch đại - Thu tín hiệu: Thu tín hiệu hệ thống WDM sử dụng tách sóng quang hệ thống thơng tin quang thơng thường: PIN, APD 1.2.2 Phân loại hệ thống WDM Hệ thống WDM chia làm loại: hệ thống đơn hướng song hướng minh hoạ hình 1.3 Hệ thống đơn hướng truyền theo chiều sợi Hình 1.2 Sơ đồ chức hệ thống WDM [1] Như minh họa hình 1.2, hệ thống WDM bao gồm các chức thành phần sau: quang Do vậy, để truyền thơng tin điểm cần sợi quang Hệ thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều sợi quang nên cần sợi quang để trao đổi thơng tin điểm 10 Cả hai hệ thống có ưu nhược điểm riêng Giả sử cơng nghệ cho phép truyền N bước sóng sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy: • • Các khuếch đại hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hệ thống đơn hướng Tuy nhiên, số bước sóng khuếch đại hệ thống song Xét dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả cung cấp dung lượng cao hướng giảm ½ theo chiều nên hệ thống song hướng, khuyếch đại cho gấp đơi so với hệ thống song hướng Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đơi cơng suất quang ngõ lớn so với hệ thống đơn hướng so với hệ thống song hướng 1.2.3 Ưu nhược điểm cơng nghệ WDM Khi cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng khơng cần đến chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection Switching) hai đầu liên kết có khả nhận biết cố • 11 Về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế phải xét thêm yếu tố như: vấn đề xun nhiễu có nhiều bước sóng sợi quang, đảm bảo định tuyến phân bố bước sóng cho hai chiều sợi quang khơng dùng chung bước sóng… So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy ưu điểm trội: - Dung lượng truyền dẫn lớn: Hệ thống WDM mang nhiều kênh quang, kênh quang ứng với tốc độ bit (TDM) Do hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn nhiều so với hệ thống TDM Hiện hệ thống WDM 80 bước sóng với bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống 200Gbit/s thử nghiệm thành cơng Trong thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit đạt tới STM-256 (40Gbit/s) - Loại bỏ u cầu khắt khe khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao: Khơng giống TDM phải tăng tốc độ số liệu lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM cần mang vài tín hiệu, tín hiệu ứng với bước sóng riêng (kênh quang), tốc độ kênh quang thấp Điều làm giảm đáng kể tác động bất lợi tham số truyền dẫn tán sắc… Do tránh phức tạp thiết bị TDM tốc độ cao - Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, chí hệ thống hoạt động: Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng mạng có mà khơng phải lắp đặt thêm sợi quang (hay cáp quang) Bên cạnh mở thị trường th kênh quang (hay bước sóng quang) ngồi việc th sợi cáp Việc nâng cấp đơn giản gắn thêm Hình 1.3- Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng đơn hướng.[1] Card hệ thống hoạt động (plug-n-play) 12 13 - Quản lý băng tần hiệu thiết lập lại cấu hình cách mềm dẻo linh - Khả chỉnh: Laser khả chỉnh có nghĩa lớn mạng quang tương lai, đặc biệt hoạt: Việc định tuyến phân bổ bước sóng mạng WDM cho phép quản lý mạng quảng bá Khả điều chỉnh phát lẫn thu ảnh hưởng hiệu băng tần truyền dẫn thiết lập lại cấu hình dịch vụ mạng chu kỳ đến tiêu tồn hệ thống sống hệ thống mà khơng cần thi cơng lại cáp thiết kế lại mạng b Các loại nguồn phát sử dụng - Giảm chi phí đầu tư Nguồn phát quang thường sử dụng điode phát quang (LED) Bên cạnh ưu điểm WDM bộc lộ số mặt hạn chế nằm Laser bán dẫn (LD) thân cơng nghệ Đây thách thức cho cơng nghệ này: 1.3.2 Phần tử tách ghép bước sóng - Dung lượng hệ thống q nhỏ bé so với băng tần sợi quang: Cơng nghệ WDM ngày hiệu việc nâng cao dung lượng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn sợi quang Cho dù cơng nghệ phát Các phần tử tách ghép bước sóng có tham số sau: - xạ, lọc bước sóng nằm hai bước sóng cạnh triển dung lượng WDM đạt đến giá trị tới hạn - Chi phí cho khai thác tăng có nhiều hệ thống hoạt động Tuy nhiên, chi phí cho bảo dưỡng hệ thống WDM nhỏ nhiều so sánh với hệ băng - 1.3.1 Nguồn phát - - vạch phổ dải phổ Độ rộng phổ tuỳ thuộc vào số lượng kênh - bước sóng nguồn phát suốt thời gian hoạt động để tránh ảnh hưởng khơng mong muốn đến tiêu hệ thống Suy hao xen: Suy hao xen lượng tổn hao cơng suất tuyến truyền dẫn quang xuất ghép bước sóng - Xun kênh: Xun kênh xun nhiễu tín hiệu từ kênh sang kênh khác, nói cách khác xuất tín hiệu kênh kênh lân cận Sự hệ thống dung sai phần tử - Độ ổn định bước sóng phát: Trong hệ thống WDM cần giảm thiểu thay đổi Bước sóng danh định: Bước sóng danh định sử dụng cho lọc, qui định từ nhà sản xuất Bước sóng trung tâm thực tế thường khác bước sóng nguồn phát giống hệ thống truyền dẫn đơn kênh cự ly dài Tuy nhiên trường hợp sử dụng loại Laser DFB DBR có Đỉnh phản xạ: Đỉnh phản xạ định nghĩa cho cách tử, tương ứng lượng ánh sáng phản xạ bước sóng trung tâm a u cầu nguồn phát - Độ rộng phổ hẹp phổ vạch: Nhìn chung, hệ thống WDM sử dụng Băng tần: Băng tần đặc trưng cho dải bước sóng phản xạ cách tử dải bước sóng lọc đặc trưng khoảng cách (theo thiết kế) cạnh lọc thống TDM có dung lượng tương đương 1.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM Bước sóng trung tâm: Đối với cách tử bước sóng trung tâm băng phản xun kênh làm tăng nhiễu kênh tín hiệu dẫn đến giảm tỷ số S/N - Độ rộng phổ kênh: Độ rộng phổ kênh dải bước sóng dành cho kênh Độ rộng phổ phải đủ lớn để đảm bảo ngăn chặn nhiễu 14 kênh, xác định tuỳ theo loại nguồn quang 1.3.3 Sợi quang a Sợi SMF (theo ITU G.652) Sử dụng loại sợi SMF cho phép đạt tới cự ly xấp xỉ 1000 km tốc độ STM-16 mà khơng cần sử dụng bù tán sắc Tuy nhiên với tốc độ STM-64 sử dụng loại sợi đạt khoảng cách khoảng 60 km khơng sử dụng bù tán sắc Cũng tán sắc lớn vùng bước sóng 1550 nm nên hiệu ứng FWM khơng xảy sợi SMF b Sợi DSF (theo ITU G.653) Loại sợi đặc biệt phù hợp với hệ thống đơn kênh, cự ly dài, dung lượng 15 - Độ đáp ứng: Độ đáp ứng quan tâm đến lượng photon Nó đo dòng photo đầu thiết bị (đơn vị A) chia cho cơng suất quang đầu vào (đơn vị W) Đối với photodiode silic độ đáp ứng điển hình bước sóng 900nm 0,44 b Photodiode thác (APD) Dạng APD photodiode PIN hiệu ngược lớn (thường khoảng 50V) Các tham số quan trọng APD: - Độ nhạy - Tốc độ hoạt động lớn Tuy nhiên loại sợi khuyến nghị khơng sử dụng cho hệ thống - Tích độ tăng ích băng tần WDM Trong trường hợp tuyến sử dụng loại sợi này, muốn nâng cấp tăng dung - Nhiễu lượng kỹ thuật WDM phải chọn vùng bước sóng có tán sắc đủ lớn để tránh hiệu ứng FWM Điều làm hạn chế khả tăng dung lượng hệ thống c Sợi NZ-DSF (theo ITU G.655) Tán sắc loại sợi đủ nhỏ phép truyền với tốc độ 10 Gb/s 1.3.5 Khuếch đại quang Khuếch đại quang sử dụng trọng hệ thống truyền dẫn để tăng khoảng cách trạm lặp hay tăng cự ly truyền dẫn Khuếch đại hệ thống WDM đóng vai trò đặc biệt quan trọng Do có nhiều kênh quang hoạt động nên u cầu khoảng cách 300 - 400 km mà khơng cần bù tán sắc đủ lớn để giảm ảnh đặc tính khuếch đại hệ thống WDM nghiêm ngặt nhiều so với hệ thống đơn hưởng FWM dải băng EDFA (từ 1530 - 1565 nm) Vì loại sợi kênh Có nhiều kiểu khuếch đại người ta chủ yếu tập trung vào hai đặc biệt thích hợp với hệ thống WDM tốc độ cao, cự ly truyền dẫn lớn loại sau: khuếch đại quang bán dẫn (SOA) khuếch đại quang sợi (AFA) Tuy nhiên, 1.3.4 Đầu thu (bộ tách sóng quang) phẩm chất SOA cửa sổ sóng 1550 nm AFA nhiều khía cạnh a PIN - Hiệu suất lượng tử (QE): tỷ lệ số electron thu vùng chuyển tiếp số photon tới Hiệu suất lượng tử tuyệt đối có photon tới giải phóng electron QE phụ thuộc vào bước sóng hoạt động như: độ khuếch đại, cơng suất bão hồ mức độ phụ thuộc phân cực nên ứng dụng ngày khuếch đại quang sợi trở thành độc tơn Cơng nghệ khuếch đại quang sợi gặt hái nhiều thành cơng đến đánh giá cơng nghệ trụ cột tương lai mạng quang 16 17 khoảng thời gian tính giây 1.4 MẠNG WDM 1.4.1 Một số thành phần mạng WDM 1.4.1.1.Thiết bị OADM Trên thực tế, đơi người ta cần thực việc tách hoặc/và ghép số kênh xác định luồng tín hiệu Để thực nhiệm vụ phải cần đến loại thiết bị chun dụng, thiết bị xen/rẽ kênh hay gọi ngắn gọn thiết bị xen/rẽ [10] Thiết bị xen/rẽ kênh quang (OADM) thực chức thêm vào tách kênh tín hiệu từ tín hiệu WDM mà khơng gây nhiễu với kênh khác sợi Theo thời gian chức xen/rẽ kênh quang OADM dần hồn thiện linh hoạt Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống OXC 3×3 với hai bước sóng sợi quang [32] Bộ đấu nối chéo quang (OXC) xem móng cho lớp mạng quang, đem lại cho người sử dụng khả lựa chọn mềm dẻo linh hoạt cấu hình mạng (topo mạng) với độduy trì mạng cao Ngày thiết bị chủ yếu xuất mơi trường mạng đường trục Tuy nhiên thiết bị loại trơng đợi nhiều tất cấp mạng bao gồm mạng nội hạt Rào cản thiết bị mạng thực tế giá thành Hình 1.4 Bộ xen/rẽ kênh quang (OADM) [10] 1.4.1.2 Thiết bị OXC Dưới góc độ phần tử mạng, thiết bị đấu nối chéo quang (OXC) phần tử chuyển mạch quang linh hoạt cho phép chuyển mạch tín hiệu tới từ cổng đầu Chức OXC khả tái cấu hình mạng cách linh hoạt mức bước sóng cho khơi phục mạng thích ứng thay đổi nhu cầu băng tần.[10] Một số chức OXC nay: vào đến nhiều cổng đầu khác Dưới góc độ mạng, đấu nối chéo - Quản lý băng tần kết nối để cung cấp kết nối cho kênh th riêng kết nút chuyển mạch mà trạng thái thay đổi theo hệ thống quản lý mạng nối kênh quang (hỗ trợ cho tải SDH), cung cấp chức xen/rẽ bước khơng theo báo hiệu mạng Do thay đổi thường kéo dài sóng 18 19 - Sắp xếp hiệu bước sóng để tận dụng tốt sở hạ tầng có FXC kiểu chuyển mạch phức tạp số hai kiểu lại (do rẻ hơn) - Phát triển từ từ dịch vụ 10Gbit/s đến 40Gbit/s, đem lại chi phí thấp cho Trong số phần mạng mà việc bảo vệ chống đứt sợi vấn đề FXC mạng giải pháp hợp lý Chúng tận dụng tối đa cơng nghệ quang Chúng có - Bảo vệ khơi phục mạng mức bước sóng thể cung cấp khả khơi phục dự phòng đơn giản lại khơng linh hoạt - Định tuyến liên kết mức bước sóng (nhằm hỗ trợ dịch vụ bước sóng điểm-điểm mới) Hiện nay, phân thiết bị OXC thành hai loại chính: OXC dựa ma trận chuyển mạch điện (lõi điện) OXC dựa ma trận chuyển mạch quang (lõi quang) Trước cơng nghệ quang chưa chế tạo chuyển mạch quang khơng gian lớn nên nhiều nhà sản xuất thiết bị hướng đến sử dụng ma trận điện thiết bị đấu nối chéo quang Chính mà phần lớn thiết bị quảng cáo ngày số hãng lớn Ciena, Cisco Network, Sycamore phát triển Tín hiệu quang tới khỏi OXC phải qua giao diện O/E, tốc độ xử lý sở kiểu OXC thường 2,5Gbit/s [32] Tuy nhiên nối chéo tốc độ lớn 10 40Gbit/s bị OXC bộc lộ nhược điểm cơng nghệ xun kênh lớn, kích Hình 1.6 (a)OXC chuyển mạch sợi, (b)OXC chuyển mạch lựa chọn bước sóng, (c) chuyển mạch trao đổi bước sóng [32] b OXC lựa chọn bước sóng (WSXC) thước chuyển mạch nhỏ ([...]... và sự tích hợp của nó trên mạng WDM Hình 3.10 Giao diện MAC giữa IP và các lớp OBS WDM[ 35] 54 Chương 4 CHẤT LƯỢNG DICH VỤ TRONG MẠNG IP TRÊN WDM 4.1 GIỚI THIỆU Một trong những vấn đề lớn cần phải được đặt ra đối với mạng Internet quang 55 Trong chương này chúng ta cùng tìm hiểu các phương pháp cung cấp QoS trong mạng WDM, đặc biệt là trong mạng chuyển mạch chùm quang (OBS) Đây là mạng mới ra đời nhưng... quan đến phần nội dung chính của luận văn, tìm hiểu về chất lượng dịch vụ trong mạng IP/ WDM sử dụng chuyển mạch chùm quang Chương tiếp theo chúng ta sẽ nói đến sự tích hợp IP trên mạng WDM và các kỹ thuật liên quan 3.1.1 Khái niệm 3.1.1.1 Mô hình mạng quang Có rất nhiều phương pháp tích hợp IP trên mạng quang Tuy nhiên, vấn đề đầu tiên cần phải được đề cập đến đó là một mạng quang chính xác là như thế... TRUYỀN DẪN IP TRÊN MẠNG WDM 3.1 SỰ TÍCH HỢP IP VÀ MẠNG QUANG mất Trong trường hợp này đoạn băng thông đã được thiết lập sẽ không được sử dụng Ngày nay lưu lượng IP đã trở thành lưu lượng lấn át trên hầu hết các mạng viễn và bị lãng phí Để loại trừ khả năng băng thông bị lẵng phí này, một chùm quang cần thông Sự phát triển và sử dụng rộng rãi của các mạng TCP /IP ủy thác các mạng IP phải được lưu trong bộ... SONET và đã được ứng dụng trong mạng WDM Hơn nữa, sự vận chuyển trực tiếp IP trên mạng WDM đang được theo đuổi cho các hệ thống tương lai Hình 3.4 thể hiện bốn mô hình phân tầng dành cho vận chuyển - Mô hình dịch vụ hợp nhất: trong trường hợp này giao diện phải là liền mạch, không lưu lượng IP trên mạng quang Như có thể thấy, có bốn mô hình phân lớp cơ bản dựa phân biệt IP và các mạng quang Điều này có... nối chéo SDH/SONET hoặc WDM sẽ không được sử dụng Có một số phương pháp tiếp cận mạng quang IP/ WDM Một trong số đó là phương pháp được mô tả trong hình 3.4c, dựa trên kỹ thuật truyền các gói tin IP trên 3.2.2.1 Tương tác giữa hai tầng Trong một hệ thống mạng IP trên WDM, một kênh quang có thể kết nối hai bộ định tuyến IP bất kỳ và một tập các quang tuyến tạo nên một mô hình kết nối ảo được gọi là topo... chính trong mô hình mạng quang, giao diện NNI và giao diện UNI Giao diện NNI là giao diện giữa hai mạng quang với nhau, còn giao diện UNI là giao diện giữa mạng khách hàng và mạng quang Trong cả hai trường hợp, một phía của giao diện có thể coi như là bên đề xuất dịch vụ cho phía còn lại cùng mô hình truyền dữ liệu Mặt phẳng dữ liệu IP trên mạng quang được thực hiện Tùy thuộc vào các dạng dịch vụ và... đề cập đến một giao thức thiết lập độ trễ được sử dụng trong mạng OBS, đó là giao thức JET (just- enough-time) Về vấn đề chất lượng dịch vụ, [13] đưa ra giải pháp gán thời gian offset dài hơn cho các chùm quang có độ ưu tiên cao 3.4 TỔNG KẾT CHƯƠNG Trong chương này chúng ta đã đề cập đến việc tích hợp IP trên WDM, công nghệ truyền dẫn IP trên WDM và một số vấn đề nảy sinh Sau đó chương này cũng đã... tuyến, các bộ định tuyến IP và các OXC là hoàn toàn giống nhau Hơn thế nữa, với cùng một mô hình dịch vụ, một không gian địa chỉ chung sẽ được sử dụng để xác định tất cả các bộ định tuyến và các OXC Do vậy, không giống như trong hình 3.3a, các đường đứt đoạn trong hình 3.3b bao quanh cả bộ định tuyến IP và OXC.[36] 3.2 MẠNG IP/ WDM Hình 3.4 Các mô hình vận chuyển IP trên WDM [36] Trong hình 3.4 (a-c) tầng... ưu điểm của mạng định tuyến theo bước sóng và chuyển mạch gói quang nhằm mục đích làm cho sự tích hợp IP trên WDM được thuận tiện hơn Chương này được chia làm ba phần Đầu tiên thế hệ kế tiếp đó là làm thế nào để hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) tại lớp WDM Điều chúng ta sẽ tập trung tìm hiểu giao thức báo hiệu (chiếm giữ) có hỗ trợ QoS Sau đó là này bởi vì mạng IP hiện tại chỉ hỗ trợ dịch vụ tốt nhất... thể thực hiện vận chuyển IP trực tiếp qua mạng WDM: - - Vấn đề đầu tiên là làm thế nào để đóng khung các gói tin IP mà cần được - Ngoài ra, QoS là một vấn đề lớn vì nó được cho là sẽ được đưa vào tất cả các mạng trong tương lai và do đó cần phải được hỗ trợ một cách cơ bản Chúng ta có thể xem xét các vấn đề IP/ WDM từ hai ứng dụng khác nhau: một ứng dụng sử dụng trong các mạng IP/ WDM khoảng cách xa và