duy trì trong mạng quang WDM 2.doc

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông duy trì trong mạng quang WDM

CHƯƠNG II

BẢO VỆ TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG WDM

2.1 Sự cần thiết phải bảo vệ ở tầng quang

Họat động bình thường của một mạng truyền tải quang trong thực tế không những ảnh hưởng bởi những yếu tố khách quan như độ tin cậy, tuổi thọ của thiết bị mà còn chịu tác động của các yếu tố môi trường, khí hậu, thời tiết, các nhân tố chủ quan do con người gây ra Tác động của các yếu tố trên gây ra sự cố hỏng thiết bị, đứt cáp dẫn đến sự ngừng hoạt động của các kênh truyền tải thông tin gây thiệt hại cho cả người sử dụng và người cung cấp dịch vụ Vấn đề đặt ra là cần phải thiết lập chức năng duy trì hoạt động của mạng trước các sự cố bằng cách áp dụng các kỹ thuật bảo vệ hoặc phục hồi mạng Đối với mạng truyền tải quang sử dụng công nghệ SDH, các giải pháp kỹ thuật bảo vệ và phục hồi đã được áp dụng tương đối hiệu quả theo các đề xuất và khuyến nghị của ITU-T [6] Nhưng thời gian hồi phục lại lâu, vào khoảng từ 60 tới 100ms Trong khi đó thì các kỹ thuật bảo vệ ở tầng quang WDM có khả năng hồi phục mạng chỉ mất tối đa 50ms Tuy nhiên, trong hiện tai và tương lai, nhu cầu lưu lượng lớn đòi hỏi cần phải cung cấp một môi trường truyền dẫn dung lượng lớn, mà công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM là một trong những giải pháp được lựa chọn Do vậy, việc xây dựng chức năng phục hồi mạng WDM ở tầng quang là vấn đề sống còn cần phải giải quyết khi xây dựng mạng WDM nhằm duy trì hoạt động liên tục của mạng.

Theo G.872 ITU-T, lớp quang được chia thành 3 lớp con: lớp kênh quang (OCh-Optical Channel), lớp đoạn ghép kênh quang (OMS – Optical Multiplex Section) và lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS – Optical Tranmission Section) Bảo vệ có thể được thực hiện tại lớp OMS hoặc lớp OCh hoặc phối hợp trên cả hai lớp.

Bảo vệ OMS và bảo vệ OCh có thể theo phương thức riêng hoặc chung Trong bảo vệ riêng, mỗi kênh làm việc được truyền trên hai tuyến khác nhau và kênh có chất lượng tốt nhất sẽ được lựa chọn tại đầu thu, do vậy một nửa của

dung lượng truyền dẫn trong mạng sẽ luôn được ấn định là dung lượng dự phòng dành cho bảo vệ (tức là dung lượng bảo vệ bằng 100% dung lượng làm việc) Trái lại, trong bảo vệ chung, tài nguyên bảo vệ có thể được sử dụng để phục hồi nhiều kênh làm việc khác nhau, tuỳ thuộc vào sự cố Bảo vệ chung cho phép sử dụng dung lượng mạng tốt hơn bảo vệ riêng (lượng dung lượng dự phòng yêu cầu phụ thuộc nhiều vào topo mạng và vào sự phân bổ lưu lượng giữa các node).

Hiện nay, bảo vệ riêng OMS chủ yếu được triển khai trong các hệ thống thông tin quang WDM điểm - điểm, còn bảo vệ OCh được sử dụng cả trong các hệ thống điểm - điểm và các ring OADM (Optical Add Drop Multiplexer) Trong tương lai gần, các ring bảo vệ chung OMS sẽ có thể được triển khai.

Bảo vệ OCh có thể được triển khai với hai cách: bảo vệ kết nối mạng con (SNCP) hoặc bảo vệ luồng Sự khác nhau cơ bản là trong bảo vệ luồng OCh kết cuối của luồng OCh cũng được bảo vệ vì số lượng card transponder được nhân đôi Giải pháp này cải thiện độ sẵn sàng của kênh quang, nhưng lại làm tăng chi phí đầu tư thiết bị

2.2 Các khái niệm cơ bản

Bảo vệ là một phương thức hồi phục mạng sử dụng các tài nguyên bảo vệ được cấp phát trước để truyền lưu lượng tải hoạt động trên kênh bị ảnh hưởng bởi sự cố nhằm đảm bảo khả năng duy trì của mạng.

Bảo vệ - Có nhiều tiêu chuẩn để phân loại các kỹ thuật bảo vệ mạng nhưng thường dựa trên các tiêu chuẩn phổ biến sau:

•Dựa vào số lượng hệ thống làm việc và dự phòng

 Bảo vệ 1+1: là bảo vệ mà trong đó dành riêng một hệ thống dự phòng bảo vệ cho mỗi hệ thống hoạt động Bình thường cả hai hệ thống cùng được sử dụng nhưng chỉ lấy kết quả của tuyến hoạt động, khi xảy ra sự cố thì chuyển sang hệ thống dự phòng.

 Bảo vệ M:N: là bảo vệ mà ta chia sẻ M hệ thống dự phòng để bảo vệ cho N hệ thống hoạt động cùng chủng loại Khi xảy ra sự cố trên bất kỳ hệ thống hoạt động nào thì chuyển mạch bảo vệ sang một hệ thống dự phòng khả dụng Để tiết kiệm tài nguyên ta có thể sử dụng M hệ thống dự phòng này cho các mục đích khác như: hoạt động

thử nghiệm dịch vụ mới hoặc xử lý các công việc phụ có mức yêu tiên thấp.

•Dựa vào cấu trúc hệ thống bảo vệ ta có chuyển mạch bảo vệ đơn hướng hay cả hai hướng, loại trở về hay không trở về; chuyển mạch bảo vệ tuyến (PPS) hay bảo vệ đoạn (LPS)

 Chuyển mạch bảo vệ đơn hướng: chỉ lưu lượng trên hướng truyền dẫn nào có sự cố thì mới chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự phòng, còn các tuyến khác không có sự cố thì giữ nguyên.

 Chuyển mạch bảo vệ hai hướng: nếu có bất kỳ một hướng hoạt động nào bị sự cố thì cả hai hướng cùng chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự phòng (kênh bảo vệ).

 Bảo vệ có trở về: sau khi chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự phòng mà khôi phục lại đường truyền sự cố thì lưu lượng tự động chuyển từ kênh bảo vệ về kênh hoạt động đã được khôi phục Phương pháp bảo vệ này thường áp dụng cho bảo vệ chia sẻ N:M Đặc biệt là 1:N. Bảo vệ kiểu không trở về: sau khi chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự

phòng mà khôi phục lại được đường truyền sự cố thì vẫn truyền lưu lượng trên kênh dự phòng Phương pháp bảo vệ này thường áp dụng cho bảo vệ riêng 1+1.

 Bảo vệ tuyến: chỉ thực hiển chuyển mạch bảo vệ tại điểm kết cuối của tuyến có sự cố.

 Bảo vệ đoạn: thực hiện chuyển mạch bảo vệ tại hai nút kế cận với đoạn bị sự cố, trường hợp sự cố nút thì đoạn bị sự cố là hai đoạn liền nhau chứa nút đó.

2.2.1 Bảo vệ riêng

Bảo vệ riêng là hình thức bảo vệ mà trong đó mỗi kênh làm việc được truyền trên hai tuyến khác nhau và kênh có chất lượng tốt nhất sẽ được lựa chọn tại đầu thu, do vậy một nửa của dung lượng truyền dẫn trong mạng sẽ luôn được ấn định là dung lượng dự phòng dành cho bảo vệ (tức là dung lượng bảo vệ bằng 100% dung lượng làm việc)

Trong bảo vệ 1+1, nút nguồn phát tín hiệu đồng thời trên cả hai tuyến hoạt động và bảo vệ Nút đích giám sát tín hiệu của cả hai tuyến này và lựa chon tín

hiệu có chất lượng tốt nhất (ví dụ dựa chên tham số SNR) Nếu phát hiện suy giảm tín hiệu trên tuyến hoạt động thì nút đích tự động chuyển mạch sang tuyến bảo vệ Trong bảo vệ 1:1 nút nguồn chỉ phát tín hiệu lên tuyến hoạt động, còn tuyến bảo vệ có thể được dùng để truyền lưu lượng có mức ưu tiên thấp Khi xảy ra sự cố trên tuyến hoạt động thì cả nút nguồn và nút đích chuyển mạch lên tuyến bảo vệ.

Ví dụ trong một mạng vòng bảo vệ 1+1 sử dụng các kênh quang kép, tín hiệu được phát đi trên hai kênh: một kênh truyền theo hướng thuận chiều kim đồng hồ, còn kênh kia truyền theo hướng ngược chiều kim đồng hồ; máy thu sẽ lựa chọn tín hiệu tốt nhất Nếu hoạt động này được thực hiện ở lớp kênh quang thì ta gọi là OC-DPRing (áp dụng cho ring 2 sợi 2 hướng), nếu thực hiện ở lớp ghép kênh quang thì ta gọi là OMS -DPRing (áp dụng cho ring 4 sợi 2 hướng).

Trong các mạng lưới xây dựng các liên kết điểm - điểm truyền tải hai hướng muốn cung cấp bảo vệ riêng thì phải sử dụng hai cặp sợi tách biệt nhau về mặt vật lý, một cặp cấp cho các kênh hoạt động còn cặp kia cấp cho các kênh bảo vệ, khi xảy ra sự cố trên sợi hoạt động thì chuyển các kênh lưu lượng lên sợi bảo vệ

2.2.2 Bảo vệ chia sẻ

Bảo vệ chia sẻ là hình thức bảo vệ mà trong đó nhiều hệ thống hoạt động cùng sử dụng chung một hệ thống dự phòng để bảo vệ Chẳng hạn là dung lượng dự phòng hoặc bước sóng dự phòng Ở điều kiện bình thường mọi yêu cầu được định tuyến lên các kênh hoạt động, và dung lượng bảo vệ có thể được dùng để truyền lưu lượng có mức ưu tiên thấp Khi xảy ra sự cố lưu lượng tải của từng tuyến truyền dẫn bị sự cố được chuyển mạch lên các bước sóng bảo vệ Hoạt động này yêu cầu hỗ trợ báo hiệu để thông báo cho các nút mạng về các tuyến đường truyền dẫn bị sự cố thì mới đảm bảo chắc chắn các bước sóng bảo vệ trên các sợi khác nhau kết nối chính xác tới các tuyến quang yêu cầu bảo vệ Trong thời gian tài nguyên dự phòng được dùng để bảo vệ một tuyến hoạt động bị sự cố thì nó không còn khả dụng để bảo vệ cho các tuyến quang hoạt động khác cho tới khi tuyến hoạt động ban đầu này được khôi phục lại.

Đối với các vòng ring quang bảo vệ chia sẻ, dung lượng của các sợi dành cho các kênh hoạt động và bảo vệ là riêng biệt Do đó một ring 2 sợi bảo vệ chia

sẻ là ring 2 hướng, một sợi truyền lưu lượng theo hướng thuận chiều kim đồng hồ, còn sợi kia truyền lưu lượng theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.

Tương tự với các mạng lưới quang bảo vệ chia sẻ (trong các liên kết điểm - điểm): trong mỗi cặp sợi, mỗi sợi sử dụng một nửa số kênh cho làm việc, và dành một nửa số kênh còn lại để bảo vệ cho lưu lượng làm việc trên sợi kia Nếu một sợi bị sự cố thì các kênh hoạt động sẽ được truyền trên các kênh bảo vệ của sợi kia.

Bảo vệ chia sẻ là một cách để giảm dung lượng thừa dành cho dự phòng và giảm số lượng các tuyến quang cần phải quản lý.

Hiện nay mới chỉ áp dụng bảo vệ riêng OMS cho các hệ thống WDM điểm - điểm, trong khi đó bảo vệ OCh được sử dụng cho cả hệ thống điểm - điểm và các ring OADM, sắp tới có thể sẽ cung cấp thêm các ring bảo vệ chia sẻ OMS.

2.2.3 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang

Hình thức bảo vệ này được thực hiện ở lớp ghép kênh quang (OMS), và hay được áp dụng bảo vệ trong các mạng cung cấp một số lượng lớn các kênh quang Tất cả các bước sóng (kênh WDM) truyền trên sợi quang bị sự cố cùng được định tuyến lại lên một tuyến sợi quang tạm thời rỗi (đã được xác định trước) Thực hiện chuyển mạch bảo vệ không gian tại bộ ghép kênh WDM (chuyển mạch sợi quang).

2.2.4 Bảo vệ kênh quang

Hình thức bảo vệ này được thực thi ở lớp kênh quang Mỗi kênh quang được bảo vệ độc lập sử dụng một chuyển mạch riêng, dẫn đến tổng số các chuyển mạch quang lớn nhưng cho phép lựa chọn các kênh để bảo vệ trong bộ ghép kênh và có thể tích hợp bảo vệ của các bộ phát đáp vào trong kiến trúc này.

2.3 Các phương thức bảo vệ theo cấu hình mạng2.3.1 Bảo vệ ở lớp kênh quang

2.3.1.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình điểm - điểm

Với cấu hình này có thể áp dụng trực tiếp các kỹ thuật bảo vệ tuyến riêng/chia sẻ nên không cần phân tích nhiều Mặc dù cấu hình này đơn giản nhưng nó thường hay xảy ra sự cố như đứt cả tuyến cáp hay sự cố hỏng thiết bị

nên nó chỉ được sử dụng ở giai đoạn đầu thử nghiệm chưa phát triển dung lượng mà không mấy khi được sử dụng trong các mạng quy mô lớn Trong trường hợp sử dụng kiểu bảo vệ này thì cách đề phòng hiệu quả nhất là chọn tuyến đường đi cáp thuận lợi hạn chế tối thiểu khả năng bị xâm phạm, có chính sách bảo dưỡng thường xuyên, và áp dụng kỹ thuật bảo vệ 1+1 hay 1:1

Bảo vệ quang 1+1 tương tự như phương thức bảo vệ 1+1 SDH Phía phát sử dụng bộ chia sẻ để chia công suất quang và phát trên cả hai tuyến hoạt động và dự phòng; ở phía thu sử dụng một chuyển mạch quang có chức năng như một bộ lựa chọn và chuyển mạch lên tuyến bảo vệ khi tuyến hoạt động tương tự có sự cố.

Bảo vệ quang 1:1 tương tự như phương thức bảo vệ 1:1 trong SDH Khác với bảo vệ 1+1, lưu lượng không được truyền trên cả hai sợi hoạt động và làm việc mà sử dụng chuyển mạch ở cả hai đầu Ban đầu chuyển mạch đặt lên sợi hoạt động, khi phát hiện sự cố thì chuyển mạch lưu lượng lên sợi bảo vệ Trường hợp này yêu cầu phải có kênh báo hiệu APS để kích hoạt chuyển mạch bảo vệ.

Điểm khác biệt giữa bảo vệ WDM và SDH là khi xuất hiện sự cố trên một sợi hoạt động thì chuyển mạch của đầu thu tương ứng của phía phát đó không biết gì (chuyển mạch bị mù – blind switch), trong khi ở SDH cả hai đầu thu đều biết trạng thái của sợi bảo vệ.

2.3.1.2 Bảo vệ riêng cho cấu hình ring (OCh - DPRing)

Bảo vệ trong cấu hình này được thực thi ở lớp kênh quang sử dụng các chuyển mạch quang để chuyển mạch lưu lượng lên sợi hoạt động hay bảo vệ tùy

mạch

Kênh báo hiệu APS

Chuyển mạch

Hình 2.2 Hệ thống WDM cấu hình đường thẳng chuyển mạch bảo vệ 1:1

Sợi hoạt động

thuộc vào trạng thái của ring ở điều kiện bình thường hay sự cố mà không yêu cầu báo hiệu Kiến trúc bảo vệ này có thể chống lại sự cố chặng đơn, sự cố đa chặng, hay sự cố tại nút trung gian trên tuyến hoạt động Nhưng có nhược điểm chung là yêu cầu chi phí đắt hơn so với các giải pháp khác.

Trường hợp ring hai sợi cấp phát một sợi cho hoạt động và dành một sợi dự phòng bảo vệ cho sợi hoạt động Tại máy phát tín hiệu quang được chia thành hai luồng tín hiệu và định tuyến trên hai tuyến khác nhau (như trong bảo vệ 1+1) Máy thu nhận cả hai tín hiệu rồi lựa chọn tín hiệu tốt nhất Khi sợi hoạt động xảy ra sự cố, đầu thu tương ứng tự động chuyển mạch bảo vệ lên sợi dự phòng

Các nút trong mạng là các OXC và trên một sợi ta có thể truyền đơn hướng hoặc hai hướng, nhưng trong trường hợp OCh – DPRing hai sợi một sợi cho dự phòng và một sợi cho hoạt động thì ta phải truyền hai hướng Vi dụ như hình 2.3, hình a ở tình trạng chưa xảy ra sự cố, hình b ở tình trạng sự cố

Trường hợp OCh – DPRing bốn sợi (trong đó hai sợi dành cho lưu lượng hoạt động, còn hai sợi dành cho dự phòng ) Ở trường hợp này nếu truyền lưu lượng hai hướng thì sẽ thực thi bảo vệ 1+1 mềm dẻo hơn và yêu cầu ít bước sóng hơn trường hợp OCh – DPRing hai sợi nhưng lại tốn kém

Hình 2.3 OCh – DPRing hai sợi đơn hướng ở điều kiện bình thường và khi có sự cố

Ví dụ về OCh – DPRing bốn sợi đơn hướng được mô tả trong hình 2.4, hình a ở tình trạng chưa xảy ra sự cố, hình b ở tình trạng sự cố

Giả sử ta có một mạng vòng ring sáu nút, mỗi nút yêu cầu năm bước sóng để truyền thông với năm nút kia nếu không tái sử dụng bước sóng thì tổng bước sóng yêu cầu lên tới 15 Tổng quát một mạng OCh – DPRing bốn sợi có N nút sẽ yêu cầu

bước sóng Nếu cho phép sử dụng lại các bước sóng, ví dụ các đoạn kề nhau có thể chia sẻ cùng bước sóng thì tổng số bước sóng giảm xuống 3 nhưng yêu cầu thực thi chuyển mạch bảo vệ ở cả hai đầu cuối để tránh xung đột bước sóng trên sợi bảo vệ khi xảy ra sự cố.

Mô hình chức năng của OCh – DPRing có thể tham chiếu mô hình bảo vệ ring đoạn ghép kênh SDH (MS SPRing) với giả thiết không thực thi bảo vệ ở tầng SDH mà bảo vệ ở mức kênh quang.

Hướng đôngHướng tây

Hinhg 2.5 Mô hình chức năng của một nút OCh – DPRing

Lớp OTSLớp OMS

Bộ ghép kênh

Lớp OChLớp SDH hoặc ATM hoặc IP

2.3.1.3 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình điểm - điểm

Chia sẻ là một cách để giảm dung lượng thừa dành cho dự phòng và số lượng các tuyến quang cần phải quản lý.

Trong bảo vệ chia sẻ kênh quang (chia sẻ tuyến), ở thời điểm thiết lập phiên liên lạc cho một đường ban đầu, xác định một đường dự phòng và một bước sóng dành riêng Một tuyến quang bảo vệ giữa hai nút được thiết lập để bảo vệ cho N tuyến quang hoạt động giữa hai nút đó

TX 1

TX n

TX 1

TX n

Kênh báo hiệu

Hình 2.6 Mạng lưới WDM bảo vệ chia sẻ 1:N

Bước sóng dự phòng dành riêng trên các đoạn của đường dự phòng có thể chia sẻ với các đường dự phòng khác giúp cho giải pháp này có chi phí hiệu quả hơn bảo vệ tuyến riêng nhưng cũng yêu cầu nhiều báo hiệu hơn và phải cấu hình lại các OXC kết cuối của các kênh WDM chia sẻ mà tuyến hoạt động cần được hồi phục Điều này sẽ làm tăng thời gian trễ hồi phục để thực hiện truyền các bản tin báo hiệu tới các thành phần và cấu hình lại tất cả các OXC.

2.3.1.4 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình ring (OCh - SPRing)

Xét ring hai sợi truyền thông hai hướng giữa các nút Trong điều kiện bình thường, mỗi sợi hoạt động trên một bước sóng khác nhau (λ1 thuận chiều kim đồng hồ và λ2 ngược chiều kim đồng hồ) Nếu một đoạn hay một nút bị sự cố thì các nút kề cận sẽ định tuyến lại các bước sóng cho đoạn cung bù đó, chia sẻ dung lượng của các sợi giữa hai kênh quang OCh – SPRing thường được dùng để cung cấp bảo vệ quang cho các ring SDH hai sợi Việc định tuyến lưu lượng liên quan được thực hiện ở lớp điện bởi thiết bị SDH, các kênh quang chỉ tồn tại giữa các nút kề nhau tương đương với các đoạn vật lý nút - tới - nút

Ví dụ truyền thông giữa hai nút A và nút D như hình vẽ 2.7, hình a ở tình trạng chưa xảy ra sự cố, hình b ở tình trạng sự cố Như trình bày ở trên thì λ1 được truyền trên sợi quang thứ nhất thuận chiều kim đồng hồ, λ2 truyền trên sơi thứ hai ngược chiều kim đồng hồ Khi xảy ra sự cố đoạn thì nút A tự động chuyển mạch bảo vệ bước sóng λ1 lên sợi quang thứ hai ngược chiều kim đồng hồ

Nút A

Hình b

λ2

Ví dụ truyền thông giữa nút A và nút C và xảy ra sự cố ở nút D Hình vẽ 2.8 dưới đây mô tả:

OCh – SPRing thường được dùng để cung cấp bảo vệ quang cho các ring SDH hai sợi Việc định tuyến lưu lượng liên quan được thực hiện ở lớp điện bởi thiết bị SDH, các kênh quang chỉ tồn tại giữa các nút kề nhau tương đương với các đoạn vật lý nút – tới – nút.

Mô hình chức năng của OCh – SPRing tham chiếu mô hình bảo vệ SDH MS– SPRing nhưng ở mức kênh quang Do các chức năng thích ứng ở tầng OTS và OMS phải xử lý cùng một số lượng các kênh quang nên chuyển mạch bảo vệ không thể đặt ở tầng OMS mà được chuyển lên tầng OCh Hình vẽ dưới đây miêu tả mô hình chức năng của một nút OCh – SPRing kế cận với sự cố sử dụng chuyển mạch OCPC ở mức kênh quang, còn các hoạt động định tuyến được thực hiện ở các tầng SDH (HP, LP).

Hướng tâyOCPC

Hình 2.9 Mô hình chức năng của một nút OCh – SPRing kế cận với sự cố

Bộ ghép kênh

Lớp OTSHướng đông

Lớp OMSLớp OChLớp SDH

Hình 2.8 OCh – SPRing khi bình thường và khi sự cố nút

Nút CNút B

Nút A

Hình b

2.3.1.5 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình Mesh

Dù cấu trúc mạng Ring WDM là cấu hình phổ biến nhất hiện nay, nhưng gần đây các mạng quang WDM có cấu hình Mesh đang được thừa nhận là có đặc tính quan trọng và ưu việt hơn Điều này là nhờ sự phát triển và cải thiện của các OXC, các thiết bị chuyển mạch quang.

Mặc dù mạng quang cấu hình Mesh có nhiều ưu việt và đang được phát triển mạnh nhưng khả năng tồn tại và duy trì mạng là vấn đề phức tạp hơn so với cấu hinh Ring bởi vì trong mạng có nhiều thực thể hơn trong bảng định tuyến và có nhiều quyết định thiết kế phải lựa chọn Ngoài ra, không có cơ chế bảo vệ mạng quang WDM cấu hình Mesh nào hiện nay được thương mại hoá trên phạm vi lớn

Bảo vệ tuyến tại lớp OCh có thể được áp dụng cho các mạng quang cấu hình Mesh Để có một kết nối thì một cặp đường đi (đường đi làm việc và đường đi dự phòng) phải được thiết lập Để cơ chế bảo vệ tuyến đạt hiệu quả nhất thì các tuyến làm việc và các tuyến bảo vệ phải độc lập, độc lập cả về sự cố (nghĩa là các lỗi tuyến xảy ra trên tuyến hoạt động và tuyến bảo vệ là độc lập) Trong nhiều trường hợp, điệu kiện này được thỏa mãn bằng việc thiết lập hai đường đi trong phân tập các đường đi vật lý: đường đi chính và đường đi phục hồi không thể dùng chung bất kì một liên kết nào Nếu vấn đề bảo vệ nút được đặt ra thì sự độc lập giữa nút và đường làm việc, đường bảo vệ là cũng cần thiết Trong hầu hết các trường hợp thì điều này được bảo đảm bằng việc ngăn cản dùng chung hai đường đi trong một nút: định tuyến phải được thực hiện dưới các ràng buộc về việc không liên hợp nút Bảo vệ tuyến dành riêng 1+1 và bảo tuyến 1:1 đều có thể được sử dụng.

Trong trường hợp bảo vệ 1:1 lưu lượng có độ ưu tiên thấp có thể được phát trên tuyến bảo vệ khi không có lỗi xảy ra, nhưng báo hiệu từ đầu cuối tới đầu cuối là cần thiết

Với cấu hình Mesh thì bảo vệ tuyến dành riêng tiêu tốn tài nguyên quá nhiều bởi vì phải có các ràng buộc đường đi vật lý Việc dùng chung các kênh WDM (các bước sóng quang) trong số các đường đi bảo vệ có thể giảm tài nguyên vật lý tham gia trong việc bảo vệ Việc bảo vệ dùng chung có thể được áp dụng theo nghĩa từ đầu cuối tới đầu cuối bằng việc sử dụng một tuyến bảo vệ(có thể cả một nút dùng để dự phòng) cho N tuyến hoạt động với cùng cặp nút nguồn đích (xem hình 2.10 dưới đây) Kỹ thuật này là một trường hợp đặc biệt của việc dùng chung, trong đó N tuyến bảo vệ chia sẻ tất cả các kênh WDM của chúng, và cũng được gọi là bảo vệ 1:N Hiển nhiên bảo vệ 1:N cái mà cần N+1 tuyến không liên hợp đường (hay không có sự liên hiệp nút) là luôn có thể sử dụng giữa các nút nguồn và đích của kết nối.

Bảo vệ đường chia sẻ cũng có thể được thực hiện ở một chiều hướng rộng hơn trên một mạng hỗn hợp bằng việc cho phép dùng chung một phần (thường là dải tần số ánh sáng) ở các đường bảo vệ trên cơ sở ghép các bước sóng Việc chia sẻ cho phép tiết kiệm các nguồn tài nguyên truyền dẫn, nhưng lại yêu cầu quản lý phức tạp

Trong bảo vệ 1:1 và 1:N, khi một sự cố xảy ra thì chỉ các nút cuối mới liên quan tới quá trình hồi phục, bởi vì các kênh quang (các bước sóng λ) được bảo vệ và các kênh quang dự phòng là hoàn toàn được thiết lập trước Khi bảo vệ chia sẻ được áp dụng ở hướng rộng hơn trong một mạng có cấu hình Mesh, thì sự cố đó sẽ phải làm thủ tục phục hồi phức tạp hơn, thủ tục đó yêu cầu nhiều báo

Đường hoạt động

Đường bảo vệ

Hình 2.10 Bảo vệ đường trong cấu hình Mesh

Nguồng

hiệu trong một số phần tử mạng dẫn đến thời gian phục hồi sẽ tốn kém Không những phải có nhiều tín hiệu báo hiệu mà trong vấn đề phục hồi mạng còn phải mất thời gian cấu hình lại các OXC(nghĩa là thay đổi các thông số định tuyến).

Do việc bảo vệ dùng chung là định trước, nên hoạt động khôi phục có thể

được điều khiển băng đường phân phối nào đó hơn là đường tập trung, bởi vậy

loại bỏ được sự can thiệp của hệ thống quản lý mạng và giảm khối lượng báo hiệu Trong trường hợp này, các OXC phải có khả năng tự xác định đường đang làm việc có sự cố hay không để chuyển mạch bảo vệ cho phù hợp Việc đầu tiên

yêu cầu là phải phát hiện nhanh chóng đặc trưng đường ánh sáng và đó là một

trong các thúc đẩy chính mà đã định nghĩa một bộ nhận dạng OCh trong khuôn khổ của việc chuẩn hóa kênh giám sát OCh.

Nếu bảo vệ chia sẻ tuyến sử dụng điều khiển phân tán thay cho điều khiển tập trung sẽ hạn chế sự can thiệp của hệ thống quản lý mạng và giảm bớt tổng số các báo hiệu Khi đó các OXC phải có khả năng tự nhận thức được tuyến hoạt động nào bị sự cố để chuyển mạch bảo vệ phù hợp

Trong các mạng quang WDM cấu hình Mesh, bảo vệ tuyến ở lớp con OMS dưới một vài phương diện có thể thích hợp hơn là việc bảo vệ đường Trong một cấu hình phức tạp, một cơ cấu khôi phục nội bộ, phù hợp với điều khiển phân tán hơn là điều khiển tập trung, là dễ dàng để quản lý hơn một cơ cấu đầu cuối tới đầu cuối Bảo vệ tuyến trong một mạng hỗn hợp có thể xảy ra trong các đường khác nhau Chúng ta sẽ không xem xét bảo vệ đường trên cơ sở cung cấp mà chúng ta sẽ mô tả hai phương pháp chính được biết đến để bảo vệ tuyến định trước: một là dựa trên khái niệm đấu vòng các vòng, cách còn lại gần đây được đề cập nhiều hơn, là dựa trên công nghệ đấu vòng chung.

Một mạng cấu hình Mesh có thể được tạo một cách tự nhiên bằng liên kết đơn giản một số vòng: thực tế, hầu hết các mạng WDM hiện nay được quản lý theo kiểu này Chuyển mạch giữa các vòng trong các mạng như vậy thường được thực hiện bằng điện tử bởi các nối chéo số SDH/SONET Bởi vậy, khả năng tồn tại trong các mạng đa vòng WDM thường được bảo vệ bởi các kỹ thuật bảo vệ SDH/SONET (cụ thể, là khai thác sự thừa của các liên kết liên vòng) Một số trong những kỹ thuật này sẽ có thể cũng chuyển tới lớp WDM (ví dụ cho trường hợp cụ thể đa vòng WDM dưới biển) Tuy nhiên, trong những thứ sau đây, chúng ta muốn bỏ kiến trúc đa vòng và tập trung vào các mạng WDM

thực tế, nghĩa là những mạng này được tạo ra bắt đầu từ một cấu hình vật lý hỗn hợp và cái mà khai thác các OXC để thực hiện chuyển mạch quang trong toàn bộ mạng Sự phân ly vòng các kiến trúc cơ sở của tương lai này chỉ để phục vụ khả năng tồn tại.

Nguyên lý đấu vòng các vòng có thể được áp dụng ở một mạng WDM thực tế như sau: Đầu tiên, mạng này được phân tách trong một số tập các cáp, mỗi tập được quản lý như một vòng đơn Khi phân tách được thực hiện, mỗi vòng được trang bị một hệ thống bảo vệ OMS chính xác như một OMS-SPRing Bởi vậy mỗi vòng trở thành một hệ thống bảo vệ.

Thông thường việc thực hiện bảo vệ vòng bốn cáp là lựa chọn tốt nhất, từ đó việc thực hiện bảo vệ vòng 2 cáp phải yêu cầu các bộ chuyển đổi bước sóng trong một số node Một ưu điểm rõ ràng của phương pháp này là nó cho phép khôi phục phân bố: mỗi vòng là một hệ thống khôi phục tự động và tự trị Điều này ngụ ý rằng thời gian khôi phục chỉ bị giới hạn bởi kích cỡ vòng (trong bảo vệ tuyến, thay vì trễ truyền lan từ nguồn tới đích phải địa chỉ tính đến) Hơn nữa, việc quản lý sự cố bị giới hạn bởi vòng bị sự cố.

Trong vấn đề bảo vệ mạng có cấu hình Mesh nói chung và bảo vệ mạng quang WDM có cấu hình Mesh nói riêng là những vấn đề mới mẻ và phức tạp Nói cách khác thì lĩnh vực này không được thương mại hoá và ứng dụng trong thực tế nên không có mấy ai nghiên cứu về lĩnh vực này cho nên nó vẫn còn mới mẻ Ngoài ra nó còn một lý do khác là điều kiện vật lý và nhu cầu của các quốc gia vẫn chưa đòi hỏi cần đến sử dụng mạng lõi có cấu hình Mesh Trong khi đó công nghệ WDM chủ yếu được sử dụng cho các mạng có cấu hình back blbole Vì vậy trong đồ án này em đề cập ít đến vấn đề đó.

2.3.2 Bảo vệ ở lớp đoạn ghép kênh quang

2.3.2.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình điểm - điểm

Trong bảo vệ đoạn ghép kênh quang với cấu hình điểm - điểm thì đó chính là hình thức bảo vệ kênh quang điểm - điểm.

2.3.2.2 Bảo vệ riêng cho cấu hình vòng ring (OMS - DPRing)

OMS – DPRing có thể áp dụng cho ring hai sợi hoặc bốn sợi cấp phát các bước sóng khác nhau cho các liên kết nút - tới nút khác nhau Bảo vệ được thực