Ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao dwdm (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN QUANG HAI GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ:23 060.52.02.084.3898 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐỨC THỦY Phản biện 1: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 3: …………………………………………………… …………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng ……………………………………………………… MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ thông tin quang đạt thành tựu to lướn dó phải kể đêna kỹ thuật ghép kênh quang, thực việc ghép tín hiệu ánh sang để truyền sợi quang nhằm tăng dung lượng kênh truyền tạo tuyến thông tin có tốc độ cao Đối với hệ thống dung lượng thấp, công nghệ TDM thường sử dụng để tăng dung lượng truyền dẫn kênh cáp quang đơn lên 10Gbps, chí 40Gbps Tuy nhiên việc tăng tốc độ cao không rễ dàng hệ thống tốc độ cao địi hỏi cơng nghệ điện tử phức tạp đắt tiền tôc độ đạt tới hàng trăm Gbps, than mạch điện tử khơng thể đáp ứng xung tín hiệu hẹp, thêm vào chi phí cho giải pháp trở nên tốn cấu hoạt động q phức tạp địi hỏi cơng nghệ cao Để nâng cao tôc độ truyền dẫn khắc phục hạn chế mà cách mạch điện chư khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM đời, với ưu điểm vượt trội hệ thống DWDM băng thông lớn, tôc độ cao, dung lượng lớn… nên ứng dụng nhiều việc xây dựng hệ thống truyền dẫn thông tin thực tế tính liên tục mạng ngày trở lên cấp thiết, để giải vấn đề cần tới kỹ thuật bảo vệ phục hồi Chính em chọn đề tài “Ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM” sâu vào kỹ thuật bảo vệ, phục hồi ứng dụng kỹ thuật bảo vệ phục hồi mạng DWDM vào mạng Viettel Net luận văn chia thành bốn chương:  Chương 1: Tổng quang Ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM Trong chương tập trung nghiên cứu cấu trúc hệ thống DWDM, khối chức hệ thống thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM  Chương 2: Nghiên cứu kỹ thuật bảo vệ phục hồi mạng DWDM 2 Trong chương tìm hiểu bảo vệ phục hồi, tiếp khảo sát qua kỹ thuật bảo vệ phục hồi sử dụng mạng DWDM  Chương 3: Nghiên cứu, phân tích giải pháp bảo vệ phục hồi dựa số kịch sai hỏng số cấu trúc mạng DWDM Trong chương nghiên cứu phân tích kỹ thuật bảo vệ phục hồi ứng dụng mạng DWDM dựa số kịch sai hỏng số cấu trúc mạng điển hình  Chương 4: Phân tích trạng mạng truyền dẫn Viettel Net ứng dụng kỹ thuật bảo vệ phục hồi mạng DWDM vào mạng truyền dẫn Viettel Net Trong chương tìm hiểu trạng mạng truyền dẫn Viettel Net sau đề xuất phương án ứng dụng kỹ thuật bảo vệ phục hồi tìm hiểu chương trước vào mạng truyền dẫn Viettel Net CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM 1.1 Cấu trúc hệ thống DWDM Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing ) công nghệ “trong sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền sợi quang Ở đầu thu tín hiệu tổ hợp phân giải (tách kênh), khơi phục lại tín hiệu gốc đưa vào đầu cuối khác Cấu trúc hệ thống DWDM gồm ba phần chính:khối phát quang, khối thu quang phần truyền dẫn 1.2 Các khối chức hệ thống DWDM Cấu trúc hệ thống DWDM gồm thành phần sau:  Khối phát đáp quang OTU  Khối tách/ ghép kênh quang MUX/DEMUX  Khối khuếch đại quang sợi EDFA  Khối rẽ/xen quang OADM  Khối bù tán sắc  Khối kết nối chéo quang OXC  Khối đường truyền 1.3 Các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM Các thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM là:  Suy hao  Số kênh bước sóng  Độ rộng phổ nguồn phát  Quỹ công suất  Tán sắc  Hiệu ứng phi tuyến  Dải bước sóng làm việc hệ thống CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI TRONG MẠNG DWDM 2.1 Khái niệm bảo vệ phục hồi mạng Bảo vệ (protection): phương thức hồi phục mạng sử dụng tài nguyên bảo vệ cấp phát trước để truyền lưu lượng tải hoạt động kênh bị ảnh hưởng cố nhằm đảm bảo khả trì mạng Phục hồi (recovery): phương thức hồi phục mạng sử dụng tài nguyên dự phòng khả dụng để định tuyến lại lưu lượng giả định sau xảy cố theo tình trạng mạng 2.2 Khảo sát kỹ thuật bảo vệ phục hồi mạng DWDM Các kỹ thuật bảo vệ quang sử dụng chuyển mạch quang chia công suất quang kế thừa nguyên lý kỹ thuật bảo vệ SONET/SDH truyền thống đồng thời tạo hiệu tăng tốc độ hồi phục, giảm mức độ phức tạp chi phí quản lý cho mạng Tuỳ theo góc độ xem xét mà nhóm nghiên cứu có phương pháp khác để phân lớp kỹ thuật hồi phục quang, tương đương Theo kiến trúc chức người ta phân lớp kỹ thuật bảo vệ quang thành hai kiến trúc: bảo vệ luồng (trail protection), bảo vệ kết nối mạng (SNC protection) - Phương thức phục hồi tầng quang: Phương thức phục hồi đoạn ghép kênh quang yêu cầu tìm kiếm cục tuyến tạm thời khả dụng vòng qua đoạn bị cố phương thức thực thi nút đầu cuối đoạn bị cố, sử dụng thuật tốn phân bố để tìm tuyến thay tạm thời - Phương thức bảo vệ tầng quang: bảo vệ tầng quang có số kỹ thuật bảo vệ Bảo vệ riêng (1+1 1:1), Bảo vệ chia sẻ (1:N), Bảo vệ tuyến riêng (DPP 1+1), Bảo vệ đoạn riêng (DLP), Ring chuyển mạch bảo vệ tuyến đơn hướng OUPSR, Ring chuyển mạch bảo vệ đoạn đơn hướng OULSR, Bảo vệ tuyến chia sẻ (SPP 1:N), Bảo vệ đoạn chia sẻ (SLP 1:N), Ring chuyển mạch bảo vệ tuyến hai hướng OBPSR, Ring chuyển mạch bảo vệ đoạn đơn hướng OBLSR sợi sợi CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI DỰA TRÊN MỘT SỐ KỊCH BẢN SAI HỎNG TRONG MỘT SỐ CẤU TRÚC MẠNG DWDM 3.1 Phân lớp phương thức bảo vệ theo cấu hình mạng Trước tiên nghiên cứu giải bảo vệ phục hồi với mạng DWDM có cấu đường thẳng, vịng ring, lưới tập trung vào hai cấu hình vịng ring lưới Hai loại cấu hình thu hút quan tâm chủ yếu nhà thiết kế Bảng 3.1 giới thiệu phương thức bảo vệ áp dụng cho cấu hình điểm-điểm, vịng ring, lưới ring-lưới phân cấp Hình 3.1 giải pháp bảo vệ khả dụng cho hai cấu hình vịng ring lưới phân tích chi tiết sau 5 Bảo vệ tuyến OCh DPRing Ring OMS SPRing sợi Bảo vệ đoạn OMS SPRing sợi 1+1 Bảo vệ theo kế hoạch Bảo vệ riêng Bảo vệ tuyến 1:1 Bảo vệ chia sẻ (1:N) Hồi phục Phủ vòng (cycle) Lướ i Phủ nút Bảo vệ riêng Bảo vệ chia sẻ Ring loopback Phủ vòng kép Bảo vệ đoạn Generalized loopback Phục hồi động P-cycle Hình 3.1: Các giải pháp bảo vệ DWDM khả dụng hai cấu hình vịng ring lưới 3.2 Giải pháp kịch bảo vệ mạng DWDM cấu hình điểm – điểm Đối với cấu hình đường thẳng áp dụng trực tiếp kỹ thuật bảo vệ tuyến riêng/chia sẻ nên khơng cần phân tích nhiều Bảo vệ quang 1+1 tương tự phương thức bảo vệ 1+1 SDH Phía phát sử dụng chia để chia công suất quang phát hai tuyến hoạt động dự phịng; phía thu sử dụng chuyển mạch quang có chức lựa chọn chuyển mạch lên tuyến bảo vệ tuyến hoạt động tương ứng có cố Chuyển mạch Bộ chia W Tx Rx P Tốc độ chuyển mạch bảo vệ nhanh DWDM Tx Rx Không cần báo hiệu đầu cuối DWDM Rx Tx Hình 3.2.a: Hệ thống DWDM cấu hình đường thẳng chuyển mạch bảo vệ 1+1 Bảo vệ quang 1:1 tương tự phương thức bảo vệ 1:1 SDH Khác với bảo vệ 1+1, dịch vụ không nối cầu lên hai sợi hoạt động làm việc mà sử dụng chuyển mạch hai đầu Ban đầu chuyển mạch đặt lên sợi hoạt động, phát cố chuyển mạch lưu lượng lên sợi bảo vệ Chuyển mạch Chuyển mạch W Tx P Rx Kênh báo hiệu APS Tốc độ chuyển mạch bảo vệ nhanh (chậm 1+1) Yêu cầu có báo hiệu nút đầu cuối Chi phí cao (dự phịng 100%) bình thường có DWDM DWDM Tx Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Lưu lượng có mức ưu tiên thấp Lưu lượng có mức ưu tiên thấp Hình 3.2.b: Hệ thống DWDM cấu hình đường thẳng chuyển mạch bảo vệ 1:1 3.3 Giải pháp kịch bảo vệ phục hồi mạng DWDM cấu hình vịng RING 3.3.1 Bảo vệ kênh quang (Bảo vệ tuyến) Bảo vệ kênh quang có số giải pháp bảo vệ sau: - Giải pháp vòng RING bảo vệ riêng kênh quang (OCh-DPRING) - Giải pháp vòng RING bảo vệ chia sẻ kênh quang (OCh-SPRING) 3.3.2 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang Bảo vệ đoạn ghép kênh quang có số giải bảo vệ pháp sau: - Giải pháp vòng RING bảo vệ riêng đoạn ghép kênh quang (OMSDPRING) - Giải pháp vòng RING bảo vệ chia sẻ đoạn ghép kênh quang (OMSSPRING) 3.4 Giải pháp kịch bảo vệ phục hồi mạng DWDM cấu hình lưới 3.4.1 Bảo vệ phục hồi tuyến kênh quang Bảo vệ phục hồi tuyến kênh quang bao gồm số phương pháp bảo vệ sau: - Bảo vệ tuyến riêng - Bảo vệ chia sẻ tuyến 3.4.2 Hồi phục đoạn ghép kênh quang mạng lưới DWDM Trong hồi phục đoạn, tất kết nối qua đoạn bị cố định tuyến lại để vòng qua đoạn Q trình chuyển mạch bảo vệ đoạn thực thi suốt nút nguồn đích Đối với bảo vệ đoạn, suốt trình thiết lập phiên liên lạc, đường bước sóng dự phịng dành trước vịng qua đoạn đường ban đầu Còn phục hồi đoạn, nút kế cận đoạn bị cố tìm tuyến động vịng qua đoạn cho bước sóng qua đoạn bị cố 3.5 Giải pháp phục hồi kiến trúc mạng liên kết miền quang 3.5.1 Liên kết mạng vấn đề bảo vệ Trong giải pháp có kỹ thuật bảo vệ là: - Bảo vệ với kiến trúc RING ảo: Kiến trúc ring ảo ban đầu ứng dụng cho OC-DPRing Phương thức định tuyến bảo vệ sử dụng nút liên kết để chuyển tiếp viền (border) vòng ring bước sóng - Các kiến trúc RING ảo cải tiến: Mục đích sử dụng bước sóng để truyền nửa số kết nối tầng client nên mặt nguyên lý yêu cầu tài nguyên giống trường hợp VRA OCh-DPRing (hoặc tốt tương đương với OMS-SPRing) Mỗi mạng (SSN ví dụ ring) không phục hồi cố nút đơn cố đoạn đơn, mà cho phép chống lại trường hợp nhiều xảy cố (mỗi cố ring) nút A B Nhưng hai kiến trúc kiến trúc sử dụngVRA OCh-DPRing nút liên kết: phục hồi nửa số kết nối tầng client xảy cố vị trí liên kết Nếu thực thi bảo vệ cục 1:N kênh quang liên kết I1 I3, I2 I4 để vượt qua điểm yếu giải pháp hiệu mặt chi phí 3.5.2 Bảo vệ với kiến trúc tách chuyển tiếp Trong giải pháp có kỹ thuật bảo vệ là: - Kiến trúc OMS-SPRING hai mức: Kiến trúc OMS-SPRing hai mức gồm OMS-SPRing mức với nút đầu cuối hai OMS-SPRing mức với nút đầu cuối liên kết với thông qua nút kép thực thi liên kết định tuyến miền quang - Kiến trúc hai mức OMS-SPRING/Lưới quang: Kiến trúc hai mức OMSSPRing/lưới quang bao gồm lưới quang với nút đầu cuối OMSSPRing mức với nút đầu cuối (thực thi liên kết định tuyến miền quang) Liên kết nút đầu cuối sử dụng bước sóng a, liên kết nút đầu cuối sử dụng bước sóng b - Kiến trúc hai mức lưới quang/ OMS-SPRING: Kiến trúc hai mức lưới quang/OMS_SPRing bao gồm hai OMS-SPRing mức liên kết với lưới quang mức thông qua nút liên kết kép (thực thi liên kết định tuyến miền quang) CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL NET VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI MANG DWDM VÀO MẠNG TRUYỀN DẪN VIETTEL NET 4.1 Phân tích mạng truyền dẫn Viettel Net Mạng truyền dẫn Viettel Net chia làm lớp: - Lớp trục quốc gia (National Backbone Layer): Kết nối lưu lượng vùng miền, truyền tải dịch vụ Bắc-Nam, kết nối hướng Quốc tế - Lớp lớp liên tỉnh (Inter-Provincial Layer):Tập trung lưu lượng dịch vụ Tỉnh, chuyển tải trung tâm dịch vụ thành phố Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh 9 - Lớp nội tỉnh (Provincial Layer): Là lớp lõi tỉnh,kết nối lớp liên tỉnhvà lớp truy nhập, chuyển tải lưu lượng dịch vụ tử lớp truy nhập lên lớp liên tỉnh - Lớp truy nhập (Access Layer): Là lớp trực tiếp kết nối với node access mạng dịch vụ (BTS/Node B, DSLAM, PSTN, khách hàng thuê kênh…) Hình 4.1 Tổ chức mạng truyền dẫn Viettel Net 4.2 Ứng dụng kỹ thuật bảo vệ phục hồi mạng DWDM vào mạng Viettel Net 4.2.1 Xây dựng mạng trục cáp quang Bắc – Nam mạng Viettel Net theo cấu hình lưới Đề xuất cấu hình lưới điển hình sử dụng kỹ thuật bảo vệ SNCP (1+1) bảo vệ theo phương pháp phủ vịng xây dựng dựa cấu hình lưới nghiên cứu ở chương 10 Tuyến cáp quang 2B VINH QUINHON Tuyến cáp quang HANOI HCM BUONMETHUAT DANANG Tuyến cáp quang 1C Hình 4.2.1.a Mạng trục Bắc – Nam cấu hình lưới bảo theo kỹ thuật SNCP 1+1 phủ vòng Xây dựng mạng trục sử dụng tuyến cáp quang khác trục cáp quang 1A, 2B tuyến 1C, tạo thành vòng RING khác nhau: HANOI – VINH- DANANG, VINH – DANANG – BUANMETHUAT – QUINHON, BUANMETHUAT – QUINHON – HCM Các kênh lưu lượng mạng trục chia sau: - Các kênh λ1, λ2 cho truyền lưu lượng HANOI – HCM - Kênh λ3 cho truyền lưu lượng HANOI – DANANG - Kênh λ4 cho truyền lưu lượng DANANG – HCM - Kênh λ5 cho truyền lưu lượng HANOI – VINH - Kênh λ6 cho truyền lưu lượng DANANG - BUANMETHUAT - Kênh λ7 cho truyền lưu lượng DANANG – QUINHON Trong q trình hoạt động đơi gặp phải cố thiên tai lũ lụt làm đứt tuyến cáp quang làm hỏng nút mạng cần phải có chế bảo vệ phục hồi mạng Một số cố chế hoạt động bảo vệ phục hồi mơ tả hình vẽ 11 Vinh 1 2 3 5 5 Qui Nh¬n 7 1 Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật Hỡnh 4.2.1.b: Cu hỡnh mng trc Bắc – Nam sử dụng kỹ thuật SNCP 1+1 phương pháp phủ vòng 12 Vinh 1 2 3 5 Qui Nhơn Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật Hỡnh 4.2.1.c: trường hợp cố chặng đơn HANOI - VINH 6 13 Vinh 1 2 3 5 5 Qui Nh¬n 7 Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật Hỡnh 4.2.1.d: trng hp s c chặng đơn HANOI - DANANG 6 14 Vinh 1 2 5 Qui Nhơn Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật 6 Hình 4.2.1.e Trường hợp cố chặng VINH – QUINHON QUINHON - HCM 15 Vinh 1 2 5 Qui Nhơn Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật 6 Hình 4.2.1.f: trường hợp cố chặng DANANG – BUONMETHUAT BUONMETHUAT - HCM 16 Vinh 1 2 5 Qui Nhơn Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật 6 Hình 4.2.1.g: trường hợp cố chặng HANOI – VINH DANANG - BUONMETHUAT 17 Vinh 1 2 5 Qui Nhơn Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật 6 Hình 4.2.1.h: trường hợp cố chặng HANOI – VINH, DANANG – BUONMETHUAT QUINHON - HCM 18 Vinh 1 2 3 5 5 Qui Nh¬n 7 1 Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật Hỡnh 4.2.1.i: trng hp s c chặng HANOI – DANANG, VINH – QUINHON BUONMETHUAT - HCM 19 Vinh 1 2 3 5 5 Qui Nhơn Hà Nội HCM Đà Nẵng Buôn Mê Thuật Hỡnh 4.2.1.k: trng hp s cố hỏng nút mạng QUINHON 6 20 4.2.2 Ứng dụng kỹ thuật bảo vệ OMS-DPRING vào mạng DWDM HNI Viettel Net Hình 4.2.2 Mạng Core DWDM HNI Mạng core HNI sử dụng công nghệ DWDM với thiết bị Huawei bao gồm vòng RING Các vòng RING mạng DWDM HNI sử dụng sợi quang, hoạt động sử dụng kỹ thuật bảo vệ OMS-DPRING, sợi hoạt động sợi bảo vệ 4.2.3 Ứng dụng kỹ thuật bảo vệ OMS-DPRING vào mạng DWDM HCM Viettel Net Hình 4.2.2 Mạng Core DWDM HCM 21 Mạng core HCM sử dụng công nghệ DWDM với thiết bị Huawei bao gồm vòng RING Các vòng RING mạng DWDM HCM sử dụng sợi quang, hoạt động sử dụng kỹ thuật bảo vệ OMS-DPRING, sợi hoạt động sợi bảo vệ KẾT LUẬN DWDM với ưu mặt công nghệ trở thành phương tiện tối ưu kỹ thuật kinh tế để mở rộng dung lượng sợi quang cách nhanh chóng quản lý hiệu hệ thống DWDM đáp ứng hoàn toàn dịch vụ băng rộng mạng tiền đề để xây dựng mạng toàn quang tương lai Các chế bảo vệ khôi phục liệu hệ thống DWDM chủ yếu dựa tảng WDM Nhưng thực tế thiết bị hệ thống DWDM giống hoàn toàn với thiết bị hệ thống WDM, ta phải ý trình xây dựng chế bảo vệ khôi phục liệu hệ thống DWDM Khi áp dụng chế bảo vệ khôi phục liệu cho tuyến quang trục dựa tảng hệ thống DWDM ta phải ý đến đặc điểm tuyến quang trục truyền với cự ly xa khả xảy cố cố đứt cáp hỏng hồn tồn nút đó, xây dựng chế bảo vệ khôi phục tín hiệu tuyến phải ý tới hiệu kinh tế khả phục hồi trường hợp cố chi phí đầu tư lớn độ tin cậy hệ thống Hy vọng tương lai gần xây dựng chế bảo vệ khôi phục liệu có độ tin cậy cao đồng thời chi phí đầu tư thiết bị mức hợp lý Luận văn tập chung vào vấn đề chính:  Công nghệ DWDM  Các chế bảo vệ khôi phục liệu hệ thống  Các chế bảo vệ khôi phục liệu mạng cáp quang Viettel Net  ... QUAN VỀ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO DWDM 1.1 Cấu trúc hệ thống DWDM Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing ) công nghệ “trong sợi quang đồng... cấu hoạt động q phức tạp địi hỏi cơng nghệ cao Để nâng cao tôc độ truyền dẫn khắc phục hạn chế mà cách mạch điện chư khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM đời,... Chương 1: Tổng quang Ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM Trong chương tập trung nghiên cứu cấu trúc hệ thống DWDM, khối chức hệ thống thông số ảnh hưởng đến hệ thống DWDM  Chương 2: