Điều khiển động trong mạng toàn quang wdm

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA W X NGUYỄN TRẦN CHINH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG TRONG MẠNG TOÀN QUANG WDM (Dynamic Control of All-Optical WDM Networks) Chuyên ngành : KỸ THUẬT VÔ TUYẾN VÀ ĐIỆN TỬ Mã số ngành : 2.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 08-2004 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH *** - Cán hướng dẫn khoa học : TS PHẠM HỒNG LIÊN Cán chấm nhận xét : …………………………………………………… Cán chấm nhận xét : …………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 08 năm 2004 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phuùc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN TRẦN CHINH Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/05/1979 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: KỸ THUẬT VÔ TUYẾN-ĐIỆN TỬ Mã số: 2.07.01 TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG TRONG MẠNG TOÀN QUANG WDM II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III-NGAØY GIAO NHIỆM VỤ: 09/02/2004 IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/07/2004 V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM HỒNG LIÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký tên ghi rõ họ tên) CHỦ NHIỆM NGÀNH (Ký tên ghi rõ họ tên) BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH (Ký tên ghi rõ họ tên) Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Lời cảm ơn Trước tiên, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô hướng dẫn, TS PHẠM HỒNG LIÊN, người trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn tất Phòng Sau Đại Học, Quý thầy cô cán Khoa Điện-Điện Tử – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM hết lòng giảng dạy, truyền đạt kiến thức giúp đỡ em suốt thời gian học tập Trường Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ hổ trợ suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Tác giả TÓM TẮT NỘI DUNG Sự phát triển bùng nổ Internet ứng dụng băng rộng Video theo yêu cầu (Video on demand) hội nghị đa truyền thông đòi hỏi mạng truyền dẫn phải có băng thông lớn Khi triển khai công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing), mạng truyền dẫn quang đánh giá mạng truyền dẫn đầy hứa hẹn, đáp ứng đầy đủ băng thông cho ứng dụng ứng dụng tương lai Trong Luận Văn này, mạng toàn quang sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng WDM xem xét Luận Văn tập trung vào việc tìm hiểu công nghệ WDM việc quản lý tài nguyên cho yêu cầu kết nối bảo vệ mạng toàn quang WDM Giải toán định tuyến gán bước sóng góp phần quan trọng để nâng cao hiệu suất mạng quang định tuyến bước sóng Luận Văn xem xét toán định tuyến gán bước sóng hai trường hợp tónh động Một số thuật toán định tuyến gán bước sóng hai trường hợp tónh động tìm hiểu trình bày; từ giới thiệu phương pháp cho vấn đề định tuyến gán bước sóng động tiến hành mô Luận văn trình bày sau: Phần A giới thiệu chi tiết mạng truyền dẫn quang, công nghệ WDM mạng toàn quang WDM Phần B tìm hiểu vấn đề định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM xem xét số thuật toán Phần C mô giải pháp cho toán định tuyến gán bước sóng nêu ý kiến kết luận ABSTRACT The explosive growth of the Internet and bandwidth-intensive applications such as video-on-demand and multimedia conferences require high-bandwidth transport networks When employed with the wavelength division multiplexing (WDM) technology, optical transport network is expected to be a promising transport network which can provide the huge bandwidth for current applications as well as new services in the future In this thesis, all-optical WDM network is studied The thesis contrates on studying WDM and resource control for connection and protection in all-optical WDM networks The problem of routing and wavelength assignment (RWA) is critically important for increasing the efficiency of wavelength-routed all-optical networks In this thesis, routing and wavelength assignment problems in alloptical WDM network are studied under static and dynamic traffic Besides mentioning some algorithms for both static and dynamic routing and wavelength assignment problem, a new approach for dynamic routing and wavelength assignment problem is introduced and simulated The thesis is organized as follows: Section A is an introduction on optical network, WDM technology, and all-optical WDM networks Section B studies RWA problem in WDM optical networks and considers some algorithms for this problem Section C presents and simulates the new heuristics for routing and wavelength assignment problem, and concludes the thesis Luaän Văn Tốt Nghiệp Điều khiển động mạng toàn quang WDM MỤC LỤC PHẦN A: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN Chương 1: Tổng quan mạng truyền dẫn quang 1.1 Sơ lược mạng truyền daãn 1.2 Mạng truyền dẫn quang 1.2.1 Kieán trúc mạng truyền dẫn quang 1.2.2 Kết cấu tôpô mạng truyền dẫn quang 1.2.2.1 Tôpô vật lý 1.2.2.2 Toâpoâ logic 1.2.2.3 So sánh tôpô vật lý toâpoâ logic 1.3 Sự cần thiết phải xây dựng mạng truyền dẫn toàn quang 1.4 Giải pháp cho nhu cầu băng thông ngày tăng – Sự đời công nghệ 10 1.4.1 Lắp đặt sợi cáp 12 1.4.2 Đầu tư vào kỹ thuật TDM để đạt tốc độ bit cao 13 1.4.3 Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM 14 Chương 2: Tổng quan WDM 17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Lịch sử phát triển 19 2.3 Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) 21 2.3.1 Định nghóa 21 2.3.2 Đặc điểm công nghệ WDM 22 GVHD: TS Phạm Hồng Liên HVTH: Nguyễn Trần Chinh Luận Văn Tốt Nghiệp Điều khiển động mạng toàn quang WDM 2.4 Mạng truyền dẫn quang WDM 23 2.4.1 Sô đồ chức hệ thống WDM 24 2.4.2 Các hình thức truyền dẫn hệ thống WDM 26 2.4.2.1 Truyền dẫn chiều (đơn hướng) 26 2.4.2.2 Truyền dẫn hai chiều (song hướng) 27 2.4.2.3 So sánh hai hình thức truyền dẫn 27 2.4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống WDM 28 2.4.4 Các mô hình mạng WDM 30 2.4.4.1 Mô hình mạng ñieåm-ñieåm 30 2.4.4.2 Mô hình mạng vòng Ring 31 2.4.4.3 Mô hình mạng mắt lưới Mesh 31 2.4.4.4 So sánh mô hình mạng Ring mạng Mesh 32 2.4.5 Các kiến trúc mạng WDM phổ biến 36 2.4.5.1 Liên kết WDM 37 2.4.5.2 Maïng quang thụ động 37 2.4.5.3 Mạng quảng bá lựa chọn 38 2.4.5.4 Mạng định tuyến bước sóng 39 2.5 Các phần tử mạng quang WDM 41 2.5.1 Bộ đầu cuối đường quang 44 2.5.2 Bộ khuếch đại đường quang 45 2.5.3 Bộ ghép kênh xen/rớt quang 46 2.5.4 Bộ kết nối chéo quang 48 2.6 Chuyển đổi bước sóng mạng quang WDM 50 2.7 Moät số vấn đề cần quan tâm triển khai công nghệ WDM 51 2.8 Đánh giá chung công nghệ WDM 59 GVHD: TS Phạm Hồng Liên HVTH: Nguyễn Trần Chinh Luận Văn Tốt Nghiệp Điều khiển động mạng toàn quang WDM 2.8.1 Quá trình phát triển công nghệ WDM thời gian qua 59 2.8.2 Ưu khuyết điểm công nghệ WDM 62 2.8.2.1 Ưu điểm 62 2.8.2.2 Khuyết điểm 63 2.9 Tương lai công ngheä WDM 63 Chương 3: Công nghệ truyền dẫn Phương án triển khai mạng quang WDM 67 3.1 Giới thiệu lớp khách hàng mạng quang WDM 67 3.2 Dịch vụ SONET(SDH) qua WDM 70 3.3 Dịch vụ ATM qua WDM 72 3.3.1 Chức mạng ATM 72 3.3.2 ATM/SDH qua WDM 73 3.3.3 ATM qua WDM 74 3.4 Dịch vụ IP qua WDM 74 3.4.1 Công nghệ kết hợp mạng số IP vào maïng WDM 75 3.4.2 IP qua WDM 76 PHẦN B: ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM Chương 4: Tổng quan định tuyến gán bước sóng mạng WDM 79 4.1 Giới thiệu 79 4.2 Mô hình hệ thoáng 81 4.2.1 Mô hình vô hướng 82 4.2.2 Mô hình hữu hướng 82 4.3 Định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM 83 4.4 Các thông số ảnh hưởng đến vấn đề định tuyến 92 4.4.1 Kiến trúc kích cỡ mạng 92 GVHD: TS Phạm Hồng Liên HVTH: Nguyễn Trần Chinh Luận Văn Tốt Nghiệp Điều khiển động mạng toàn quang WDM 4.4.2 Chức nút mạng 93 4.4.3 Chức truyền dẫn 93 4.4.4 Giải thuật định tuyến 93 4.4.5 Các thông số lưu lượng 94 Chương 5: Định tuyến gán bước sóng tónh 95 5.1 Sơ lược định tuyến gán bước sóng tónh 95 5.2 Bài toán định tuyến gán bước sóng tónh 98 5.3 Thuật toán định tuyến gán bước sóng tónh 98 5.3.1 Định tuyến 99 5.3.2 Gán bước soùng 99 5.4 Các thuật toán tô màu đồ thò 101 5.4.1 Thuật toán First-fit 101 5.4.2 Thuật toán Random 102 5.4.3 Thuật toán Largest-first 103 5.4.4 Thuật toán Smallest-last 103 Chương 6: Định tuyến gán bước sóng động 104 6.1 Sơ lược định tuyến gán bước sóng động 104 6.2 Bài toán định tuyến gán bước sóng động 105 6.3 Thuật toán định tuyến gán bước sóng động 105 6.3.1 Định tuyến 107 6.3.1.1 Định tuyến cố định 107 6.3.1.2 Định tuyến thay đổi-cố định 107 6.3.1.3 Định tuyến thích nghi 107 6.3.2 Gán bước soùng 109 6.3.2.1 Phương pháp Random 110 GVHD: TS Phaïm Hồng Liên HVTH: Nguyễn Trần Chinh ... Nghiệp Điều khiển động mạng toàn quang WDM MỤC LỤC PHẦN A: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN Chương 1: Tổng quan mạng truyền dẫn quang 1.1 Sơ lược mạng truyền dẫn 1.2 Mạng truyền dẫn quang ... nghệ WDM 22 GVHD: TS Phạm Hồng Liên HVTH: Nguyễn Trần Chinh Luận Văn Tốt Nghiệp Điều khiển động mạng toàn quang WDM 2.4 Mạng truyền dẫn quang WDM 23 2.4.1 Sơ đồ chức hệ thống WDM. .. trình bày sau: Phần A giới thiệu chi tiết mạng truyền dẫn quang, công nghệ WDM mạng toàn quang WDM Phần B tìm hiểu vấn đề định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM xem xét số thuật toán Phần C mô giải