Ký thuật ghép kênh WDM và ứng dụng trong mạng quang định tuyến theo bước sóng

Lời cảm ơn Đƣợc phân công nhà trƣờng đồng ý giảng viên hƣớng dẫn TS Phạm Việt Hƣng làm viết với đề tài “ kỹ thuật ghép kênh WDM ứng dụng mạng quang định tuyến theo bƣớc sóng” Để hồn thành viết xin chân thành cảm ơn thầy tận tình hƣớng dẫn q trình học tập nghiên cƣu trƣờng đại học Hàng Hải Việt Nam Xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn giảng viên Phạm Việt Hƣng tận tình hƣớng dẫn viết Mặc dù cố gắng hoàn thành viết cách tốt nhƣng lần đầu làm quen với việc nghiên cứu khoa học nhƣ kiến thức có hạn khơng thể tránh khỏi sai sót định mà thân chƣa thể tự nhận đƣợc, mong đƣợc góp ý thầy bạn để viết đƣợc hoàn chỉnh i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan viết đƣợc hƣớng dẫn giảng viên hƣớng dẫn TS Phạm Việt Hƣng Các nội dung nghiên cứu đƣợc tơi trình bày bao gồm nhiều nguồn đƣợc tơi tổng hợp trích dẫn bảng biểu nội dung trích dẫn đƣợc ghi rõ ngồi số nhận xét đánh giá tác giả khác đƣợc ghi rõ nguồn gốc Nếu phát có gian lần tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trƣờng đại học Hàng Hải khơng liên quan tới hành vi vi phạm tác quyền q trình làm (nếu có) ii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG iv MỞ ĐẦU v Chƣơng I : NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƢỚC SÓNG WDM 1.1 Nguyên lý ghép bƣớc sóng 1.2 Sự phát triển truyền dẫn quang 1.2.1Lớp quang 1.2.2 Các thành phần hệ thống WDM 1.3.Xuyên nhiễu 13 1.3.1 Suy hao 13 1.3.2 Sự tán sắc 14 1.3.3 Các hiệu ứng phi tuyến 16 CHƢƠNG MẠNG QUANG ĐỊNH TUYẾN THEO BƢỚC SÓNG 20 2.1 Định nghĩa 20 2.2 Định tuyến gán bƣớc sóng tĩnh 27 2.3 Định tuyến gán bƣớc sóng động 30 2.4.Vấn đề thiết kế kỹ thuật mạng WDM 35 CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ TRONG MẠNG WDM 36 3.1 Nâng cao độ tin cậy lớp quang 36 3.2 Bảo vệ mạng ring WDM 39 3.3 Bảo vệ mạng mesh WDM 40 Kết luận 47 Tài liệu tham khảo 48 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Tên hình vẽ Trang Sơ đồ khối hệ thống hƣớng Sơ đồ khối hệ thống hai hƣớng Biểu điễn vị trí cửa sổ phổ ánh sáng cấp mạng quang theo lớp trúc mạng truyền tải quang Mạng định tuyến theo bƣớc sóng 21 OXC chuyển mạch sợi 24 OXC 3x3với bƣớc sóng sợi quang 25 Các kiểu biến đổi bƣớc sóng 27 Phân loại phƣơng thức bảo vệ đảm bảo trì mạng 38 Bảo vệ OCh-DPRing 39 OMS-SPRing sợi tình trạng hoạt động a) bị cố 40 Bảo vệ tuyến mạng hình lƣới a) 1:1 b) 1:3 41 Các cấu hình mạng khác xảy cố w1 w2 42 Bảo vệ theo tuyến mạng hình luới 43 Kỹ thuậtbảo vệ double-cycle-cover 45 Bảo vệ p-cycle 46 Bảo vệ generalized loopbackM 46 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 1.2 1.3 Tên bảng SMF tham số sợi DSF tham số Các tham số sợi NZ-DSF Trang 10 11 12 iv MỞ ĐẦU Với cơng nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng WDM(Wavelength Division Multiplexing) ta có đƣợc dung lƣợng lớn cách ghép bƣớc sóng với sợi cáp, nhƣ dung lƣợng tăng nên dựa số bƣớc sóng ghép liên kết Tuy nhiên nhƣ chƣa đủ, việc tổn thất lƣu lƣợng cố xảy thành phần mạng có mức độ nghiêm trọng khơng giống tùy thuộc vào quy mô mạng WDM Để giải vấn đề ngƣời ta nghiên cứu nhiều giải pháp khác dó có phƣơng thƣớc khơi phục phƣơng thức bảo vệ - Phƣơng thức bảo vệ:giúp cho mạng hồi phục nhanh nhờ chuyển lƣu lƣợng luồng quang bị gián đoạn sang luồng quang đƣợc chuẩn bị từ trƣớc cố xảy luồng đƣợc gọi luồng quang dự phòng ,với phƣơng pháp việc khơi phục cổ đảm bảo 100% với điều kiện không xảy cố đồng thời luồng - Phƣơng pháp khôi phục: khác với phƣơng pháp bảo vệ chỗ việc xác định đƣờng bƣớc sóng tuyến dự phòng đƣợc thực sau cố xảy nhƣ giản đƣợc việc thiếu bƣớc sóng cho tuyến dự phòng nhiện lại tiêu tốn nhiều thời gian thêm khoảng thời gian xác định tuyến dự phòng Việc thiết kế cấu trúc mạng logic (bảo vệ / khôi phục) tập chung vào việc vừa giảm thiểu tài nguyên tuyến dự phòng mà lại giảm đƣợc xác xuất mà yêu cầu thiết lập tuyến quang bị từ chối (từ chối thiếu tài nguyên mạng),nhƣ nhiều nghiên cứu đƣợc triển khai từ đƣa khái niệm khả phục hồi lỗi chất lƣợng dịch vụ QoS v Hiện số lƣợng sử dụng mạng ngày tăng cao việc xây dựng hệ thống sử dụng bƣớc sóng thật hiệu đảm bảo thời gian khôi phục sau cố Với chất lƣợng tin cậy QoR đơn vị định lƣợng QoS để dựa theo xây dựng tuyến quang có đọ tin cậy cao ,theo việc xây dựng mạng có độ tin cậy cao quan trọng nhiều so với việc quản lý hiệu tài nguyên mạng Bài viết gồm chƣơng nhƣ sau: - Chƣơng I: Nguyên lý ghép kênh quang theo bƣớc sóng Trong gồm nguyên lý ghép kênh theo bƣớc sóng WDM vấn đề công nghệ - Chƣơng II: Mạng quang định tuyến theo bƣớc sóng Trong trình bày sơ lƣợc mạng quang định tuyến theo bƣớc sóng đồng thời đề cập tới phần tử cấu thành nhƣ vấn đề định tuyến gán bƣớc sóng mạng (WDM) - Chƣơng III: Các phƣơng thức bảo vệ mạng WDM Giới thiệu chế bảo vệ mạng toàn quang nhƣ nâng cao độ an toàn mạng vi Chƣơng I : NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƢỚC SÓNG WDM 1.1 Nguyên lý ghép bƣớc sóng a Khái niệm WDM (wavelength division multiplexing) ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng biện pháp kỹ thuật khơng thể thiếu mạng tồn quang kỹ thuật mang lại nhiều kênh quang riêng rẽ,độc lập sợi quang Điể m nổ i bâ ̣t của ̣ thố ng WDM là t ận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên khu vƣ̣c tổ n hao thấ p của sơ ̣i quang đơn mode làm tăng dung lƣơ ̣ng truyề n dẫn hệ thống đồng thời giảm giá thành xuống mức thấp Ở việc ghép kênh q trình biến đở i điê ̣n nào chiń h vì thế WDM khắ c phu ̣c đƣơ ̣c hoàn toàn các nhƣơ ̣c điể m của ̣ thố ng điê ̣n mà tố c đô ̣ truyề n dẫn cao nhƣ cự ly xa Trong suốt q trình hoạt động phát triển cơng nghệ WDM ghép kênh theo bƣớc sóng mật độ thấp đƣợc thay khái niệm DWDM ghép kênh theo mật độ cao Cơng nghệ phát triển khoảng cách kênh ngày thu hẹp, DWDM cho phép 80 kênh riêng biệt với khoảng cách kênh có 0.5 nm Hệ thống thiết bị đƣợc thƣơng mại hóa Khi nói đến WDM khơng thể khơng nói tới DWDM sản phẩm cơng nghệ loại diện khắp nơi Do để thuận tiện dùng thuật ngữ WDM để nói chung cho khái niệm trƣờng hợp cần phân biệt khái niệm có thích kèm theo b.Hệ thống WDM phần tử cấu thành Có thể nói hệ thống WDM nhƣ hệ thống TDM truyền thống hai gồm phát ,thu phía sợi quang ,các lặp Sự khác biệt hai hệ thống chỗ với TDM sợi có kênh với hệ thống WDM với sợi ta có đƣợc nhiều kênh khác hoạt động nói cách khác WDM hệ thống TDM hoạt động song song dùng chung thiết bị sợi quang Mỗi hệ thống thiết bị tƣơng tác qua lại đầu thực việc phát tín hiệu thu nhận tín hiệu WDM tính tƣơng tác đƣợc thực môi trƣờng sợi quang Từ đo ngƣời ta phân WDM thành hai loại: - Hệ thống ghép bƣớc sóng hƣớng: với kiểu hƣớng truyền dẫn sử dụng sợi quang riêng biệt nghĩa hệ thống phát tín hiệu sợi cáp nhận tín hiệu sợi cáp khác Nhu tuyến truyền cần tới sợi cáp riêng biệt Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống hƣớng - Hệ thống ghép bƣớc sóng hai hƣớng: khác với hệ thống hƣớng kiểu tín hiệu phát nhận đƣợc truyền qua sợi cáp Hình 1.2.Sơ đồ khối hệ thống hai hƣớng c Công nghệ WDM ƣu nhƣợc điểm WDM cho thấy ƣu điểm vƣợt trội so với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang Ƣu: - Với đƣờng truyền dẫn ta có đƣợc nhiều kênh quang kênh có tốc độ bit (TDM) Do WDM có dung lƣợng truyền đẫn lớn nhiều “Hiện hệ thống WDM 80 bƣớc sóng với bƣớc sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lƣợng hệ thống 200Gbit/s đƣợc thử nghiệm thành cơng Trong thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit đạt tới STM-256 (40Gbit/s).” - Khắc phục đƣợc nhiều bất lợi việc truyền dẫn tốc độ cao tham số nhƣ tán sắc… TDM hệ thống truyền dẫn đơn kênh nên để tăng tốc độ ta buộc phải tăng tốc độ số liệu nên nhiều với WDM tốc độ kênh tăng nên khơng nhiều có nhiều kênh khác - WDM hệ thơng linh hoạt,ngƣời ta thay đổi dung lƣợng hệ thông hoạt động Kỹ thuật cho phép tăng thêm lƣợng lớn dung lƣợng mạng mà không cần lắp đặt thêm đƣờng truyền dẫn Việc nâng cấp lại vô cung đơn giản - Việc sử dụng công nghệ WDM khiến cho khả quản lý băng tần vô hiệu khả thiếtlập lại cấu hính cách vơ nhanh chóng - Cũng nhờ mềm dẻo nên công nghệ giúp giảm đƣợc nhiều chi phí đầu tƣ Những ƣu điểm vơ rõ ràng nhiên ghép kênh theo bƣớc sóng có số mặt hạn chế Những hạn chế vấn đề nhức nhối cần phải giải tƣơng lai - So với băng tần sợi quang dung lƣợng hệ thống q nhỏ Hiện việc nâng cao dung lƣợng hệ thống hiệu nhiên chƣa phải giải pháp tối ƣu để tận dụng đƣợc hết băng tần sợi quang 1.2 Sự phát triển truyền dẫn quang Từ kỷ XIX ngƣời ta bắt đầu sử dụng truyền dẫn sợi quang Truyền dẫn quang đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày tăng cao ngƣời với cá ƣu điểm bật nhƣ dung lƣợng truyền tải lớn tốc độ cao chất lƣợng tín hiệu tốt nhờ tránh đƣợc số vấn đề lỗi đƣờng truyền nhƣ nhiễu điện từ Đến mạng toàn quang ngày đƣợc phát triển cách rộng rãi Trong mạng quang dẫn ngƣời ta sử dụng bƣớc sóng phổ định , theo với bƣớc sóng phổ ngƣời ta tính tốn đƣợc suy hao nhỏ Những vùng nằm giửa khu vực có độ hấp thụ ánh sáng cao đƣợc gọi “cửa sổ” Đầu tiên ngƣời ta sử dụng bƣớc sóng xấp xỉ 0.850 μm đƣợc gọi cửa sổ thứ sau với tiến nhƣ nhiều nghiên cứu ngƣời ta nhận khu vực bƣớc sóng 1.310 μm có hệ số suy hao thấp cửa sổ thứ (băng S) đến cửa sổ thứ với bƣớc sóng 1.550 μm (băng C) Cho đến cửa sổ đƣợc nghiên cứu để sử dụng cửa sổ thứ tƣ với bƣớc sóng vào khoảng 1.625 μm Hình 1.3 Biểu điễn vị trí cửa sổ phổ ánh sáng Cơng nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng đƣợc sử dụng lần đầu vào năm 80 ngƣời ta sử dụng hai bƣớc sóng cách xa 1.310 μm 1.550 μm (hoặc 0.850 μm 1.310 μm ) đƣợc gọi WDM băng rộng Đến năm 90 công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng hệ thứ bắt đầu xuất gọi WDM băng hẹp sử dụng từ đến kênh Các kênh đƣợc lấy cửa sổ thứ ba với bƣớc sóng 1.55 μm kênh cách 400GHz Sau hệ thơng ghép kênh theo bƣớc sóng mật độ cao (DWDM) đƣợc phát triển với từ 16 đến 40 kênh với kệnh cửa sổ cách khoản 100 đến 200 GHz Sau cơng nghệ tiếp tục đƣợc phát triển đến CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ TRONG MẠNG WDM 3.1 Nâng cao độ tin cậy lớp quang Nhƣ đề cập phần trƣớc, lớp quang đƣợc chia làm phần, kênh quang đoạn ghép quang Kênh quang tƣơng ứng với bƣớc sóng sử dụng mạng quang OTN Còn đoạn ghép kênh quang tập bƣớc sóng đến thiết bị tách/ghép quang OADM Việc phân loại kỹ thuật bảo vệ mạng quang cần thiết Tiêu chí phân loại dựa lớp lớp WDM, lớp kênh quang lớp đoạn ghép kênh quang Trong trƣờng hợp thứ nhất, thực thể cần bảo vệ tuyến quang, việc bảo vệ kênh quang trƣờng hợp đƣợc gọi bảo vệ tuyến (path protection) Khi xuất lỗi, lƣu lƣợng chuyển từ tuyến quang hoạt động sang tuyến dự phòng Việc khơi phục đƣợc kích hoạt thiết bị Och đặt nút đầu cuối (nguồn đích) tuyến quang Hệ thống có nhiệm vụ giám sát tuyến quang để phát lỗi Tuyến quang bảo vệ tuyến hoạt động gọi tuyến dự phòng xác định trƣớc thiết lập động tuỳ theo yêu cầu mạng lƣới Lớp OMS phần ghép kênh WDM lên sợi cáp Bởi vậy, việc khôi phục cố lớp liên quan đến liên kết, lý đƣợc gọi bảo vệ theo liên kết (link protection) Các thiết bị OMS kết cuối liên kết thực quản lý việc phát lỗi chuyển mạch bảo vệ liên kết Bảo vệ theo liên kết đƣợc thực theo chế độ: chế độ sợi chế độ sợi Việc lựa chọn chế độ tuỳ thuộc vào thiết kế vật lý mạng Ở chế độ bảo vệ theo liên kết sợi OMS, đôi sợi dành cho lƣu lƣợng hoạt động, đôi thứ dành để mang lƣu lƣợng đôi sợi hoạt động bị cố Ở hệ thống OMS bảo vệ theo liên kết sợi, hƣớng sợi quang, nửa số kênh WDM mang lƣu lƣợng hoạt động, nửa lại đƣợc sử dụng nhƣ nguồn dự phòng để bảo vệ trƣờng hợp liên kết bị cố Trên hƣớng ngƣợc lại sợi cáp, vai trò bƣớc sóng đƣợc đảo ngƣợc: bƣớc sóng hoạt động sợi cáp bƣớc sóng dự phòng ngƣợc lại 36 Ở tiêu chí phân loại thứ 2, chế bảo vệ WDM đƣợc xếp loại dựa khả đảm bảo mạng đƣợc trì sau xảy cố liên kết xảy cố liên kết nút đồng thời Một trƣờng hợp điển hình cố nút, chẳng hạn, card nhánh nút bị chức Trong trƣờng hợp này, để đảm bảo độ tin cậy, cần trang bị card dự phòng cho nút Thông thƣờng, việc đảm bảo khả trì mạng sau cố nút yêu cầu nhiều tài nguyên so với bảo vệ theo liên kết Tiêu chí phân loại thứ liên quan đến việc quản lý động dung lƣợng bảo vệ Có kiểu đề xuất khác Phƣơng thức đƣợc sử dụng rộng rãi “lập kế hoạch trƣớc” Nguồn tài ngun dự kiến sử dụng cho mục đích dự phòng đƣợc cấp phát trƣớc tuyến hoạt động đƣợc thiết lập (trực tuyến) lƣulƣợng thuộc kiểu tĩnh tài nguyên đƣợc cấp phát thiết lập mạng (ngoại tuyến) Trong trƣờng hợp này, mạng sẵn sàng đối phó với cố: sau phát đƣợc cố, nút mạng thực thao tác chuyển mạch đơn giản để chuyển lƣu lƣợng sang hƣớng dự phòng Phƣơng thức cho phép thời gian khôi phục nhanh Trở ngại kênh WDM đƣợc cấp phát cứng nguồn tài nguyên để hoạt động dự phòng Hiện nay, có vài phƣơng thức cải tiến cho phép kênh dự phòng khơng có cố mang lƣu lƣợng có tính chất khơng quan trọng Kiểu đề xuất lập kế hoạch từ trƣớc thứ provisioning, đƣợc gọi khơi phục Trong trƣờng hợp này, mạng dành trƣớc nguồn tài nguyên, thƣờng vƣợt nhu cầu lƣu lƣợng thực để hoạt động khơng phân bổ tài ngun dự phòng Khi lỗi xuất hiện, mạng kích hoạt kết nối để hỗ trợ kết nối gặp cố Phƣơng thức khôi phục cho phép tăng tính mềm dẻo mạng, cải thiện hiệu sử dụng tài nguyên mạng Một ƣu điểm cho phép mạng đƣợc trì sau nhiều cố xảy đồng thời Phƣơng thức khơi phục, nhiên, có nhƣợc điểm khơng đảm bảo an tồn100% Trên thực tế, khơng thể đảm bảo chắn có đủ tài nguyên để thiết lập kết nối sau cố xảy Một trở ngại lớn phƣơng thức chỗ yêu cầu hoạt động giám sát liên tục để thiết lập kết nối thời gian khôi phục dài Tiêu chí phân loại thứ áp dụng với kỹ thuật lập kế hoạch trƣớc Bảo vệ theo kế hoạch trƣớc thực theo kiểu dành riêng hay dùng chung Thủ tục đơn giản đặc trƣng dự trữ nguồn tài nguyên độc 37 quyền cho thực thể hoạt động (có thể tuyến quang bảo vệ OCh liên kết bảo vệ OMS) Việc bảo vệ nhƣ đƣợc gọi bảo vệ dành riêng, giảm phần tính phức tạp khơi phục mạng nhƣng lại đòi hỏi nhất50% số kênh WDM không sử dụng cho lƣu lƣợng hoạt động Với giả thiết cốkhông xảy đồng thời nhiều thực thể bảo vệ (có thể tuyến quang bảo vệ OCh sợi cáp bảo vệ OMS) sử dụng chung nguồn tài nguyên (kênh WDM sợi cáp) Bảo vệ dùng chung cho phép giảm số lƣợng nguồn dự phòng cần thiết, cải thiện hiệu sử dụng tài nguyên nhiên giá phải trả độ phức tạp khôi phục mạng tăng lên Việc phân loại phƣơng thức đảm bảo tính trì mạng đƣợc khái quát nhƣtrên hình 3.1 Hình 3.1 Phân loại phƣơng thức bảo vệ đảm bảo trì mạng 38 3.2 Bảo vệ mạng ring WDM Phần lớn mạng WDM ngày có cấu trúc ring, đặc biệt mạng metro mạng lõi Chính cấu trúc đơn giản dễ dàng tích hợp với SDH nên mạng ring WDM đƣợc coi hệ thứ phát triển kiến trúc mạng quang (thế hệ mạng điểm-điểm) đƣợc coi trƣờng tiêu chuẩn để áp dụng kỹ thuật bảo vệ Hình 3.2 Bảo vệ OCh-DPRing Đối với bảo vệ theo tuyến, phƣơng thức bảo vệ ring dành riêng OCh (OChDPRing) đƣợc định nghĩa: áp dụng cho vòng ring sử dụng sợi truyền theo hƣớng ngƣợc (hình 3.2) Bảo vệ tuyến đƣợc thiết kế theo cách sử dụng sợi để thiết lập tuyến quang ngƣợc chiều vòng quanh ring Nút nguồn chia tín hiệu thành phiên giống hệt phát đồng thời tuyến quang khác Phía đầu thu lựa chọn tín hiệu có chất lƣợng tốt Phƣơng thức đƣợc gọi bảo vệ dành riêng 1+1 (gọi chuyển mạch bảo vệ) kiến trúc gọi ring tự hàn WDM Khi xuất lỗi, thiết bị chuyển mạch quang khơng cần phải cấu hình lại: có thành phần điện phía đầu thu thực việc lựa chọn tín hiệu tốt Thời gian khơi phục nhanh u cầu xác50% nguồn tài nguyên vật lý mạng Ở lớp OMS, phƣơng thức bảo vệ theo tuyến đƣợc tiêu chuẩn hoá ring bảo vệ dùng chung (OMS-SPRing) áp dụng cho mạng sợi sợi Trong trƣờng hợp, việc chuyển mạch bảo vệ đƣợc thực 2x2 chuyển mạch quang có khả chuyển nhiều tín hiệu WDM từ sợi cáp sang sợi cáp 39 khác Quá trình chuyển mạch diễn nhanh, thƣờng cỡ micro giây Các thiết bị thƣờng đƣợc đặt thiết bị ghép kênh xen rẽ OADM Hình 3.3 minh hoạ bảo vệ OMS-SPRing trƣờng hợp sợi Hình 3.3 OMS-SPRing sợi tình trạng hoạt động a) bị cố Khi có cố, OADM liên kết bị lỗi khôi phục kết nối cách khép kín ring (loopback) định tuyến lại lƣu lƣợng sợi cáp bƣớc sóng dự phòng OMS-SPRing có khả khơi phục cố nút: trƣờng hợp nhƣ vậy, 2x2 chuyển mạch quang nút bị cố tự động thực thao tác loopback Việc bảo vệ cần 50% tài nguyên vật lý: trƣờng hợp này, việc dùng chung khơng thật mang lại nhiều lợi ích so với bảo vệ dành riêng xét theo khía cạnh sử dụng tài nguyên Cần có báo hiệu đầu cuối liên kết bị lỗi để thực thao tác loopback 3.3 Bảo vệ mạng mesh WDM Trong cấu trúc hình lƣới (mesh), đảm bảo trì mạng toán phức tạp nhiều so với cấu hình ring số đƣờng lớn Ngồi ra, thực tế chƣa có phƣơng thức bảo vệ mạng hình lƣới với phạm vi lớn đƣợc thực hiện, kỹ thuật đƣợc đề cập có khả lựa chọn tối ƣu tƣơng lai 40 Bảo vệ theo tuyến mức OCh hiển nhiên phù hợp mạng hình lƣới Để thoả mãn yêu cầu bảo vệ, cần thiết lập cặp tuyến quang hoạt động dự phòng kết nối (hình 3.4) Để cho chế bảo vệ hiệu liên kết tuyến hoạt động tuyến dự phòng phải độc lập với nhau, độc lập theo nghĩa xảy cố Trong nhiều trƣờng hợp, điều kiện đƣợc thoả mãn cách thiết lập tuyến quang tuyến cáp riêng biệt: nghĩa tuyến hoạt động tuyến dự phòng khơng đƣợc dùng chung liên kết Trong trƣờng hợp bảo vệ 1:N, lƣu lƣợng có mức ƣu tiên khơng cao đƣợc truyền tải tuyến bảo vệ khơng có cố, nhƣng cần có báo hiệu nút đầu cuối (hình 3.4a) Bảo vệ theo tuyến dành riêng tiêu tốn nhiều tài nguyên mạng hình lƣới ràng buộc tách rời tuyến hoạt động tuyến dự phòng Bảo vệ dùng chung đƣợc áp dụng theo nghĩa đầu cuối-đầu cuốisử dụng tuyến dự phòng cho N tuyến hoạt động có chung cặp nút nguồn-đích(hình 3.4b) Kỹ thuật trƣờng hợp đặc biệt dùng chung đƣợc gọi là1:N Hình 3.4 Bảo vệ tuyến mạng hình lƣới a) 1:1 b) 1:3 Điều quan trọng cần lƣu ý sử dụng chung cho phép tiết kiệm tài nguyên truyền dẫn nhƣng yêu cầu quản lý phức tạp Trong bảo vệ 1:1 1:N, xuất lỗi, nút cuối liên quan đến tiến trình khối phục tuyến dự phòng đƣợc thiết lập từ trƣớc Khi bảo vệ dùng chung đƣợc thiết 41 lập mạng hình lƣới, lỗi xuất kích hoạt thủ tục khôi phục phức tạp yêu cầu nhiều báo hiệu phần tử mạng Nghĩa là, thực tế cần cấu hình lại tất OXC có kết cuối sử dụng kênh WDM dùng chung (hình3.5) tuỳ theo tuyến quang hoạt động cần khôi phục Điều chắn dẫn đến trễ khôi phục thời gian vận chuyển tin báo hiệu tới tất phần tử mạng liên quan cộng với thời gian cấu hình lại tất OXC liên quan Và bảo vệ dùng chung đƣợc lập kế hoạch từ trƣớc nên hoạt động khôi phục nên đƣợc điều khiển phân tán điều khiển tập trung, loại bỏ phần can thiệp hệ thống quản lý mạng giảm đƣợclƣợng báo hiệu Trong trƣờng hợp này, OXC phải có khả nhận dạng tuyến quang bị lỗi để thực tác vụ chuyển mạch Hình 3.5 Các cấu hình mạng khác xảy cố w1 w2 Trong mạng WDM, bảo vệ theo liên kết mức OMS đƣợc ƣa chuộng so với bảo vệ theo tuyến xét theo khía cạnh (hình 3.6) Ở mạng có cấu hình topo phức tạp, chế khôi phục cục bộ, phù hợp với điều khiển phân tán điều khiển tập trung, xem dễ quản lý chế khôi phục đầu cuối-đến- đầu cuối Bảo vệ theo liên kết dùng chung đƣợc thực theo nhiều cách Điển hình phƣơng thức bảo vệ liên kết lập kế hoạch trƣớc dựa khái niệm loopback-by-ring kỹ thuật generalized-loopback 42 Hình 3.6 Bảo vệ theo tuyến mạng hình luới Về chất, mạng hình lƣới đƣợc tạo cách kết nối nhiều vòng ring Đó cách thức quản lý mạng WDM Việc chuyển mạch ring mạng nhƣ đƣợc thực phần điện thƣờng phần tử SDH/SONET đấu nối chéo Và nhƣ vậy, việc trì mạng mạng WDM đa ring thƣờng đƣợc đảm bảo kỹ thuật SDH/SONET Để xây dựng phƣơng thức bảo vệ cho mạng hình lƣới, ngƣời ta tạm thời bỏ kiến trúc đa ring tập trung vào mạng hình lƣới “thực sự”, nghĩa mạng đƣợc kết nối hình lƣới sử dụng OXC để thực chức chuyển mạch quang mạng Nguyên lý đấu vòng theo ring (loopback-by-ring) đƣợc áp dụng cho mạng hình lƣới “thực sự” nhƣ sau: Trƣớc hết, mạng đƣợc tách rời thành tập sợi quang, tập quản lý nhƣ vòng ring Mỗi ring đƣợc bảo vệ theo phƣơng thức bảo vệ OMS chẳng hạn OMS-SPRing Nhƣ vậy, ring đƣợc coi nhƣ hệ thống có bảo vệ, có cố mạng đấu vòng để tránh kết nối bị lỗi Ƣu điểm rõ phƣơng án cho phép khơi phục theo kiểu phân tán: vòng ring hệ thống khơi phục tự động Điều có nghĩa thời gian khơi phục bị giới hạn chủ yếu kích thƣớc ring 43 Bài toán chủ yếu liên quan đến phƣơng thức đấu vòng theo ring cách thức tách rời mạng hình lƣới thành vòng ring Trên thực tế, cần cấu hình vật lý mạng có cạnh nối với việc khơi phục hồn tồn thực đƣợc Việc đƣợc thực với nhiều ràng buộc: giảm thiếu tài nguyên mạng, phƣơng thức điều khiển phân tán, thời gian khôi phục nhanh, bảo vệ nhiều tuyến tốt đảm bảo phạm vi bảo vệ mạng đƣợc mở rộng Phƣơng án tách rời lƣới theo ring phƣơng thức node-cover: tập ring đƣợc chọn cho nút mạng nằm ring Nhƣ nodecover không cần thiết phải trùm lên tất liên kết mạng liên kết không nằm ring không đƣợc bảo vệ Ý tƣởng không giống với trƣờng hợp ring-cover: liên kết mạng phải thuộc ring Điều kiện cần nhƣ đảm bảo tất liên kết mạng đƣợc bảo vệ nhƣng lại khơng có ràng buộc tài ngun mạng: liên kết thuộc nhiều ring Một kỹ thuật ring cover khác đƣợc gọi bảo vệ đa ring tự hàn WDM (MWSHR) Thiết kế mạng có bảo vệ dựa kỹ thuật M-WSHR gồm bƣớc: trƣớc hết, tất lƣu lƣợng làm việc phải đƣợc định tuyến mà khơng xác định dự phòng (bƣớc WL), sau xác định ring cover cho mạng (bƣớc RC) cuối dung lƣợng dự phòng đƣợc tính tốn theo ring (bƣớc SW) Bƣớc cuối đƣợc thực theo chế độ dùng chung dành riêng Ở chế độ dành riêng, liên kết ring đƣợc bảo vệ tuyến dự phòng Ở chế độ này, trì mạng hồn tồn nhƣng lƣợng kênh WDM cần phân bổ lớn Ở chế độ dùng chung, ring OMS-SPRing sợi Tất sợi dự phòng có hƣớng chiều kim đồng hồ đƣợc trang bị số bƣớc sóng với số kênh WDM cấp phát cho lƣu lƣợng hoạt động sợi cáp ngƣợc chiều kim đồng hồ có tải lớn Áp dụng tƣơng tự sợi có hƣớng ngƣợc lại 44 Hình 3.7 Kỹ thuậtbảo vệ double-cycle-cover Một phƣơng thức ring cover khác double-cycle-cover: vòng tròn đƣợc chọn cho liên kết xuất ring (hình 3.8) Về mặt lý thuyết, phƣơng thức áp dụng hệ thống sợi sợi nhƣng thực tế việc sử dụng bảo vệ double-cycle-cover hệ thống sợi hồn tồn khơng khả thi khơng sử dụng chuyển đổi bƣớc sóng ràng buộc tính liên tục bƣớc sóng mà tuyến hoạt động dự phòng sử dụng chung sợi cáp Tuy vậy, việc xác định vòng tròn bao trùm lên mạng với ràng buộc giảm thiểu số lƣợng chuyển đổi bƣớc sóng tốn khơng dễ giải Kỹ thuật vòng tròn bảo vệ (p-cycle) dựa tính chất ring để bảo vệ không liên kết ring mà bảo vệ liên kết thẳng kết nối nút kề (hình 3.8) Trên thực tế, liên kết thẳng hình sợi dẫn đến việc bảo vệ képbởi p-cycle ln có tuyến bảo vệ ngƣợc hƣớng (hình 3.8b) Pcycle cho phép tiết kiệm nguồn dự phòng phƣơng thức bảo vệ có cấu trúc sử dụng tài nguyên hiệu Tuy nhiên, việc xác định vòng tròn theo ràng buộc cho trƣớc tốn khó 45 Hình 3.8 Bảo vệ p-cycle Bảo vệ theo liênkết mạng hình lƣới sử dụng kỹ thuật khác so với kỹ thuật trình bày gọi đấu vòng suy rộng (generalized loopback) Xây dựng mơ hình mạng cho chia nhỏ làm đồ thị liên hợp có hƣớng với điều kiện liên kết mạng phải nằm cung đồ thị theo hƣớng ngƣợc (hình 3.9) Một đồ thị đƣợc chọn để tƣợng trƣng cho trạng thái hoạt động mạng, đồ thị coi nhƣ dự phòng Khi cố xuất hiện, nút gần cố thực đấu vòng kênh hoạt động sang sợi cáp thuộc đồ thị bảo vệ Phƣơng thức đặc biệt phù hợp với kiểu điều khiển phân tán Hình 3.9 Bảo vệ generalized loopbackM 46 Kết luận Bài viết giới thiệu tống quan cơng nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng WDM, Trình bày sơ lƣợc nguyên lý ghép kênh nhƣ thành phần mạng WDM Chƣơng giới thiệu vềmạng quang định tuyến theo bƣớc sóng WRN, thành phần cơbản mạng WRN nhƣ buộc vấn đề định tuyến gán bƣớc sóng mạng WRN Chƣơng đề cập đến vấn đề giải toán định tuyến gán bƣớc sóng mạng WDM chia làm toán toán xác định đƣờng (định tuyến) gán bƣớc sóng trƣờng hợp lƣu lƣợng tĩnh lƣu lƣợng động Chƣơng cuối giới thiệu phƣơng thức nâng cao độ tin cậy thực lớp quang mạng WDM tiêu chí đƣợc áp dụng mạng ring WDM mạng hình lƣới WDM Bài viết giảthiết lƣu lƣợng lƣu thông mạng ởmức thấp khảnăng thiết bị hoàn toàn đáp ứng đƣợc Trong tƣơng lai, lƣu lƣợng tăng lên vƣợt dung lƣợng thiết bịhiện thời, cần phân bổ cho hƣớng có lƣu lƣợng cao không chỉmột mà phải 2, hay tổng quát n bƣớc sóng Nhƣvậy vấn đềgán bƣớc sóng cho tuyến hoạt động dựphòng phức tạp Đây chủ đềcần tiếp tục nghiên cứu đểhoàn thiện Việc áp dụng toán thiết kếmạng logic thoảmãn tiêu chí QoR mạng có sửdụng bộchuyển đổi bƣớc sóng hƣớng nghiên cứu cần đƣợc triển khai Một hƣớng nghiên cứu khảthi khác vềcác nâng cao độ tin cậy lớp phía WDM Bài viết đƣa giảthiết việc bảo vệ đƣợc thực hoàn toàn ởlớp WDM Tuy nhiên, lớp phía WDM có khả thức chức bảo vệ, chẳng hạn nhƣchức khôi phục ởlớp IP 47 Tài liệu tham khảo [1]Helsiki University of Technology,1998, “Wavelength division multiplexing; an overview” [2] P.S.Andre, A.L.Teixeira, “Nonlinear refractive index and chromatic dispersion simultanously measurement in non-zero dispersion shift optical fibres” [3] Erland Almström (1999), “Reconfigurable and transparent wavelength division multiplexed Optical networks,experiments, evaluation and designs” [4] NPL report COEM by R Billington(1999), “A Report onFour-Wave Mixing in Optical Fibre” [5] Andre Richter (2002), “Timing JitterIn Long-haul WDM Return-To-Zero Systems” [6] Mansoor Sheik-Bahae and Michael P.Hasselbeck, Department of Physics and Astronomy (2000), “Third order optical nonlinearities” [7] George N.Rouskas, “Routing and Wavelength Assigment in Optical WDM network” [8] Pin Han Ho and Hussein T.Mouftah, “A framework for Service-guaranteed shared protection in WDM mesh networks” [9] Tailieu.vn “ đồ án : nguyên lý ghép kênh theo bƣớc sóng WDM” 13/3/2009 48 NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Tinh thần thái độ, cố gắng sinh viêntrong q trình thực hiệnĐồ án/khóa luận: Đánh giá chất lƣợng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đề mặt: lý luận, thực tiễn, chất lƣợng thuyết minh bản vẽ): Chấm điểm giảng viên hƣớng dẫn (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày…tháng… năm 2016 Giảng viên hướng dẫn iii ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI PHẢN BIỆN Đánh giá chất lƣợng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp mặt: thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lƣợng thuyết minhvà vẽ, mơ hình (nếucó) …: Chấm điểm ngƣời phản biện (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày… tháng… năm 2016 Ngƣờiphản biện iv ... Trong gồm nguyên lý ghép kênh theo bƣớc sóng WDM vấn đề công nghệ - Chƣơng II: Mạng quang định tuyến theo bƣớc sóng Trong trình bày sơ lƣợc mạng quang định tuyến theo bƣớc sóng đồng thời đề cập... ứng SBS ảnh hƣởng để mức công suất kênh khoảng cách kênh hệ thống WDM mà không phụ thuộc vào số kênh hệ thống.” 19 CHƢƠNG MẠNG QUANG ĐỊNH TUYẾN THEO BƢỚC SÓNG 2.1 Định nghĩa Mạng định tuyến theo. .. Các hiệu ứng phi tuyến 16 CHƢƠNG MẠNG QUANG ĐỊNH TUYẾN THEO BƢỚC SÓNG 20 2.1 Định nghĩa 20 2.2 Định tuyến gán bƣớc sóng tĩnh 27 2.3 Định tuyến gán bƣớc sóng động