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
thi ở tầng đoạn ghép kênh quang nên tất cả các kênh quang trên cùng một chặng sẽ được bảo vệ đồng thời khi xuất hiện sự cố. Khi xem xét bảo vệ OMS giữa các OADM trong một kiến trúc ring yêu cầu phải sử dụng các chuyển mạch kép hoặc các chuyển mạch đơn có hỗ trợ biến đổi bước sóng tại mỗi nút.
Xét trường hợp đơn giản nhất OMS – DPRing hai sợi sẽ dành riêng một sợi để bảo vệ cho lưu lượng truyền trên sợi hoạt động ở hướng ngược lại.
Khi xuất hiện một sự cố nút hay sự cố đoạn, các nút kế cận với sự cố sẽ định tuyến lại lưu lượng từ trên sợi hoạt động lên sợi bảo vệ. Dưới đây là mô hình chức năng của một nút OMS – DPRing.
Bộ ghép kênh Bộ khuếch đại Hướng tây
Hình 2.12 Mô hình chức năng của một nút OMS – DPRing hai sợi
Lớp OTS Lớp OMS Lớp OCh Hướng đông Sợi hoạt động Sợi dự phòng Sợi dự phòng hoạt động Hình b Nút D Nút C Nút B Nút A Nút D Nút C Nút B Nút A
Hình 2.11 OMS – DPRing hai sợi ở điều kiện bình thường và khi có sự cố Hình a
2.3.2.3 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình vòng ring (OMS – SPRing)
Kiến trúc này có thể áp dụng cho ring hai sợi hoặc bốn sợi. Các liên kết logic trực tiếp nút - tới - nút có thể được thiết lập sử dụng các bước sóng khác nhau, cho phép ta xây dựng nên các lưới logic kết nối mỗi nút tới nút khác trong ring.
Bảo vệ được thực thi ở mức đoạn ghép kênh, dung lượng của mỗi sợi mang cả các bước sóng hoạt động và bước sóng bảo vệ. Ví dụ một hệ thống WDM hai sợi có 16 bước sóng, trên sợi truyền cùng chiều kim đông hồ cấp một nửa đầu (8 bước sóng) của dải bước sóng cho các kênh lưu lượng hoạt động, một nửa còn lại dùng để bảo vệ các kênh hoạt động truyền trên sợi kia (đi ngược chiều kim đồng hồ). Trên sợi đi ngược chiều kim đồng hồ thì đảo ngược lại, nửa đầu của dải bước sóng dùng để bảo vệ các kênh hoạt động truyền trên sợi đi cùng chiều kim đồng hồ, còn nửa sau dùng cho các kênh lưu lưọng hoạt động khác.
xli Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ
Nếu một đoạn hay một nút bị sự cố, các nút kế cận sự cố thực hiện chuyển mạch bảo vệ định tuyến lại các bước sóng hoạt động truyền trên sợi bị sự cố lên các bước sóng bảo vệ của sợi đi theo hướng ngược lại.
• OMS – 2 SPRing cho vòng ring hai sợi hai hướng.
Trên sợi thứ nhất các bước sóng làm việc từ 1 tới W/2, nửa còn lại dành cho bảo vệ. Trên sợi thứ hai các bước sóng làm việc từ W/2 tới W, nửa còn lại dành cho bảo vệ. Khi hồi phục được thực hiện bởi chuyển mạch 2×2. Trong trường hợp lưu lượng bị sự cố có thể loop mà không bị xung đột bước sóng
Khi xuất hiện sự cố đoạn, các tuyến hoạt động được định tuyến lên các sợi bảo vệ ở cùng bước sóng hoạt động.
xlii
Chuyển mạch 22
Khi xuất hiện sự cố nút thì OMS – 2 SPRing được thực thi bởi chuyển mạch 2×2. Bình thường tuyến hoạt động được định tuyến lên ring của sợi phía ngoài, sau khi xuất hiện sự cố nút thì tuyến được chuyển mạch lên ring của sợi ở phía trong tại cùng bước sóng hoạt động.
Dưới đây là mô hình chức năng của một nút OMS – SPRing kế cận sự cố sử dụng chuyển mạch kép để chuyển mạch bảo vệ ở phía xảy ra sự cố (đứt cáp hoặc sự cố nút). Mô hình này được xây dựng dựa trên mô hình SDH MS – SPRing, các chức năng thích ứng OMS được xác định tuỳ thuộc vào các hệ thống cụ thể (ví dụ chúng ta sẽ có chức năng OMSA – 16 trong hệ thống WDM 16 bước sóng) nhưng nó chỉ cung cấp cho các kênh hoạt động hoặc bảo vệ chứ không phải tất cả 16 kênh. Khi thiết kế thực thi cần xem xét đến việc thực hiện giám sát các sự cố như thế nào nếu tái sử dụng bước sóng.
xliii
Hình 2.17 Ring hai sợi hai hướng bảo vệ sự cố nút OMS – 2 SPRing
Hướng tây
Hình 2.18 Mô hình chức năng của một nút OMS – SPRing hai sợi kế cận với sự cố
Lớp OTS Lớp OMS Lớp OCh Hướng đông Bộ ghép kênh Bộ khuếch đại Lớp SDH hoặc IP hoặcATM
Trong phương thức chuyển mạch quang 2×2 thì nó thích hợp với chuyển mạch bảo vệ mà yêu cầu độ tổn thất nhỏ (khoảng 1dB) và tốc độ chuyển mạch nhanh (khoảng 20 ms). Cấu hình nút bao gồm một OADM cho một sợi, một chuyển mạch quang nhanh chéo 2×2 ở mỗi phía của nút, và có thể sử dụng bộ khuyếch đại quang nếu cần. Vị trí tốt nhất để đặt bộ khuyếch đại quang là ở giữa OADM và chuyển mạch quang để có thể sử dụng các bộ khuyếch đại quang hạn chế những tổn thất phụ ở trạng thái bảo vệ.
Dưới đây là các cấu hình của các nút có sử dụng chuyển mạch quang.
xliv EDFA EDFA SDXC OADM OADM OS 2 OS 1 Sợi 1 Sợi 2
Hình 2.19 Cấu hình của một nút sử dụng chuyển mạch quang22 (cross - bar)
EDFA EDFA SDXC OADM OADM OS 2 OS 1 Sợi 1 Sợi 2 OS 3 OS 4
• OMS – 4 SPRing cho vòng ring 4 sợi - hai hướng.
Với trường hợi này mỗi chặng có bốn sợi quang, mỗi cặp sợi quang dùng để truyền lưu lượng hoạt động, một cặp sợi quang kia dành cho dự phòng bảo vệ cho cặp làm việc (50% tổng dung lượng cho bảo vệ). Khi xảy ra sự cố các chuyển mạch bảo vệ được thực hiện bởi các chuyển mạch 2×2 theo kỹ thuật quang cơ hay kỹ thuật khác.
Khi xảy ra sự cố đoạn thì Ring được hồi phục bằng việc sử dụng chuyển mạch bảo vệ tại hai nút kế cận với đoạn bị sự cố để nối vòng lưu lượng trên các sợi hoạt động lên các sợi bảo vệ. Yêu cầu có báo hiệu để phối hợp chuyển mạch ở cả hai nút kết cuối đoạn bị sự cố.
Ví dụ có phiên truyền thông hai hướng giữa nút A và nút C khi xảy ra sự cố đoạn giữa nút A và nút D như hình vẽ 2.22 trong đó hình a là trường hợp ở điều kiện bình thường còn hình b ở điều kiện xảy ra sự cố. Khi xảy ra sự cố thì xuất hiện kênh báo hiệu giữa nút A và nút D sau đó hai nút này thực hiện chuyển mạch bảo vệ chuyển các bước sóng lên kênh dự phòng.
xlv
Hình 2.21 Ring bốn sợi hai hướng chuyển mạch bảo vệ đoạn ghép kênh
Sợi bảo vệ
Hình 2.22 Ring bốn sợi hai hướng sự cố đoạn OMS – 4SPRing
Sợi bảo vệ Sợi bảo vệ
Nút C
Nút A Nút D Nút A Nút D
Nút C Nút B
Nút B
Đường bảo vệ thứ nhất hoạt động Đường bảo vệ thứ hai hoạt động
Kênh báo hiệu
2.4 Các phương pháp bảo vệ trong kiến trúc liên kết giữa các lớp quang
2.4.1 Lựa chọn các kiến trúc mạng tham chiếu
Trong thực tế các mạng quang thường được xây dựng theo kiến trúc phân cấp, mỗi cấp có thể xem như một miền mạng con. Các miền mạng con được triển khai thường sử dụng các cấu hình cơ bản như CS – Ring, OMS – Ring, và cấu hình lưới quang của các OXC.
• CS – Ring là một kiến trúc thuận lợi cho việc kết hợp các chức năng SDH của các thiết bị sẵn có trên mạng (định tuyến và bảo vệ MS) với chức năng định tuyến quang của các nút logic.
• OMS – SPRing là một kiến trúc mạng toàn quang tiên tiến hỗ trợ thực thi cả định tuyến và bảo vệ quang. Do đó kiến trúc này rất quan trọng đối với việc lập kế hoạch cho các mạng quang.
• Kiến trúc lưới quang của các OXC hỗ trợ định tuyến và hồi phục quang giúp đơn giản hoá sự phức tạp khi xây dựng các mạng cấu hình lưới dung lượng cao từ các thiết bị tầng điện.
Dựa trên ba cấu hình cơ bản CS – Ring, OMS – SPRing, và cấu hình lưới quang của các OXC chúng ta xây dựng bốn kiến trúc mạng tham chiếu sau:
• Kiến trúc CS – Ring hai mức: hình 2.23 thể hiện một kiến trúc CS- Ring/CS hai mức.
Đây là một kiến trúc phân cấp gồm hai CS – Ring liên kết với nhau thông qua các kết nối chéo SDH. Ưu điểm chính của kiến trúc này là việc cấp phát bước sóng có thể được lập kế hoạch cho mỗi Ring một cách độc lập.
• Kiến trúc OMS – SPRing hai mức: hình 2.24 thể hiện kiến trúc OMS- SPRing hai mức. xlvii λk λi λi λi CS - Ring CS - Ring CS - Ring
Hình 2.23 Kiến trúc CS - Ring/CS - Ring
λi λi λk λi
OMS - SPRing
Hình 2.24 Kiến trúc OMS – SPRing hai mức
OMS - SPRing
Ưu điểm chính của kiến trúc này là kết nối quang giữa các Ring. Trong các hub khả năng mềm dẻo mức kênh quang phụ thuộc vào dung lượng kết nối chéo quang mà các OADM cung cấp.
• Kiến trúc hai mức lưới/Ring: hình 2.25 thể hiện kiến trúc lưới quang/ OMS-SPRing hai mức.
Đây là một kiến trúc có nhiều hứa hẹn ứng dụng nhất trong tương lai. Lưu lượng ở các Ring lớp dưới được tập hợp và truyền tải bởi lớp bên trên có lưu lượng rất cao giống như trong mạng SDH truyền thống. Trong một mạng lớn các OXC có thể có chức năng biến đổi bước sóng nhằm thiết lập rất nhiều tuyến quang. Phương thức bảo vệ kết nối mạng con (OSNCP) (bảo vệ tuyến 1+1) có thể là một lựa chọn cho kiến trúc này.
• Kiến trúc hai mức Ring/lưới: hình 2.26 thể hiện kiến trúc OMS-SPRing/ lưới quang hai mức.
xlviii
λk λi
λi λi
OMS - Ring OMS - Ring
Hình 2.25 Kiến trúc lưới quang/OMS - SPRing
OXC OXC OXC OXC λk λi λi OXC OMS - SPRing λi OXC OXC OXC OXC OXC OXC OXC
Trong một số trường hợp kiến trúc này có thể cung cấp một giải pháp tối ưu, khi đó ta sẽ có một Ring quang dung lượng rất cao liên kết giữa các mạng con có cấu hình lưới ở tầng dưới. Vấn đề bảo vệ tương tự kiến trúc hai mức lưới/ring.
Bảng 2.1 So sánh một số tham số của bốn kiến trúc mạng tham khả.
Các tham số CS – Ring hai mức OMS-SPRing hai mức OMS – SPRing/ lưới quang Lưới quang/ OMS - SPRing Kết nối SDH(VC- 4/3/12) Quang(OC) bị hạn chế
Quang (OC) Quang(OC) (VC-4/3/12) Phục hồi ở
tầng quang
Không Có (hạn chế) Có (hạn chế) Có
Mềm dẻo SDH OXC Giới hạn Tốt Tốt
Mức kết nối VC4 Bước sóng Bước sóng Bước sóng
Mức độ Thấp Tốt Tốt Tốt
Thiết bị Hub SDXC OADM OXC OXC(SDXC)
Loại mạng con Ring Ring Ring/OXC/Link Ring/OXC/Link
2.4.2 Liên kết giữa các mạng con và vấn đề bảo vệ
Hoạt động liên kết bảo vệ giữa các miền mạng quang phụ thuộc vào chức năng và đặc tính của các nút kép liên kết giữa các mạng con. Nhằm đơn giản hoá chủ đề phức tạp này ta chỉ tập trung vào phân tích kiến trúc mạng vòng ring hai sợi.
Trong các mạng quang thực tế, hai ring con thường liên kết với nhau thành một ring kép thông qua hai nút OADM và tạo lên hai kiến trúc: kiến trúc ring ảo (VRA), kiến trúc tách và chuyển tiếp.
2.4.2.1 Bảo vệ với kiến trúc ring ảo(VRA)
Kiến trúc ring ảo ban đầu có thể chỉ được ứng dụng cho OC - DPRing. Phương thức định tuyến và bảo vệ được chỉ ra trên hình 2.27a sử dụng các nút liên kết để chuyển tiếp viền (border) giữa các vòng ring tại cùng bước sóng.
Đối với OMS-SPRing như chỉ ra trên hình 2.27b cần thiết lập các bước sóng từ A tới B, và định tuyến các bước sóng theo một tuyến đường tách biệt. Trong thực tế hoạt động bảo vệ ở tầng OMS được kết hợp với phân tập tuyến ở tầng OCh. Các phương thức bảo vệ được áp dụng để phục hồi một sự cố nút hoặc đoạn liên kết xảy ra trong mỗi ring, còn chiến lược phân tập tuyến được dùng để phục hồi kết nối đối với sự cố đoạn liên kết giữa hai ring. Tuy vậy nếu các bước sóng nàycùng mang các kết nối tầng client như nhau thì giải pháp này sẽ tồi hơn giải pháp ứng dụng VRA trên các OC - DPRing, vì nó yêu cầu băng thông gấp đôi mà không tăng được độ khả dụng. Nói chung khi ứng dụng phân tập tuyến tính thì mỗi tuyến giữa một cặp nút chỉ mang một nửa các kết nối tầng client giữa hai nút đó, dẫn đến hai hệ quả:
• Số lượng bước sóng mang trên tầng quang theo nguyên lý chỉ được một nửa nếu không thì sẽ không cung cấp được tài nguyên dự phòng mặc dù điều này có thể càng làm giảm thêm mức sử dụng thấp của các kênh quang khi lượng nhu cầu tầng client không đủ lớn.
• Khả năng phục hồi nhanh các kết nối client chống lại các sự cố được thực thi tại một trong hai tầng gần sự có hơn.
Trên thực tế trong những trường hợp này kiến trúc hình 2.27b sẽ truyền một nửa số kết nối của tầng client giữa hai nút A, B trên bước sóng λ1 và một nửa còn lại trên bước sóng λ2. Do đó nó có thể:
• Phục hồi tất cả các kết nối client khi xảy ra một sự cố nút đơn hoặc sự cố đoạn đơn trong mỗi ring.
• Chỉ phục hồi một nửa các kết nối client khi xảy ra một sự cố đoạn liên kết. Điều này giúp tăng cường hiệu quả sử dụng tài nguyên như khi sử dụng VRA trên OCh-DPRing nhưng lại giảm khả năng phục hồi nhanh liên kết. Do đó phương thức trong hình 2.27b không thể được xem như một liên kết dual- homing. l L1 L2 L3 L4 Nút A Nút B L1 L2 L3 L4 Nút A Nút B Hình a Hình b
2.4.2.2 Các kiến trúc ring ảo cải tiến
Có một số kiến trúc khác có thể tăng cường hiệu năng của VRA trên OCh - DPRing mà không nhất thiết phải sử dụng chức năng tách và chuyển tiếp quang là giải pháp sử dụng một single - homing trên các ring liên kết vật lý với nhau qua các nút kép. Hình 2.28 miêu tả kiến trúc này trong các trường hợp OCh - DPRing và OMS - SPRing. Liên kết logic là một single-homing vì mỗi bước sóng được tách từ ring bởi duy nhất một OADM.
Mục đích ở đây là sử dụng mỗi bước sóng để truyền một nửa số kết nối tầng client nên về mặt nguyên lý thì yêu cầu tài nguyên giống như trường hợp của VRA trên OCh – DPRing (hoặc tốt hơn tương đương với OMS-SPRing). Mỗi mạng con (SSN ví dụ một ring) không chỉ phục hồi một sự cố nút đơn hoặc sự cố đoạn đơn, mà có thể cho phép chống lại cả trường hợp nhiều xảy ra sự cố (mỗi sự cố trên một ring) giữa nút A và B. Nhưng cả hai kiến trúc này đều kém hơn kiến trúc sử dụng VRA trên OCh - DPRing tại các nút liên kết: chỉ phục hồi một nửa số kết nối tầng client khi xảy ra sự cố tại vị trí liên kết. Nếu thực thi bảo
vệ cục bộ 1:N các kênh quang liên kết giữa L1 và L3,giữa L2 và L4 để vượt qua điểm yếu này thì giải pháp này cũng khá hiệu quả về mặt chi phí.
Nhìn toàn cảnh một mạng quang ta có thể thấy nó được cấu thành từ một mạng lõi (mạng trục – back bone) và các mạng con thành phần liên kết với mạng lõi mạng lõi và liên kết với nhau. Các kịch bản bảo vệ trong các mạng WDM được phân tích trong các cấu trúc tô – pô cơ bản như đường thẳng, vòng