CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRONG MẠNG WDM
3.3. Bảo vệ mạng mesh WDM
Trong cấu trúc hình lưới (mesh), đảm bảo duy trì mạng là bài toán phức tạp hơn rất nhiều so với cấu hình ring vì số đường đi rất lớn. Ngoài ra, trên thực tế vẫn chưa có phương thức bảo vệ đối với mạng hình lưới với phạm vi lớn được thực hiện, và bởi vậy các kỹ thuật được đề cập ở đây đều có khả năng là sự lựa chọn tối ưu trong tương lai.
Bảo vệ theo tuyến ở mức OCh hiển nhiên là rất phù hợp đối với mạng hình lưới.
Để thoả mãn yêu cầu bảo vệ, cần thiết lập một cặp tuyến quang hoạt động và dự phòng đối với mỗi kết nối (hình 3.4). Để cho cơ chế bảo vệ hiệu quả thì các liên kết của tuyến hoạt động và tuyến dự phòng phải độc lập với nhau, độc lập ở đây theo nghĩa xảy ra sự cố. Trong rất nhiều trường hợp, điều kiện này được thoả mãn bằng cách thiết lập 2 tuyến quang trên 2 tuyến cáp riêng biệt: nghĩa là tuyến hoạt động và tuyến dự phòng không được dùng chung bất cứ liên kết nào. Trong trường hợp bảo vệ 1:N, lưu lượng có mức ưu tiên không cao có thể được truyền tải trên tuyến bảo vệ khi không có sự cố, nhưng vẫn cần có báo hiệu giữa 2 nút đầu cuối (hình 3.4a). Bảo vệ theo tuyến dành riêng cũng tiêu tốn khá nhiều tài nguyên trong mạng hình lưới do ràng buộc tách rời giữa tuyến hoạt động và tuyến dự phòng. Bảo vệ dùng chung có thể được áp dụng theo nghĩa đầu cuối-đầu cuối
sử dụng 1 tuyến dự phòng cho N tuyến hoạt động có chung cặp nút nguồn-đích (hình 3.4b). Kỹ thuật này là trường hợp đặc biệt của dùng chung và được gọi là 1:N.
Hình 3.4. Bảo vệ tuyến trong mạng hình lưới a) 1:1 và b) 1:3
Điều quan trọng cần lưu ý là sử dụng chung sẽ cho phép tiết kiệm tài nguyên truyền dẫn nhưng cũng yêu cầu quản lý phức tạp hơn. Trong bảo vệ 1:1 và 1:N, khi xuất hiện lỗi, chỉ các nút cuối mới liên quan đến tiến trình khối phục bởi tuyến dự phòng đã được thiết lập từ trước. Khi bảo vệ dùng chung được thiết lập trong mạng hình lưới, mỗi lỗi xuất hiện sẽ kích hoạt các thủ tục khôi phục rất phức tạp và yêu cầu rất nhiều báo hiệu giữa các phần tử mạng. Nghĩa là, trên thực tế cần cấu hình lại tất cả các OXC có kết cuối sử dụng kênh WDM dùng chung đó (hình 3.5) tuỳ theo tuyến quang hoạt động nào cần khôi phục. Điều này chắc chắn sẽ dẫn đến trễ khôi phục là thời gian vận chuyển các bản tin báo hiệu tới tất cả các phần tử mạng liên quan cộng với thời gian cấu hình lại tại tất cả các OXC liên quan. Và cũng bởi vì bảo vệ dùng chung được lập kế hoạch từ trước nên các hoạt động khôi phục nên được điều khiển phân tán hơn là điều khiển tập trung, bởi vậy cũng loại bỏ phần nào sự can thiệp của hệ thống quản lý mạng và giảm được
lượng báo hiệu. Trong trường hợp này, các OXC phải có khả năng nhận dạng các tuyến quang bị lỗi để thực hiện tác vụ chuyển mạch.
Hình 3.5. Các cấu hình mạng khác nhau khi xảy ra sự cố đối với w1 và w2
Trong mạng WDM, bảo vệ theo liên kết ở mức OMS có thể vẫn được ưa chuộng hơn so với bảo vệ theo tuyến xét theo khía cạnh nào đó (hình 3.6). Ở các mạng có cấu hình topo phức tạp, cơ chế khôi phục cục bộ, phù hợp với điều khiển phân tán hơn điều khiển tập trung, xem ra dễ quản lý hơn cơ chế khôi phục đầu cuối-đến- đầu cuối. Bảo vệ theo liên kết dùng chung có thể được thực hiện theo nhiều cách.
Điển hình là các phương thức bảo vệ liên kết lập kế hoạch trước dựa trên khái niệm loopback-by-ring và kỹ thuật generalized-loopback.
Hình 3.6. Bảo vệ theo tuyến trong mạng hình luới
Về bản chất, một mạng hình lưới có thể được tạo ra bằng cách kết nối nhiều vòng ring. Đó chính là cách thức quản lý các mạng WDM hiện nay. Việc chuyển mạch giữa các ring trong mạng như vậy được thực hiện ở phần điện thường là bằng các phần tử SDH/SONET đấu nối chéo. Và như vậy, việc duy trì mạng trong mạng WDM đa ring thường được đảm bảo bởi các kỹ thuật SDH/SONET.
Để xây dựng phương thức bảo vệ cho mạng hình lưới, người ta tạm thời bỏ kiến trúc đa ring và tập trung vào mạng hình lưới “thực sự”, nghĩa là mạng được kết nối hình lưới và sử dụng OXC để thực hiện chức năng chuyển mạch quang trên mạng. Nguyên lý đấu vòng theo ring (loopback-by-ring) có thể được áp dụng cho mạng hình lưới “thực sự” như sau: Trước hết, mạng được tách rời thành các tập sợi quang, mỗi tập quản lý như một vòng ring. Mỗi ring sẽ được bảo vệ theo phương thức bảo vệ OMS chẳng hạn OMS-SPRing. Như vậy, mỗi ring sẽ được coi như một hệ thống có bảo vệ, khi có sự cố mạng sẽ đấu vòng để tránh kết nối bị lỗi. Ưu điểm rừ nhất của phương ỏn này là nú cho phộp khụi phục theo kiểu phân tán: mỗi vòng ring là một hệ thống khôi phục tự động. Điều này cũng có nghĩa thời gian khôi phục bị giới hạn chủ yếu bởi kích thước của ring.
Bài toán chủ yếu liên quan đến phương thức đấu vòng theo ring chính là cách thức tách rời mạng hình lưới thành các vòng ring. Trên thực tế, chỉ cần cấu hình vật lý của mạng có ít nhất 2 cạnh nối với nhau thì việc khôi phục là hoàn toàn có thể thực hiện được. Việc này được thực hiện với nhiều ràng buộc: giảm thiếu tài nguyên mạng, phương thức điều khiển phân tán, thời gian khôi phục nhanh, bảo vệ càng nhiều tuyến càng tốt và đảm bảo phạm vi bảo vệ khi mạng được mở rộng.
Phương án tách rời lưới theo ring đầu tiên là phương thức node-cover: một tập ring được chọn sao cho mỗi nút mạng nằm trên ít nhất 1 ring. Như vậy node- cover không cần thiết phải trùm lên tất cả liên kết trong mạng và các liên kết không nằm trong ring sẽ không được bảo vệ. Ý tưởng này không giống với trường hợp ring-cover: mỗi liên kết trên mạng phải thuộc về ít nhất một ring. Điều kiện cần như vậy đảm bảo tất cả các liên kết của mạng sẽ được bảo vệ nhưng lại không có ràng buộc về tài nguyên mạng: mỗi liên kết có thể thuộc về rất nhiều ring.
Một kỹ thuật ring cover khác được gọi là bảo vệ đa ring tự hàn WDM (M- WSHR). Thiết kế mạng có bảo vệ dựa trên kỹ thuật M-WSHR gồm 3 bước: trước hết, tất cả lưu lượng làm việc phải được định tuyến mà không xác định dự phòng (bước WL), sau đó xác định ring cover cho mạng (bước RC) và cuối cùng dung lượng dự phòng được tính toán theo từng ring (bước SW). Bước cuối cùng có thể được thực hiện theo chế độ dùng chung hoặc dành riêng. Ở chế độ dành riêng, mỗi liên kết của ring được bảo vệ bởi các tuyến dự phòng của chính nó. Ở chế độ này, có thể duy trì mạng hoàn toàn nhưng lượng kênh WDM cần phân bổ là rất lớn. Ở chế độ dùng chung, mỗi ring chính là OMS-SPRing 4 sợi. Tất cả các sợi dự phòng có hướng cùng chiều kim đồng hồ được trang bị số bước sóng bằng với số kênh WDM cấp phát cho lưu lượng hoạt động trên sợi cáp ngược chiều kim đồng hồ có tải lớn nhất. Áp dụng tương tự đối với các sợi có hướng ngược lại.
Hình 3.7. Kỹ thuật bảo vệ double-cycle-cover
...
Một phương thức ring cover khác nữa là double-cycle-cover: các vòng tròn được chọn sao cho mỗi liên kết xuất hiện trong ít nhất 2 ring (hình 3.8). Về mặt lý thuyết, phương thức này có thể áp dụng trong cả hệ thống 4 sợi hoặc 2 sợi nhưng trên thực tế việc sử dụng bảo vệ double-cycle-cover trong hệ thống 2 sợi là hoàn toàn không khả thi nếu không sử dụng các bộ chuyển đổi bước sóng do ràng buộc về tính liên tục của bước sóng khi mà cả tuyến hoạt động và dự phòng đều sử dụng chung sợi cáp. Tuy vậy, việc xác định 2 vòng tròn bao trùm lên mạng với ràng buộc giảm thiểu số lượng các bộ chuyển đổi bước sóng vẫn là bài toán không dễ giải quyết.
Kỹ thuật vòng tròn bảo vệ (p-cycle) dựa trên tính chất của ring để bảo vệ không chỉ các liên kết của ring mà còn bảo vệ các liên kết thẳng kết nối 2 nút kề nhau (hình 3.8). Trên thực tế, các liên kết thẳng hình sợi này dẫn đến việc bảo vệ kép
bởi trên p-cycle luôn có 2 tuyến bảo vệ ngược hướng nhau (hình 3.8b). P-cycle cho phép tiết kiệm nguồn dự phòng và là phương thức bảo vệ có cấu trúc sử dụng tài nguyên hiệu quả. Tuy nhiên, việc xác định các vòng tròn theo ràng buộc cho trước cũng là bài toán khó.
Hình 3.8. Bảo vệ p-cycle
Bảo vệ theo liên kết trong mạng hình lưới có thể sử dụng một kỹ thuật hơi khác so với các kỹ thuật đã trình bày ở trên gọi là đấu vòng suy rộng (generalized loopback). Xây dựng mô hình mạng sao cho nó có thể chia nhỏ làm 2 đồ thị con liên hợp có hướng với điều kiện là mỗi liên kết của mạng phải nằm trên 1 cung của mỗi đồ thị con và theo 2 hướng ngược nhau (hình 3.9). Một trong 2 đồ thị được chọn để tượng trưng cho trạng thái hoạt động của mạng, đồ thị kia coi như dự phòng. Khi sự cố xuất hiện, nút gần sự cố sẽ thực hiện đấu vòng các kênh hoạt động sang sợi cáp thuộc đồ thị bảo vệ. Phương thức này đặc biệt phù hợp với kiểu điều khiển phân tán.
Hình 3.9. Bảo vệ generalized loopback