Tìm hiểu công nghệ ghép kênh theo bước sóng wdm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƢỚC SÓNG WDM Giáo viên hƣớng dẫn: KS LÊ ĐÌNH CƠNG Sinh viên thực : LÊ VĂN HÙNG Lớp 46K – ĐTVT Vinh, tháng - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÕA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: ……………………………………………………………………………………………… Khoá:………………………Khoa: Đầu đề đồ án: Công Nghệ Ngành: Điện tử - Viễn thông …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Nội dung phần thuyết minh tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… ….…………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ….…… …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thƣớc vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… ….…… …………………………………………………………………………………………………………………… ……….… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Họ tên giảng viên hƣớng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ đồ án:…………………………………………………………………………………………… Ngày hoàn thành đồ án:………………………………………………………………………………………………… Chủ nhiệm Bộ môn Ngày tháng năm Giảng viên hƣớng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng Cán phản biện năm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên:………………………………………………………………………………………………… Ngành: Khoá: Giảng viên hƣớng dẫn: Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Điểm:……………….(bằng chữ:………………………… ) Ngày tháng năm 2010 Giáo viên hƣớng dẫn: Lê Đình Cơng Đồ án tốt nghiệp Đại học LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đất nƣớc ta với hội nhập toàn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thông tin tăng mạnh Sự bùng nổ mạng internet nhƣ hàng loạt dịch vụ yêu cầu băng thông rộng đời nhƣ truyền hình cáp, truyền hình độ phân giải cao, truyền hình hội nghị, mạng riêng ảo VPN, mạng WAN vvv Lĩnh vực viễn thông đem lại lợi nhuận cao nên nhiều doanh nghiệp đầu tƣ, khai thác cung cấp dịch vụ viễn thông tạo nên thị trƣờng sôi động Tuy nhiên xây dựng mạng truyền dẫn với khoảng cách lớn phạm vi rộng nhà khai thác viễn thông làm đƣợc Tập đồn bƣu viễn thơng Việt Nam VNPT nhà khai thác viễn thông Việt Nam xây dựng đƣợc mạng lƣới viễn thông rộng khắp tỉnh thành nƣớc mở rộng kết nối quốc tế Trong mạng truyền dẫn quang đƣờng trục Bắc - Nam đóng vai trị quan trọng, nơi tập trung truyền tải lƣu lƣợng nƣớc Lƣu lƣợng truyền dẫn qua mạng đƣờng trục tăng nhanh từ luồng 2,5 Gbps sở đến đạt tới 240 Gbps Để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn dung lƣợng lớn, tốc độ cao, tuyến quang đƣờng trục Bắc - Nam áp dụng công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo bƣớc sóng quang WDM Cùng với phát triển khoa học công nghệ kỹ thuật hình thành nhiều mạng lƣới truyền dẫn thơng tin với nhiều phƣơng thức khác Trong hệ thống thông tin quang với việc sử dụng sợi quang để truyền dẫn ngày phổ biến, chiếm ƣu dần thay hệ thống truyền dẫn cáp đồng ƣu điểm vƣợt trội Hệ thống thông tin quang ứng dụng kỹ thuật ghép kênh theo bƣớc sóng (WDM) đƣợc sử dụng rộng rãi, công nghệ then chốt cho việc hƣớng tới mạng toàn quang tƣơng lai Xuất phát từ điều em chọn lĩnh vực để nghiên cứu đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm có ba chƣơng chính: CHƢƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƢƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG III: BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI WDM Qua thời gian học tập, nghiên cứu, đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy cô giáo trƣờng Đại học Vinh, em hoàn thành đƣợc Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên, hiểu biết thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận đƣợc góp ý thầy cô giáo bạn bè để đồ án đƣợc hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Công Nghệ trƣờng Đại học Vinh, bạn bè lớp 46K – ĐTVT Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo KS Lê Đình Cơng tận tình bảo hƣớng dẫn em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 10 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hùng Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: Lê Văn Hùng Lớp : 46K – ĐTVT Khoa : Cơng Nghệ Khóa : 2005 – 2010 Tên đề tài: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƢỚC SÓNG WDM Nội dung đồ án: Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang Chƣơng 2: Hệ thống thông tin quang ghép kênh bƣớc sóng WDM Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải WDM Ngày giao đề tài: …… …/………/ 2010 Ngầy nộp đồ án:…………/………/ 2010 Ngày…… tháng…… năm 2010 Giáo viên hƣớng dẫn: Lê Đình Cơng Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU BẢNG CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƢƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Lịch sử phát triển .1 1.3 Mơ hình hệ thống thông tin quang 1.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin quang 1.5 Phân loại hệ thống thông tin quang 1.5.1 Phân loại theo dạng tín hiệu .5 1.5.2 Phân loại theo phƣơng pháp điều biến giải điều biến tín hiệu quang 1.5.3 Phân loại theo tốc độ cự ly truyền dẫn 1.6 Đặc điểm hệ thống thông tin quang 1.6.1 Ƣu điểm 1.6.2 Nhƣợc điểm 1.7 Ứng dụng hệ thống thông tin quang 1.8 Các kỹ thuật ghép kênh quang 10 1.8.1 Giới thiệu chung .10 1.8.2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số quang OFDM 11 1.8.3 Kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM 12 1.8.4 Kỹ thuật ghép kênh theo bƣớc sóng WDM .14 1.9 Kết cuối chƣơng 18 CHƢƠNG 19 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM .19 2.1 Nguyên lý ghép kênh theo bƣớc sóng quang (WDM) 19 2.2 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống WDM .20 2.3 Phân loại hệ thống WDM 20 2.3.1 Hệ thống WDM đơn hƣớng .21 2.3.2 Hệ thống WDM song hƣớng 21 2.4 Các thành phần hệ thống WDM 22 2.4.1 Bộ phát quang 22 2.4.1.1 Yêu cầu nguồn quang sử dụng hệ thống WDM 22 2.4.1.2 Điốt phát quang LED (Light Emitted Diode) 23 2.4.1.3 Laser điốt LD (Laser Diode) .24 2.4.1.4 LASER hồi tiếp phân bố (DFB) 27 2.4.1.5 LASER phân bố phản xạ Bragg (DBR) 29 2.4.2 Bộ thu quang 29 2.4.2.1 Photodiode PIN 30 2.4.2.2 Diode thác quang APD (Avalanche Photo Diode) 31 2.4.2.3 Đặc tính kỹ thuật PIN APD 32 Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC 2.4.3 Bộ ghép tách kênh quang 33 2.4.3.1 Coupler (Bộ ghép/tách tín hiệu) 34 2.4.3.2 Bộ lọc quang .36 2.4.3.3 Bộ lọc Fabry-Perot 39 2.4.3.4 Bộ lọc Mach-Zehnder 42 2.4.3.5 Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF) 44 2.4.4 Bộ xen rẽ quang OADM 45 2.4.5 Bộ nối chéo quang OXC 48 2.4.6 Bộ khuếch đại quang 49 2.4.6.1 Giới thiệu chung 49 2.4.6.2 Bộ khuếch đại quang EDFA 51 2.4.6.3 Phân loại EDFA theo cấu hình bơm laser 54 2.4.6.4 Phân loại EDFA theo theo ứng dụng .55 2.4.6.5 Ƣu nhƣợc điểm EDFA .55 2.4.7 Sợi quang 56 2.4.7.1 Cấu trúc sợi quang 56 2.4.7.2 Phân loại sợi quang 57 2.4.7.3 Nguyên lý truyền ánh sáng sợi quang .61 2.3.3.4 Các thông số sợi quang 64 2.5 Ảnh hƣởng hiệu ứng phi tuyến hệ thống WDM .67 2.5.1 Giới thiệu chung .67 2.5.1.1 Định nghĩa 67 2.5.1.2 Phân loại ứng phi tuyến 68 2.5.2 Hiệu ứng tán xạ Raman (SRS): 68 2.5.3 Hiệu ứng tán xạ (SBS) .69 2.5.4 Hiệu ứng Brillouin tự điều pha (SPM) .69 2.5.5 Hiệu ứng điều chế xuyên pha (XPM) 70 2.5.6 Hiệu ứng trộn bốn bƣớc sóng (FWM) .71 2.5.7 Giải pháp khắc phục hiệu ứng phi tuyến sợi quang 71 2.5.7.1 Phƣơng án - tạo khoảng cánh kênh tín hiệu 72 2.5.7.2 Phƣơng án - tạo khoảng cánh kênh tín hiệu khơng .72 2.5.7.3 Phƣơng án - tạo phần khoảng cánh kênh tín hiệu 72 2.6 Kết cuối chƣơng 72 CHƢƠNG 73 BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG WDM 73 3.1 Bảo vệ mạng truyền tải quang WDM 73 3.1.1 Mục đích bảo vệ .73 3.1.2 Sự cần thiết việc bảo vệ lớp quang 73 3.1.3 Các khái niệm bảo vệ 74 3.1.3.1 Bảo vệ riêng 76 3.1.3.2 Bảo vệ chia sẻ 76 3.1.3.3 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang 77 3.1.3.4 Bảo vệ kênh quang 77 3.2 Các phƣơng thức bảo vệ theo cấu hình mạng 77 Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC 3.2.1 Bảo vệ lớp kênh quang 78 3.2.1.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình điểm - điểm .78 3.2.1.2 Bảo vệ riêng cho cấu hình Ring (OCh - DPRing) 79 3.2.1.3 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình điểm - điểm 81 3.2.1.4 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình ring (OCh - SPRing) 82 3.2.2 Bảo vệ lớp đoạn ghép kênh quang 84 3.2.2.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình vịng ring (OMS - DPRing) 84 3.2.2.3 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình vịng ring (OMS – SPRing) 86 3.3 Phƣơng pháp bảo vệ kiến trúc liên kết lớp quang 91 3.3.1 Các kiến trúc mạng 91 3.3.2 Liên kết mạng vấn đề bảo vệ 94 3.3.2.1 Bảo vệ với kiến trúc ring ảo(VRA) 94 3.3.2.2 Các kiến trúc ring ảo cải tiến 96 3.4 Phục hồi cấp phát tài nguyên mạng WDM .100 3.4.1 Phục hồi 100 3.4.1.1 Phục hồi đầu cuối - tới - đầu cuối 101 3.4.1.2 Phục hồi nút kế cận cố 102 3.4.1.3 Phục hồi nút trung gian 102 3.4.2 Cấp phát tài nguyên 104 3.4.3 Các phƣơng thức thực thi cấp phát tài nguyên .105 3.4.4 Cấp phát tài nguyên kỹ thuật bảo vệ mạng 105 3.4.4.1 Bảo vệ bƣớc sóng thực thể đƣợc bảo vệ (khi có nút WR) 106 3.4.4.2 Bảo vệ bƣớc sóng khác (trƣờng hợp có sẵn nút WC) .106 3.4.4.3 Bảo vệ tuyến đa bƣớc sóng (trƣờng hợp nút WR khả dụng) 106 3.5 Kết cuối chƣơng 107 KẾT LUẬN .108 LỜI CẢM ƠN 110 Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM phân tích cấu trúc tơ – pơ nhƣ đƣờng thẳng, vòng ring, lƣới (mesh) Hai cấu hình vịng ring mesh thu hút đƣợc quan tâm chủ yếu nhà thiết kế Sau nghiên cứu hoạt động liên kết mạng với nhau, liên kết với tầng khác bên (nhƣ SDH, ATM,IP…) Đối với cấu hình đƣờng thẳng ta áp dụng trực tiếp kỹ thuật bảo vệ tuyến riêng/chia sẻ Mặc dù đƣợc bảo vệ nhƣng cấu hình tiềm tàng nhiều nguy nhƣ đứt tuyến cáp hay cố thiết bị nên đƣợc sử dụng giai đoạn đầu thử nghiệm chƣa phát triển dung lƣợng mà không đƣợc sử dụng mạng qui mô lớn Các phƣơng thức bảo vệ 1+1/1:1 SONET/SDH Điểm khác biệt bảo vệ WDM SDH chỗ xuất cố sợi hoạt động chuyển mạch đầu thu tƣơng ứng phía phát khơng biết Trong SDH hai đầu thu biết trạng thái sợi bảo vệ Nút A Nút A L2 L1 L2 L4 L3 L4 L3 a) Nút B Nút B b) L1 Hình 26 Kiến trúc ring ảo cải tiến (a) OC- DPRing, (b) OMS - SPRing Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 97 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM Các kiến trúc OCh – DPRing OCh – SPRing thực thi bảo vệ lớp kênh quang Các kiến trúc OMS – DPRing OMS – SPRing thực thi bảo vệ lớp đoạn ghép kênh quang nên tất kênh quang chặng đƣợc bảo vệ đồng thời xuất cố OCh – DPRing sử dụng chuyển mạch quang để chuyển mạch lƣu lƣợng lên sợi bảo vệ xảy cố khơng u cầu báo hiệu Cấu hình chống lại cố chặng đơn, cố đa chặng, hay cố nút trung gian tuyến hoạt động nhƣng có nhƣợc điểm chung yêu cầu chi phí đắt so với giải pháp khác Trƣờng hợp OC – DPRing bốn sợi cho phép tái sử dụng bƣớc sóng tổng số bƣớc sóng giảm xuống nhƣng yêu cầu chuyển mạch bảo vệ hai đầu cuối để tránh xung đột bƣớc sóng sợi bảo vệ xảy cố OCh – DPRing sử dụng hai sợi để truyền tải lƣu lƣợng theo hai hƣớng Trong điều kiện bình thƣờng, sợi mang bƣớc sóng khác (1 thuận chiều kim đồng hồ, 2 ngƣợc chiều kim đồng hồ) Nếu đoạn hay nút bị cố nút kế cận định tuyến lại bƣớc sóng cho đoạn cung bù Cấu hình OMS – SPRing phải thiết kế bảo vệ riêng cho chặn nên đắt khơng có tính khả thi Cấu hình OMS – SPRing bảo vệ chia sẻ nên cho phép sử dụng tài nguyên hiệu OMS – SPRing truyền lƣu lƣợng hai sợi, sợi cấp phát nửa tổng số bƣớc sóng cho kênh hoạt động, nửa cịn lại dự phòng bảo vệ kênh hoạt động sợi Nếu đoạn hay nút bị cố, nút kế cận sử dụng chuyển mạch 2×2 định tuyến lại kênh hoạt động truyền qua đoạn cung lên kênh bảo vệ sợi truyền ngƣợc hƣớng bƣớc sóng hoạt động OMS – SPRing ring WDM hai hƣớng chặng có bốn sợi quang, cặp sợi quang dùng để truyền lƣu lƣợng hoạt động, cặp sợi quang dành cho dự phòng bảo vệ cho cặp hoạt động Khi xảy cố sử dụng chuyển mạch nhanh 2×2 hai nút kế cận với cố chuyển mạch bảo vệ để nối vòng lƣu lƣợng sợi hoạt động lên sợi bảo vệ Yêu cầu có báo hiệu để phối hợp chuyển mạch hai nút kết cuối cố Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 98 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM Cả hai giải pháp bảo vệ 1+1 1:1 dành tới 50% dung lƣợng cho bảo vệ áp dụng bảo vệ kênh quang mạng lƣới WDM, OXC chuyển tiếp cấu hình lại trƣờng hợp xảy cố Cơ chế bảo vệ riêng phân chia thành hai loại: loại tuyến bảo vệ tuyến hoạt động tách biệt SRG, hai tuyến bảo vệ tuyến hoạt động tách biệt SRG nút trung gian Trong bảo vệ chia sẻ tuyến, tuyến quang bảo vệ hai nút đƣợc thiết lập để bảo vệ cho N tuyến quang hoạt động hai nút Bƣớc sóng dự phịng dành riêng đoạn đƣờng dự phịng chia sẻ với đƣờng dự phòng khác Giải pháp giảm đƣợc chi phí nhƣng phức tạp cách thức thực yêu cầu trao đổi thông tin báo hiệu phải cấu hình lại OXC kết cuối kênh WDM chia sẻ Đối với cấu trúc mạng quang WDM hình lƣới (mesh) sử dụng OXC để chuyển mạch quang tồn mạng Có nhiều cách thực thi bảo vệ đoạn cấu hình mesh, nhƣng thực tế có hai chiến lƣợc cấp phát dung lƣợng dự phòng phổ biến: giải pháp sử dụng vòng ring vu hồi giải pháp tổng quát hố vịng lặp ngƣợc Ngun lý vịng ring vu hồi áp dụng cho mạng lƣới WDM nhƣ sau: trƣớc hết mạng đƣợc phân tích thành số nhóm sợi, nhóm đƣợc quản lý nhƣ vòng ring đƣợc trang bị hệ thống bảo vệ OMS giống nhƣ OMS – SPRing Khi hệ thống bảo vệ phản ứng với cố cách nối vòng kết nối bị cố Một số giải pháp đƣợc nghiên cứu hoàn thiện giới: giải pháp phủ nút giải pháp phủ vòng, giải pháp phủ vòng kép giải pháp P – cycle Trong thực tế mạng quang thƣờng đƣợc xây dựng theo kiến trúc phân cấp, cấp xem nhƣ mạng Các miền mạng đƣợc triển khai thƣờng sử dụng kiến trúc nhƣ CS – Ring, OMS – SPRing, kiến trúc lƣới sử dụng OXC Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 99 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM 3.4 Phục hồi cấp phát tài nguyên mạng WDM Phụ hồi Phục hồi phƣơng thức sử dụng tài nguyên dự phòng khả dụng để định tuyến lại lƣu lƣợng sau xảy cố, theo tình trạng mạng Ở phần nói tới vấn đề bảo vệ Điểm phân biệt hai phƣơng thức bảo vệ phục hồi là: kỹ thuật bảo vệ dựa kịch để xác định tuyến/đoạn bảo vệ cho tuyến/đoạn hoạt động cần bảo vệ trƣớc xảy cố, kỹ thuật phục hồi sử dụng thuật tốn định tuyến để tìm tuyến/đoạn dự phòng khả dụng thay tạm thời cho tuyến/đoạn hoạt động bị ảnh hƣởng sau xảy cố Do kỹ thuật bảo vệ thƣờng đáp ứng thời gian hồi phục nhanh kỹ thuật phục hồi động nhƣng bù lại kỹ thuật phục hồi cho phép sử dụng tài nguyên dự phịng mềm dẻo Nhƣ ta biết mơi trƣờng WDM đƣợc chia lớp: lớp kênh quang (OCh-Optical Channel), lớp đoạn ghép kênh quang (OMS- Optical Multiplex Section) lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS – Optical Transmisstion Section) Tƣơng ứng với lớp ta có cách phục hồi riêng biệt  Phƣơng thức phục hồi kênh quang: phƣơng thức yêu cầu thay tuyến quang hoạt động bị ảnh hƣởng cố tuyến quang bảo vệ Việc tìm tuyến bảo vệ đƣợc thực thi băng điều khiển phân tán tập trung Trƣờng hợp áp dụng điều khiển tập trung, nút điều khiển lƣu giữ ghi trạng thái mạng tìm tuyến bảo vệ thông báo cho nút mạng Trƣờng hợp áp dụng điều khiển phân tán, nút nguồng đích rà sốt động bƣớc sóng bảo vệ đƣợc yêu cầu để thiết lập lại tuyến đƣờng bị đứt  Phƣơng thức phục hồi đoạn ghép kênh quang: phƣơng thức yêu cầu tìm kiếm cục tuyến tạm thời khả dụng vòng qua đoạn bị cố Phƣơng thức đƣợc thực thi nút đầu cuối đoạn bị cố, sử dụng thuật toán phân bổ để tìm tuyến thay tạm thời Điểm phân biệt phục hồi kênh quang phục hồi đoạn ghép kênh quang mức bảo vệ hay đơn vị bảo vệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 100 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM + Trƣờng hợp thứ lấy đối tƣợng bảo vệ tuyến quang nên bảo vệ kênh quang đƣợc gọi bảo vệ tuyến, cho phép lựa chọn hồi phục cố kết cuối đƣờng dây quang (OLT) + Trƣờng hợp thứ hai lấy đối tƣợng bảo vệ mức tín hiệu tổng tín hiệu ghép kênh kênh WDM truyền sợi quang nên bảo vệ đoạn ghép kênh đƣợc gọi bảo vệ đoạn, hồi phục tất tuyến quang đƣợc mang đoạn sợi bị cố Các kỹ thuật phục hồi quang đƣợc thực thi mức kênh quang áp dụng cho cấu hình lƣới với nút OXC cho hiệu cao phục hồi phân tán nhanh Trong hệ thống mạng viễn thông xảy cố nhƣ: đứt đƣờng truyền hai nút mạng hay cố nút mạng Từ cố ta có ba phƣơng pháp phục hồi mạng:  Phục hồi từ đầu cuối - tới - đầu cuối tuyến hoạt động  Phục hồi nút kế cận với cố  Phục hồi nút trung gian 3.4.1.1 Phụ hồi ầu u i - tới - ầu u i Đƣờng kết nối hai nút Tuyến hoạt động trƣớc xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 27 Mơ tả phục hồi đầu cuối-tới-đầu cuối cố đoạn liên kết Khi xảy cố phƣơng pháp phục hồi thực định tuyến lại từ nút đầu cuối kênh bị ảnh hƣởng cố Phƣơng pháp phục hồi đảm bảo hiệu nhƣ cố nút cố đoạn liên kết Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 101 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM Đƣờng kết nối hai nút Tuyến hoạt động trƣớc xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 28 Mơ tả phục hồi đầu cuối-tới-đầu cuối cố nút 3.4.1.2 Phụ hồi t i nút k ận s Khi xảy cố phƣơng pháp phục hồi thực định tuyến lại cho kênh đoạn nối hai nút kế cận với cố đoạn, phƣơng pháp phục hồi không hồi phục đƣợc lƣu lƣợng trƣờng hợp cố nút Đƣờng kết nối hai nút Tuyến hoạt động trƣớc xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 29 Mơ tả phục hồi nút kế cận 3.4.1.3 Phụ hồi t i nút trung gian Khi xảy cố phƣơng pháp phục hồi thực định tuyến lại kênh bị ảnh hƣởng cố giữ cặp nút trung gian Phƣơng pháp phục hồi sử dụng dung lƣợng dự phịng rẩt hiệu cho phép định tuyến Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 102 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM lại kết nối cách tối ƣu mà khơng có ràng buộc nhƣ hai phƣơng pháp trên, nhƣng yêu cầu thuật toán phức tạp Đƣờng kết nối hai nút Tuyến hoạt động trƣớc xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 30 Mô tả phục hồi nút trung gian cố đoạn Trong phƣơng pháp phục hồi phƣơng pháp phục hồi nút biên thƣờng cho đáp ứng tuyến phục hồi dài so với phƣơng pháp phục hồi nút kế cận cố Tuy phƣơng pháp thứ hai lại yêu cầu phải tập trung nhiều dung lƣợng dự phòng gần vị trí dễ gặp cố dẫn đến tổng dung lƣợng dự phịng mà u cầu cao phƣơng pháp đầu lập kế hoạch dung lƣợng dự phòng vừa đủ để hồi phục cố đơn phù hợp với qui mô mạng Về khả khắc phục cố tất phƣơng pháp phục hồi áp dụng đƣợc cho cố chặng Riêng phƣơng pháp phục hồi nút kế cận cố khơng có khả đối phó với cố nút Về thời gian hồi phục phƣơng pháp phục hồi nút kế cận cố sử dụng mức đoạn ghép kênh quang (OMS), liên quan tới nút thƣờng cho tuyến đƣờng phục hồi ngắn nên đáp ứng hồi phục nhanh Bảng So sánh phƣơng pháp phục hồi Phƣơng pháp phục hồi Nút kế cận cố Nút biên Dung lƣợng dự phòng yêu cầu Nhiều Ít Khả khắc phục cố Kém Tốt Thời gian hồi phục Ngắn Dài Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 103 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM Cấp ph t tài ngu ên Phân bổ lại tài nguyên vấn đề cần thiết xây dựng, vận hành khai thác mạng, đặc biệt khôi phục cố Đối với mạng quang, đặc biệt mạng WDM phân bổ lại tài nguyên quan trọng Nó gồm cấp phát sợi quang, bƣớc sóng, thiết bị WDM thiết bị đầu cuối Từ kết xử lý ƣớc tính đƣợc số lƣợng bƣớc sóng thành phần mạng cần bổ sung Hoạt động cấp phát kết nối kênh quang cho cáp sợi quang khơng có lạ nhà lập kế hoạch xây dựng mạng SDH trƣớc đây, nhƣng việc gán bƣớc sóng cho kênh quang, định tuyến bƣớc sóng quang nhiệm vụ phức tạp Nếu mạng đƣợc hỗ trợ biến đổi bƣớc sóng (sử dụng phát đáp hay biến đổi bƣớc sóng) vấn đề đƣợc giải đơn giản nhƣng lại làm tăng chi phí xây dựng nút mạng Do cấp phát tài nguyên cho mạng WDM có hai khía cạnh cần phải xem xét:  Một hệ thống WDM thƣờng đƣợc thiết kế với số lƣợng bƣớc sóng xác định hữu hạn  Hai vấn đề xung đột bƣớc sóng xảy kênh quang khác hoạt động bƣớc sóng sợi Vì hai vấn đề mà nhà thiết kế phải tối thiểu hoá số lƣợng bƣớc sóng sử dụng để khơng vƣợt q dung lƣợng hệ thống WDM tránh đƣợc xung đột bƣớc sóng Khi xem xét vấn đề cấp phát bƣớc sóng cần biết r mạng có hỗ trợ biến đổi bƣớc sóng hay khơng, từ có ba trƣờng hợp cấp phát bƣớc sóng: + Cấp phát tuyến bƣớc sóng ảo (Virtual Wavelength Path - VWP): bƣớc sóng đƣợc cấp phát thay tuyến đƣờng tơi nút đích Trƣờng hợp tƣơng tự nhƣ hoạt động cấp phát tài nguyên mạng SDH + Cấp phát tuyến bƣớc sóng (Wavelength Path - WP): cấp phát bƣớc sóng dọc theo tuyến đƣờng từ nút nguồn tới nút đích Trƣờng hợp dẫn đến nguy xung đột bƣớc sóng hai tuyến chia sẻ sợi quang Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 104 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM + Cấp phát tuyến bƣớc sóng đƣờng hầm (Tuneable Wavelength Path - TWP): Cấp phát cố định hai bƣớc sóng khác cho tuyến hoạt động hồi phục Phƣơng pháp phƣơng pháp trung gian của hai phƣơng pháp trƣớc Khi xem xét đặc điểm lƣu lƣợng tải mạng (tải tĩnh hay tải động) có hai cách thức cấp phát tài nguyên tƣơng ứng: + Cấp phát tài nguyên với lƣu lƣợng tải tĩnh: đƣợc thực lần theo kế hoạch nhiều chu kỳ (lƣu lƣợng tải dự báo xác thời điểm) Trong hai trƣờng hợp lƣu lƣợng có khuynh hƣớng tăng lên áp dụng cơng cụ tối ƣu để dự báo tăng trƣởng + Cấp phát tài nguyên với lƣu lƣợng tải động (trong trƣờng hợp lƣu lƣợng tải bất định): lƣu lƣợng dự báo thống kê, ví dụ cƣờng độ lƣu lƣợng tối đa đƣợc mong đợi hay mức độ tập trung lƣu lƣợng ring Ngƣời thiết kế phải đáp ứng đƣợc mức độ mềm dẻo mạng cao với chi phí thấp 3.4 C ph ng thứ th thi ấp ph t tài ngu ên - Sử dụng thuật toán tối ƣu: cách chậm nhƣng thích hợp với mạng lớn, lƣu lƣợng tĩnh nói chung cần dự báo lƣu lƣợng xác Chúng đƣợc dùng để nghiên cứu so sánh kiểu mạng khác nhau, phân tích mức độ nhạy cảm để đƣa kết có giá trị - Sử dụng luật thiết lập kế hoạch đơn giản: cách thích ứng cho thực thi vận hành mạng thực tế 3.4 Cấp ph t tài ngu ên kỹ thuật o vệ m ng Trong mạng thông tin quang WDM vấn đề cấp phát tài nguyên cho mục đích bảo vệ lƣu lƣợng hồi phục mạng sau xảy cố quang trọng, có ý nghĩa định đến việc lập dự án xây dựng mạng quang, dự tính chi phí xác định cấu hình mạng khả thi Hiện có ba trƣờng hợp cấp phát tài nguyên sau Chúng đƣợc phân biệt dựa số lƣợng bƣớc sóng yêu cầu bổ sung cho mục đích bảo vệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 105 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM 3.4.4.1 B o vệ h nh sóng th thể ợ o vệ (khi hỉ ó nút WR)  Phân tập sợi quang: cách tăng gấp đôi tài nguyên cần thiết để truyền tải lƣu lƣợng mạng Cách bảo vệ 1+1 đảm bảo hồi phục 100% cố tuyến nhƣng không đảm bảo hồi phục cố nút  Phân tập đƣờng định tuyến: đƣờng định tuyến dành đƣờng định tuyến khác cho mục đích bảo vệ, để tối ƣu hố mặt tài ngun mạng việc xác định hai đƣờng khác với bƣớc sóng cho cặp nút phải đƣợc thƣc pha cấp phát tài nguyên bảo vệ Cách bảo vệ mạng chống lại cố đoạn, tuyến nút trung gian  Bảo vệ dựa ring: xác định vòng ring tự bảo vệ mạng cấu hình lƣới Cách cho phép sử dụng kỹ thuật bảo vệ chia sẻ giống nhƣ bảo vệ ring SDH Lập kế hoạch để ring qua nút mạng với yếu tố ràng buộc (nhƣ độ trễ, số lƣợng nút, chiều dài tuyến ) 3.4 B o vệ sóng kh (tr ờng hợp ó sẵn nút WC) Với cách cho phép dùng kỹ thuật bảo vệ riêng hay chia sẻ, tối ƣu hố tồn tài ngun mạng theo cách: ban đầu dùng WL chƣa bị chiếm dụng sau thực phân tập sợi quang Điều đƣợc thực pha lập kế hoạch cấp phát tài nguyên mạng Nếu muốn cung cấp bảo vệ sợi quang bị đứt kênh bảo vệ khơng nên sợi quang với kênh đƣợc bảo vệ 3.4 B o vệ tu n a sóng (tr ờng hợp nút WR kh ụng) Hình thức dùng để tối ƣu hố tồn tài ngun mạng khơng có hạn chế WL tuyến Ban đầu sử dụng bƣớc sóng chƣa bị chiếm dụng sau áp dụng phân tập sợi quang Cơng việc thực pha lập kế hoạch cấp phát tài nguyên mạng Tƣơng tự trƣơng hợp để tránh ảnh hƣởng bị đứt cáp kênh bảo vệ không nên chia sẻ sợi quang với kênh đƣợc bảo vệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 106 Chƣơng 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM 3.5 Kết cuối chƣơng Nội dung chƣơng trình bày khái quát khái niệm bản, đƣa phƣơng pháp bảo vệ, phục hồi cấp phát lại tài nguyên mạng WDM xảy cố -o0o - Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 107 KẾT LUẬN KẾT LUẬN Hệ thống thông tin quang phát triển mạnh mẽ đƣợc sử dụng rộng rãi thập niên gần đây, với tốc độ đƣờng truyền ngày cao lên tới hàng trăm Gb/s qua khoảng cách ngày dài Trong hệ thống viễn thơng hệ thống thơng tin quang đƣợc ứng dụng mạng quang đƣờng trục, mạng quang nội hạt mạng truy nhập quang Gần nhu cầu truyền thông đa phƣơng tiện tăng cao, mạng truy nhập quang đặc biệt đƣợc quan tâm nhằm mục đích tích hợp tất dịch vụ Tại số nƣớc phát triển nhƣ Nhật Bản, Hàn Quốc sợi quang đƣợc đƣa tới tận nhà khách hàng (FTTH: Fiber-To-The-Home) Tuy nhiên Việt Nam giá thành sợi quang thiết bị truy nhập quang cao nên việc triển khai đƣợc tiến hành Ở Việt Nam, VNPT triển khai mạng thông tin quang từ năm 1990, ban đầu hệ thống quang Bắc – Nam Hệ thống phát huy ƣu dần thay hệ thống truyền dẫn cáp đồng viba cũ Năm 1991 tuyến cáp quang 34 Mbps Hà Nội – Thành phố Hồ Chí Minh đƣợc đƣa vào sử dụng Đến năm 1995, tuyến đƣợc nâng cấp lên 2,5 Mbps Nhờ có thêm tuyến cáp quang đƣờng dây điện lực 500 kV mà mạng đƣờng trục chuyển từ cấu hình thẳng đa điểm thành cấu hình vịng (vịng Ring), đảm bảo truyền dẫn thơng suốt tình Đặc biệt, với việc đƣa cơng nghệ ghép kênh bƣớc sóng quang WDM, DWDM vào sử dụng nâng cấp dần hệ thống cáp quang đƣờng trục Bắc – Nam từ 2,5 Gbps lên 20Gbps, 40 Gbps, 60 Gbps, 80 Gbps 240 Gbps Hiện cơng nghệ WDM giải pháp tăng dung lƣợng tốc độ có sức thu hút mạnh mẽ nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng chi phí đầu tƣ tính ổn định hẳn cơng nghệ khác Cơng nghệ ghép kênh bƣớc sóng quang WDM hứa hẹn phát triển tƣơng lai với hệ thống mạng toàn quang Tuy nhiên, nâng cấp hệ thống theo cơng nghệ WDM cịn nhiều vấn đề cần xem xét nhƣ nhu cầu dung lƣợng, cấu hình hợp lí, tối Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 108 KẾT LUẬN ƣu, vấn đề chất lƣợng nguồn quang, khuếch đại, vấn đề xuyên nhiễu, tạp âm…tất phải đƣợc tính tốn chi tiết Với thời gian nghiên cứu tìm hiểu thực tế mạng lƣới, nhƣ tìm hiểu cơng nghệ WDM cịn hạn chế, đƣợc đề cập đồ án thực nhỏ bế, mang tính chất tìm hiểu, tập dƣợt Với khn khổ có hạn nên nội dung trình bày đồ án tập trung vào khái niệm hệ thống thông tin quang WDM số phƣơng thức bảo vệ nhƣ phục hồi mạng đƣợc sử dụng Ngoài ra, thực tế nhiều vấn đề nhƣng chƣa đƣợc đề cập đến Em mong có hội sâu nghiên cứu hệ thống này, nhƣ ứng dụng thực tế mạng đƣờng trục, lĩnh vực thông tin sử dụng công nghệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 109 LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án vừa qua ngồi cố gắng thân em nhận đƣợc nhiều hỗ trợ từ thầy cô bạn bè Qua đây, cho em đƣợc bày tỏ lịng biết ơn đến q thầy giáo khoa Công nghệ - trƣờng đại học Vinh, nhƣ bạn bè lớp 46K – ĐTVT tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đƣợc đồ án Đặc biệt, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến thầy giáo KS Lê Đình Cơng nhiệt tình giúp đỡ, dìu dắt bảo em suốt thời gian suốt thời gian qua Tuy có nhiều cố gắng song đồ án khơng tránh đƣợc thiếu sót Vì vậy, em mong muốn nhận đƣợc nhiều góp ý quý thầy cô nhƣ bạn để đồ án em ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Vinh, Ngày 10 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hùng Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KS Vũ Văn San, Kỹ thuật thông tin quang – Nguyên lý – Kỹ thuật tiên tiến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] KS Dƣơng Đức Tuệ, Hệ thống gép kênh theo bƣớc sóng quang, Nhà xuất Bƣu Điện, tháng – 2001 [3] Học viện Bƣu Viễn thơng , Kỹ thuật thơng tin quang 2, Hà Nội, 2007 [4] Gumaste, Tony Antony, DWDM Network Designs and Engineering Solutions, Cisco Press, 2002 [5] Luận văn tốt nghiệp Trần Thành Chung, Nguyễn Trọng Cƣờng, Nguyễn Bích Thủy,… Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 111 ... đƣa công nghệ ghép kênh vào sử dụng nhƣ:  Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số quang OFDM  Công nghệ ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM  Công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng WDM. .. thơng tin quang ghép kênh theo tần số quang OFDM, ghép kênh quang theo thời gian OTDM, ghép kênh theo bƣớc sóng WDM Để tìm hiểu rõ công nghệ ghép kênh WDM tiếp vào chƣơng Lê Văn Hùng – 46K – Điện... 2 X n Hình Nguyên lý kỹ thuật ghép kênh WDM Ghép kênh theo bƣớc sóng WDM (Warelength Division Multiplexing) cơng nghệ ghép nhiều kênh tín hiệu có bƣớc sóng khác để truyền Lê Văn Hùng – 46K