2. Ngày hoàn thành đồ ỏn: / /20
2.2.6. Kiến trỳc IP/WDM
Giai đoạn cuối cựng trong tương lai mà hệ thống truyền dẫn số liệu đang hướng tới là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trờn hệ thống truyền dẫn quang DWDM. Như chỳng ta đó biết, khả năng truyền dẫn của sợi quang đó được tăng lờn
một cỏch đang kể, sự thay đổi này sẽ dẫn đến rất nhiều thay đổi trong mạng viễn thụng trong tương lai, khụng chỉ về hệ thống truyền dẫn mà cả về kiến trỳc mạng. Trong tương lai, sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng cỏc bộ định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phự hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như cỏc thiết bị truyền dẫn DWDM cú kớch thước và cấu hỡnh khỏc nhau chắc chắn sẽ tạo ra cỏc ưu điểm nổi bật.
2.2.6.1. Nguyờn lý hệ thống
Đõy là giai đoạn đầu khi đưa cỏc IP datagram truyền trực tiếp trờn hệ thống WDM. Trong giai đoạn này, mỗi giao thức sẽ cú một bước súng tương ứng. Việc xử lý ở đõy mới dừng lại ở mức xử lý theo từng luồng quang. Cỏc bước súng khỏc nhau cú thể xen/rẽ ở cỏc node khỏc nhau nhờ cỏc thiết bị định tuyến bước súng như: kết nối chộo quang, chuyển mạch bước súng quang, bộ định tuyến bước súng quang, hay bộ xen/rẽ kờnh quang. Khi này, để thực hiện chuyển đổi cỏc luồng tớn hiệu điện (tương ứng với cỏc giao thức khỏc nhau) thành cỏc tớn hiệu quang để truyền dẫn trờn hệ thống DWDM thỡ khụng cú cỏc giao thức trung gian.
Để thực hiện truyền dẫn, cỏc IP datagram phải được tập trung lại thành một luồng trước khi biến đổi để truyền dẫn ở miền quang trờn bước súng tương ứng nú, tương ứng cho mỗi giao thức cú một bước súng nhất định. Cỏc datagram cú đớch là cỏc mạng nội hạt khỏc nhau khi truyền dẫn cựng trờn một bước súng thỡ tại mỗi node cần phải biến đổi về miền điện để thực hiện định tuyến, kết cuối cỏc datagram xuất phỏt từ node này đến cỏc node khỏc. Như vậy, truyền dẫn quang đối với cỏc IP datagram vẫn bị hạn chế bởi “nỳt cổ chai” của cỏc mạch điện tử.
Hiện nay, trờn thị trường đó cú cỏc thiết bị cú khả năng ghộp đến 200 bước súng, và trong phũng thớ nghiệm cũng nghiờn cứu thiết bị cho phộp ghộp đến 1200 bước súng. Với số lượng bước súng nhiều thỡ mỗi giao thức cú thể truyền dẫn trờn nhiều bước súng. Khi đú, với việc sử dụng phiờn bản IPv6 cú khả năng định tuyến ngay tại nguồn thỡ cú thể tập trung cỏc datagram cú cựng đớch đến trờn một bước súng. Nhờ đú, cỏc luồng quang tại cỏc node trung gian khụng cần xử lý điện mà cú thể sử dụng cỏc OXC hoạt động dưới sự điều khiển của bước súng điều khiển λs để thực hiện định tuyến cỏc luồng. Cỏc miền này chỉ biến đổi về miền điện khi đến được node đớch.
Tại đớch, cỏc IP datagram được đưa đến cỏc router tốc độ cao thực hiện định tuyến. Khi đú, trỏnh được việc xử lý ở miền điện tại cỏc node trung gian. Tuy nhiờn, cụng nghệ chưa thực sự tối ưu vỡ số lượng mạng đớch nhiều trong khi số lượng bước súng vẫn cũn hạn chế. Vỡ vậy, cỏc datagram chỉ hạn chế được số lần xử lý trong miền điện tại cỏc node trung gian chứ chưa loại bỏ được một cỏch hoàn toàn.
2.2.6.2. Định tuyến tại tầng quang
Thiết bị được sử dụng để định tuyến tại tầng quang là cỏc thiết bị định tuyến bước súng, điển hỡnh là OXC. OXC cấu hỡnh động cú thể chuyển mạch trực tiếp đối với tớn hiệu quang nhận được từ cổng đầu vào, xuyờn qua kết cấu trường chuyển mạch đến cổng ra tương ứng. Núi một cỏch rừ hơn, một OXC khụng thể định tuyến hoặc chuyển mạch cỏc gúi, nú chỉ được sử dụng để xử lý tại tầng quang – nơi mà đơn vị truyền dẫn tớnh theo một sợi quang hay một tia sỏng.
Một OXC gồm N cổng vào và M cổng ra, mỗi đầu vào chuyển mạch sợi hay tia sỏng với một tốc độ bit riờng. Vỡ thế, toàn bộ dung lượng định hướng của thiết bị là NxMxb. Trong OXC là một kết cấu chuyển mạch quang hay chuyển mạch điện.
Kết cấu chuyển mạch điện sẽ cú một bảng định tuyến trong cỏc router và cỏc chuyển mạch. Nú cho phộp phỏt hiện và cụ lập lỗi bằng cỏc thụng tin quản lý nằm trong tiờu đề của mỗi khung truyền tải. Hơn nữa, sự chuyển đổi quang/điện và ngược lại được thực hiện bởi cỏc OXC cho phộp giảm sự suy yếu của tớn hiệu quang do suy hao và tỏn sắc (cả hai tỏc động này đều nhận được khi truyền ỏnh sỏng qua một khoảng cỏch xa). Ngược lại, biến đổi O-E-O làm tăng chi phớ và năng lượng của cỏc thiết bị. Thờm vào đú, việc nõng cao tốc độ hoặc thay đổi khuụn dạng bỏo hiệu sẽ đũi hỏi phải nõng cấp phần cứng.
Kết cấu chuyển mạch quang đơn thuần khụng thực hiện chuyển đổi O-E-O khi tớn hiệu đi qua nú từ đầu vào đến đầu ra. Điều đú cú nghĩa là chi phớ sẽ thấp hơn và giảm năng lượng tiờu thụ của thiết bị. Nú cũn đảm bảo tớnh trong suốt của tốc độ bit, nghĩa là kết cấu đú sẽ chuyển mạch dữ liệu độc lập với khuụn dạng khung tớn hiệu hay tốc độ bit. Theo lý thuyết, một kết cấu chuyển mạch như vậy đầu tiờn cú thể đỏp ứng được nhu cầu lưu lượng cho OC-48, sau đú là OC-192 và cuối cựng là OC-768. Nhược điểm của chuyển mạch quang đơn thuần là khụng cú sự nhận biết về mặt điện, do đú việc cụ lập lỗi rất khú khăn. Kết cấu chuyển mạch quang đơn
thuần và cỏc sỏng kiến để khắc phục cỏc nhược điểm của nú như biến đổi bước súng và cụ lập lỗi ở tầng quang vẫn trong giai đoạn phỏt triển. Trong trường hợp này, thụng tin điều khiển vẫn được mang trờn kờnh bước súng điều khiển λs của mạng WDM thụng thường.
Cỏc giao thức định tuyến động được sử dụng trong mỗi OXC và trờn mạng cú phạm vi, cấu trỳc thay đổi (như mạng IP) để phỏt hiện cỏc mạng xung quanh nú, nhận biết kiến trỳc mạng, tớnh toỏn đường đi, cài đặt trạng thỏi định hướng. Khi đú, cỏc IP router định hướng cỏc gúi tin trờn cơ sở hop-by-hop. Một OXC cú thể là nơi xuất phỏt, trung gian hay kết thỳc một kết nối quang. Mạng quang là mạng cú kết nối định hướng, và giao thức bỏo hiệu được sử dụng để thiết lập, quản lý trạng thỏi định hướng kết nối tại mỗi OXC dọc theo đường kết nối quang.
Yờu cầu đối với cỏc thiết bị này khi sử dụng để truyền dẫn cho giao thức IP là khả năng truyền dẫn đa hướng. Vỡ vậy, cần chỳ ý xõy dựng cỏc cấu trỳc chuyển mạch cú khả năng này.
2.2.6.3. Chọn OXC làm nhõn tố cơ bản
Ở trờn đó trỡnh bày cỏc mụ hỡnh khỏc nhau để truyền dẫn IP trờn quang như IP/ATM/SDH, IP/SDH nhưng tuỳ từng mụ hỡnh mà hiệu quả truyền dẫn chỉ đạt được một mức độ nào đú. Trong khi đú, đối với OXC thỡ ngoài những thành cụng và sự ứng dụng rộng rói nhờ vào tớnh sẵn cú của thiết bị, chi phớ vận hành, bảo dưỡng và khả năng hoạt động trờn nền tảng của cỏc IP router thế hệ tương lai với tốc độ Tbps, nú cũn hấp dẫn bởi khả năng cung cấp cỏc chức năng hữu dụng khỏc như:
-Định hướng hiệu quả hơn đối với toàn bộ lưu lượng: Cỏc IP router giỏp ranh sẽ tập trung toàn bộ và ghộp kờnh luồng lưu lượng IP vào một bước súng đơn. Từ đú, cho phộp chuyển mạch trong lừi mạng hiệu quả hơn thực hiện ở tầng IP điện. Nhờ đú tăng khả năng mở rộng scalability và giảm chi phớ.
-Cấu hỡnh “lưới mạng quang”: Trờn cơ sở cỏc OXC, mạng quang cú thể xõy dựng được cấu hỡnh lưới. Mạng này cú ưu điểm là cần ớt tài nguyờn để bảo vệ và khụi phục tớn hiệu hơn so với mạng cấu hỡnh vũng SDH. Sở dĩ cú điều này vỡ tài nguyờn mạng (vớ dụ: cỏc node, cỏc liờn kết) cú thể được sử dụng nhiều lần cho cỏc kết nối end-to-end. Cấu hỡnh lưới cũn cho phộp xõy dựng cỏc đường truyền cố định giữa hai điểm bất kỳ trong mạng.
-Khả năng cấu hỡnh lại của tầng quang: Bằng việc biết được sự phõn bố của cấu hỡnh mạng và cỏc tớn hiệu bỏo hiệu trong OXC, cú thể định hỡnh một cỏch hợp lý, hiệu quả cho tài nguyờn mạng truyền tải quang (OTN) nhằm giỏm sỏt cỏc dịch vụ và phản ứng lại với cỏc lỗi xảy ra. Vỡ OTN cú thể truyền nhiều gúi tin IP hơn nờn cỏc giao thức và thiết bị TE thực tế cú thể điều khiển định hỡnh và giỏm sỏt cỏc kết nối quang giữa cỏc router.
-Cỏc bộ định tuyến IP kết nối song hướng với nhau bằng cỏc kết nối quang được xem là cú thể thực hiện cỏc chức năng như trờn mặc dự thờm quỏ trỡnh xử lý điện. Tuy nhiờn, để truyền tải lưu lượng IP lớn dưới dạng quang qua mạng backbone của nhà cung cấp thỡ cần phải quan tõm đến việc điều khiển phần lớn lừi chuyển mạch nằm ở tầng quang. IP router giỏp ranh cú thể phải điều khiển một tập hợp phức tạp và đa chức năng.
2.2.6.4. Mụ hỡnh kiến trỳc mạng IP over WDM
Lớp WDM được thiết kế tương thớch với cỏc chuẩn cụng nghiệp. Đõy là chỡa khoỏ để đảm bảo sự trong suốt về giao thức và khuụn dạng trong cỏc mạng. Hiện nay cú hai xu hướng xõy dựng mụ hỡnh tớch hợp đú là mụ hỡnh xếp chồng (Overlay) hay mụ hỡnh khỏch-chủ (client-server), tức là đặt toàn bộ sự điều khiển cho lớp quang ở chớnh lớp quang; và xu hướng thứ hai là mụ hỡnh ngang hàng (Peer) tức là dịch chuyển một phần điều khiển lờn bộ định tuyến - Router IP.
- Mụ hỡnh overlay
Mụ hỡnh overlay cú cỏc giao thức định tuyến riờng biệt, hệ thống địa chỉ và cỏc kiến trỳc mạng riờng giữa cỏc mạng client (vớ dụ là IP hay SDH) và mạng truyền tải quang OTN.
Mụ hỡnh overlay cú đặc điểm:
+ Thiết bị router IP và OTN OXC thuộc hai miền quản trị riờng biệt.
+ Router IP được nối với OXC gần nhất thụng qua giao diện UNI. Một UNI tương ứng với một bờn của kết nối là một client và bờn cũn lại là mạng OXC.
+ Router IP khụng nhận biết được cấu hỡnh của mạng truyền tải. Chỳng nằm liền kề với nhau trong mạng truyền tải, cung cấp cỏc kết nối quang và trao đổi thụng tin với nhau về cấu hỡnh mạng của mạng IP.
+ Mạng IP và mạng truyền tải khụng trao đổi thụng tin về cấu hỡnh mạng, bảo dưỡng cấu hỡnh riờng cho từng mạng, cú giao thức định tuyến (mặt điều khiển) và thiết lập bỏo hiệu độc lập nhau.
+ IP router cú thể yờu cầu (gửi tớn hiệu) cho mạng truyền tải để thiết lập một kết nối quang với một router.
Những nhà cung cấp muốn giữ mạng quang và mạng IP (hay bất kỳ một mạng IP nào khỏc) riờng rẽ nờn thường sử dụng mụ hỡnh overlay. Đú là vỡ sử dụng mụ hỡnh này sẽ đơn giản trong việc quản trị mạng, và OTN yờu cầu và tớnh cước dịch vụ trờn cơ sở mạng kết nối với nhiều điều khiển client khỏc nhau (cỏc IP router, cỏc chuyển mạch ATM, và cỏc ADM SDH).
-Mụ hỡnh peer
Mụ hỡnh peer cú giao thức định tuyến đơn, hệ thống địa chỉ và kiến trỳc mạng chung cho cỏc thiết bị IP và thiết bị quang.
Hỡnh 2.20: Mụ hỡnh và peer
Mụ hỡnh peer cú cỏc đặc điểm sau:
+ Router IP và cỏc OXC mà nối trực tiếp đến sẽ được đặt gần nhau để trao đổi thụng tin cấu hỡnh mạng.
+ Router IP cú thể nhận biết đầy đủ cấu hỡnh mạng truyền tải và ngược lại. Sở dĩ cú được điều này là tất cả cỏc router IP và OXC cựng chia sẻ khụng gian bờn trong cấu hỡnh mạng.
+ Router IP sử dụng một tập cỏc giao thức bỏo hiệu và định tyến chung cựng với một hệ thống địa chỉ đơn.
+ Router IP cú thể yờu cầu (bỏo hiệu) một kết nối quang tới router.
Ở cỏc mụ hỡnh kết nối tại tầng quang. Trờn tầng truyền tải cú thể sử dụng cấu hỡnh “lưới” đảm bảo khả năng xử lý bước súng và khụi phục. Khi cú lỗi vật lý xảy ra, tớn hiệu được định tuyến lại để đi theo một đường truyền vật lý khỏc. Cấu trỳc này là cỏch tốt nhất để phục hồi mạng.
2.2.6.5. Cỏc yờu cầu đối với mạng IP/WDM
IP/WDM chỉ thực hiện được khi tất cả cỏc dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối là hoàn toàn quang. Vỡ thế, mạng quang để thực hiện được cần cú cỏc chức năng như: phỏt hiện và sửa lỗi, khả năng chịu lỗi, quản lý, định tuyến, chuyển mạch…tại tầng quang.
Sau đõy sẽ trỡnh bày cụ thể từng chức năng:
-Phỏt hiện và sửa lỗi
Khỏc với khung SDH cú phần mào đầu chứa chức năng giỏm sỏt lỗi, mạng truyền dẫn IP/WDM khỏ phức tạp trong việc phỏt hiện lỗi do cỏc giao thức là trong suốt qua mạng WDM. Vỡ chức năng phỏt hiện lỗi bị hạn chế nờn khoảng cỏch truyền dẫn lớn nhất mà vẫn đảm bảo xỏc suất lỗi bit cũng giảm.
FEC được thực hiện trong tất cả cỏc mạng toàn quang WDM. Nú cú thể chia ra làm hai cỏch: Cỏch thứ nhất là đưa FEC vào phần khụng sử dụng của tiờu đề SDH. Cỏch này bị giới hạn bởi cỏc khung SDH cú phần khụng gian này rất ớt trong một khung. Nú cũn được gọi là FEC trong băng; Cỏch thứ hai là cỏc dữ liệu FEC được mó hoỏ và truyền dẫn trờn cỏc kờnh riờng. Phương phỏp này cũn gọi là FEC ngoài băng. Nú tăng tốc độ đường truyền và cải thiện hệ thống một cỏch đỏng kể.
-Khả năng chịu lỗi
Ngoài giỏm sỏt bước súng và định tuyến mềm dẻo, một mạng đường trục cũn phải là một hệ thống quang cú khả năng tồn tại cao bao gồm cả chuyển mạch bảo vệ
và khụi phục mạng. Việc lắp đặt một mạng toàn quang sẽ đem đến khả năng để bảo vệ mạng tại tầng quang. Bảo vệ đoạn ghộp quang 1+1 (MSP) như trong hệ thống SDH. Cỏc OADM cú thể đảm nhiệm cỏc chức năng chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang mới.
Cú thể sử dụng OXC trong một phần tớch hợp của kiến trỳc này. Nú cú thể cung cấp kiểu bảo vệ 1+1 thụng qua cỏc cầu (bridge) phớa đầu, trong khi OXC ở phớa cuối cú thể được giỏm sỏt để chuyển mạch một cỏch linh hoạt giữa hai cổng quang đầu vào. Hỡnh thức chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang này sẽ chống lại hiện tượng đứt cỏp ở mức cao nhất cú thể.
Trong những năm tới, cỏc hỡnh thức khụi phục và duy trỡ mạng sẽ được cải tiến đỏng kể. MPLS là một trong những hỡnh thức này. Nú cho phộp mạng quang thực hiện khụi phục và chuyển mạch bảo vệ đường tại tầng IP chứ khụng phải là tầng quang.
-Định tuyến theo bước súng
Một khả năng độc đỏo nhất của mạng hoàn toàn quang là cho phộp định tuyến theo bước súng. Cỏc bước súng của tớn hiệu, trạng thỏi của cỏc kết nối chuyển mạch và sự thay đổi của cỏc bước súng sẽ quyết định đường truyền tớn hiệu thụng qua mạng.
OADM cú thể kết nối với cỏc router IP và cú thể thiết lập một đường quang giữa chỳng (đường quang là đường mà cỏc tớn hiệu quang truyền qua để đến đớch). Trong quỏ trỡnh truyền dẫn, tớn hiệu cú thể qua vài bộ biến đổi bước súng. Nhưng một đường bước súng là một đường quang mà khụng đi qua cỏc bộ biến đổi bước súng. Cỏc router cần phải biết về cấu hỡnh mạng. Điều này cú thể thực hiện nhờ cỏc giao thức định tuyến động. Như vậy, khi cấu hỡnh mạng thay đổi thỡ định tuyến lưu lượng cũng thay đổi theo.
Cú hai giải phỏp cho vấn đề định tuyến:
+ Giải phỏp định tuyến riờng cho mạng IP/WDM: gồm hai bước là ấn định định tuyến và ấn dịnh bước súng. Việc định tuyến trong mạng WDM cú liờn quan đến việc ấn định bước súng và định tuyến (RWA). Việc này được chia thành hai quỏ trỡnh khỏc nhau và được xử lý riờng theo cỏc kỹ thuật đó biết. Độ phức tạp của