Đầu tiên chúng ta sẽ tính toán số bước sóng cần thiết theo mỗi thuật toán trong trường hợp mỗi cặp nút ij yêu cầu cùng một QoRij. Cụ thể hơn, giả sử xét cặp nút 3,4 trong mạng NSFNET ở hình 4.9, nếu tuyến hoạt động được thiết lập là [D → E] và tuyến dự phòng là [D → B → C → F → E] thì thời gian khôi phục cực đại là: ∑ = + + + × + = α x S k conf x node k k x d D H D RT ( 1) ( 1) = 2.8 + 1*4 + 0 = 6.8ms.
Nếu tuyến quang được thiết lập theo đường khác thì thời gian khôi phục cực đại sẽ lớn hơn 6.8ms. Bởi vậy, 6.8ms là giá trị thời gian khôi phục cực đại nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo cho cặp nút 3,4. Ởđây, nếu Dmin và Dscale lần lượt bằng 5ms và 1ms thì thời gian khôi phục cực đại để đảm bảo QoR2 là 6ms và ở QoR3 là 7ms. Như vậy, QoR34(1) được ánh xạ bằng QoR2.
Số bước sóng cần sử dụng so với QoRij 0 10 20 30 40 50 60 70 80
QoRij(1) QoRij(3) QoRij(5) QoRij(7) QoRij(9) QoRij(11) QoRij(13) QoRij(15) QoRij(17) QoRij(19)
Graph No protection
Hình 4.10. Số bước sóng cần sử dụng tương ứng với từng mức QoRij
Ở ví dụ này, tất cả các cặp nút ijđược giả thiết là yêu cầu mức QoR đồng nhất để dễ dàng chỉ ra mối quan hệ giữa QoRij và số bước sóng cần thiết.
Trên hình vẽ 4.10, trục hoành chỉ thị mức chỉ tiêu chất lượng mà các cặp nút ij yêu cầu còn trục tung chỉ thị số bước sóng cần thiết để thiết lập các tuyến hoạt động/dự phòng thoả mãn tiêu chuẩn QoR đó. Trong đó đường ký hiệu “No protection” chỉ thị số bước sóng cần sử dụng khi hệ thống không có dự phòng. Ta có thể nhận thấy, hệ thống có hiệu quả ở mức QoRij = 5. Đó là bởi vì khi yêu cầu thời gian khôi phục nhanh (mức QoRij nhỏ) thì miền bảo vệ (protection domain) của mỗi tuyến sẽđược thu hẹp dần dẫn đến tài nguyên mạng cần sử dụng phải lớn, tương tự khi thời gian khôi phục dài (QoRij lớn), thì số chặng của tuyến dự phòng sẽ tăng lên nhiều do vậy bước sóng cần sử dụng trong trường hợp này cũng lớn.
Hệ thống đạt được sự thoả hiệp tối ưu ở mức QoRij = 5. Khi đó, số bước sóng cần sử dụng là thấp nhất và xác suất từ chối thiết lập kết nối khi không có đủ tài nguyên bước sóng cũng là nhỏ nhất (hình 4.11). Số kết nối bị từ chối (blocked) 0 20 40 60 80 100 120 QoRi j(1) QoR ij(3) QoR ij(5) QoR ij(7) QoRi j(9) QoR ij(11 ) QoR ij(13 ) QoRi j(15) QoR ij(17 ) QoR ij(19 ) W=20 W=40 W=50
Hình 4.11. Số kết nối bị từ chối khi giới hạn tài nguyên bước sóng
Trên hình vẽ 4.11. trục hoành chỉ thị mức tiêu chuẩn QoRij yêu cầu tại mỗi cặp nút, còn trục tung chỉ số kết nối không được cấp phát tài nguyên bước sóng (bị từ chối) khi giới hạn số bước sóng sử dụng W lần lượt bằng 20, 40 và 50.
4.6. Kết luận và các hướng nghiên cứu tiếp theo
Bài luận đã giới thiệu được QoR là một khái niệm mới của QoS xét về độ tin cậy của mạng WDM. Cùng với khái niệm QoR, việc bảo vệ mạng không chỉ đơn thuần là xác định các tuyến dự phòng đảm bảo an toàn cho mạng, mà còn là xác định tuyến dự phòng đảm bảo thoả mãn yêu cầu hồi phục mạng sau khoảng thời gian được yêu cầu bởi người sử dụng.Tương ứng với mỗi cặp nút nguồn đích ij, bài luận cũng đưa ra chỉ tiêu QoRij và dựa trên khái niệm này đểđề xuất một thuật toán thực nghiệm để thiết kế cấu hình logic cho mạng WDM với các phương thức bảo vệ thoả mãn tiêu chí QoRij.
Mục đích của thuật toán là giảm thiểu số bước sóng cần sử dụng để mang thông tin cũng như phục vụ mục đích bảo vệ. Các kết quả tính toán được với lưu lượng giảđịnh dựa trên thuật toán này cũng cho thấy ...
Đây là một hướng nghiên cứu thú vị và vẫn còn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục được giải quyết. Trong bài luận này, các cặp nút nguồn đích ijđược giả thiết có yêu cầu mức QoR giống nhau trong khi trên thực tế lưu lượng giữa các nút sẽ yêu cầu các lớp QoR khác nhau. Bởi vậy thuật toán sẽ phải tiếp tục phát triển để có thể thiết kế cấu hình logic cho mạng với các mức QoR không giống nhau thậm chí cho cùng một cặp nút ij.
Bài luận hiện nay cũng giả thiết lưu lượng lưu thông trong mạng ở mức thấp và khả năng của thiết bị là hoàn toán đáp ứng được. Trong tương lai, khi lưu lượng tăng lên vượt quá dung lượng của thiết bị hiện thời, khi đó cần phân bổ cho các hướng có lưu lượng cao không chỉ một mà phải 2, 3 hay tổng quát hơn là n bước sóng. Như vậy vấn đề gán bước sóng cho tuyến hoạt động và dự phòng sẽ phức tạp hơn. Đây là một chủđề cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện.
Việc áp dụng bài toán thiết kế mạng logic thoả mãn tiêu chí QoR đối với mạng có sử dụng các bộ chuyển đổi bước sóng cũng là một hướng nghiên cứu cần được triển khai.
Một hướng nghiên cứu khả thi khác là về các nâng cao độ tin cậy của các lớp phía trên của WDM. Bài luận này đưa ra giả thiết rằng việc bảo vệ được thực hiện hoàn toàn ở lớp WDM. Tuy nhiên, các lớp phía trên WDM cũng có khả năng thức hiện chức năng bảo vệ, chẳng hạn như chức năng khôi phục ở lớp IP.
CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADM Add Drop Multiplexer Thiết bị xen/rẽ lưu lượng APS Automatic Protection Swtching Chuyển mạch bảo vệ tựđộng ASE Amplified Spontanneour Emission Bức xạ tự phát khuếch đại BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit
BLID Backup lighpath id Số nhận dạng tuyến dự phòng DP Dedicated Protection Bảo vệ dành riêng
DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi dịch tán sắc DXC Digital Cross Connection Đấu nối chéo số
EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuyếch đại quang sợi FAR Fixed Alternative Routing Định tuyến thích nghi cốđịnh FWM Four-way mixing Trộn bốn sóng
IEC International Electrotechnical Committee Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế
ILP Integer Linear Programming Quy hoạch tuyến tính nguyên ITU-T International Telecommunication Liên minh viễn thông quốc tế
LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn MS Multiplex Section Đoạn ghép kênh
MSDPRING Multiplex Section Delicated Protection Ring Ring bảo vệ riêng đoạn ghép kênh MSP Multiplex Section Protection Bảo vệđoạn ghép kênh
MSSPRING Multiplex Section Sharing Protection Ring Ring bảo vệ chung đoạn ghép kênh NE Network Element Phần tử mạng
OA Optical Amplifier Khuyếch đại quang OADM Optical Add Drop Multiplexer Thiết bị xen / rẽ quang
OAM Operation Adminitration and Maintenance Khai thác quản lý và bảo dưỡng OCh Optical Channel Kênh quang
OCH-
DPRing Optical Channel Dedicated Protection Ring
Ring dành riêng bảo vệ mức kênh quang
OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép kênh quang OMS-
DPRing
Optical Multiplex Section Dedicated Protection Ring
Ring bảo vệ riêng mức đoạn ghép kênh quang
OMS- SPRing
Optical Multiplex Section Shared Protection Ring
Bảo vệ chung mức đoạn ghép kênh quang
OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang OTS Optical Transmission Section Đoạn truyền dẫn quang OTU Optical Transport Unit Khối truyền tải quang
OXC Optical Cross-Connect Nối chéo quang
PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực PML Path Merge Label switched router LSR ghép tuyến
PSL Path Switch Label switched router LSR chuyển mạch tuyến REG Regenerator Trạm lặp
RS Regenerator Section Đoạn trạm lặp SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp sốđồng bộ
SLSP Short Leap Shared Protection Bảo vệ chung bước ngắn SNCP Sub-Network Connection Protection Bảo vệ kết nối mạng con SOH Section OverHead Mào đầu đoạn
SP Shared Protection Bảo vệ dùng chung SPM Self-Phase Modulation Tựđiều chế pha
SRLG Shared risk link group Nhóm liên kết chung rủi ro SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ kích thích Raman STM Synchronous Transport Module Modul truyền dẫn đồng bộ
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TMN Telecommunications Management Network Mạng quản lý mạng viễn thông WC Wavelength Conversion Chuyển đổi bước sóng
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng WL Wavelength Bước sóng
WP Wavelength Path Luồng quang (bước sóng) WRA Wavelength Routing Assignment Định tuyến và gán bước sóng XPM Cross-Phase Modulation Điều chế pha chéo
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Helsiki University of Technology, 1998, “Wavelength division multiplexing; an overview”
[2] P.S.Andre, A.L.Teixeira, “Nonlinear refractive index and chromatic dispersion simultanously measurement in non-zero dispersion shift optical fibres” [3] Erland Almström (1999), “Reconfigurable and transparent wavelength division multiplexed Optical networks, experiments, evaluation and designs”
[4] NPL report COEM by R Billington (1999), “A Report on Four-Wave Mixing in Optical Fibre”
[5] Andre Richter (2002), “Timing Jitter In Long-haul WDM Return-To-Zero Systems”
[6] Mansoor Sheik-Bahae and Michael P.Hasselbeck, Department of Physics and Astronomy (2000), “Third order optical nonlinearities”
[7] George N.Rouskas, “Routing and Wavelength Assigment in Optical WDM network”.
[8] Pin Han Ho and Hussein T.Mouftah, “A framework for Service-guaranteed shared protection in WDM mesh networks”.
[9] Guido Maier, Achille Pattavina, Simone De Patre và Mario Martinelli, “Optical Network Survivability: Protection techniques in WDM layer”, 2002 [10] Adrea Fumagalli and Luca Valcarenghi, University of Texas at Dallas, “IP restoration vs. WDM protection: Is there an optimal choice”, 2000
[11] Shin’ichi ARAKAWA, Masayuki MURATA and Hideo MIYAHARA, “Functional Partitioning for Multilayer Survivability in IP over WDM networks”, 1999.
[12] Ori Gerstel and Galen Sasaki, “Quality of Protection (QoP): A Quantitive unifying paradigm to protection service grades”.
[13] Chadi Assi, Ahmad Khali, Nasir Ghani, Abdallah Shami and Mohamed Ali, “Performance evalution of efficient shared path protection in mesh networks”. [14] Shuvendu Kumar Dang, University of Texas, 2004, “Quality of Protection (QoP) in WDM mesh networks”.
[15] Shengli Yuan and Jason P.Jue, Department of Computer and Sience, University of Texas at Dallas, “Shared protection routing algorithm for Optical Networks”
[16] Junichi Katou (2002), Osaka University, “Design Method for Logical Topologies with Quality of Reliability in WDM Networks”.
MỤC LỤC
MỞĐẦU ...1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM...3
1.1. Sự phát triển của truyền dẫn sợi quang...3
1.2. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM...4
1.2.1. Lớp quang ...4 1.2.2. Nguyên lý ghép bước sóng ...5 1.2.3. Các thành phần cơ bản trong hệ thống WDM ...7 1.3. Xuyên nhiễu ...14 1.3.1. Suy hao ...15 1.3.2. Tán sắc ...15 1.3.3. Các hiệu ứng phi tuyến ...17
1.4. Vấn đề thiết kế kỹ thuật trong mạng WDM...20
1.4.1. Thiết bị trong mạng WDM ...20
1.4.2. Vấn đề thiết kế kỹ thuật trong mạng WDM ...23
1.5. Kết cuối chương ...24
CHƯƠNG 2. MẠNG QUANG ĐỊNH TUYẾN THEO BƯỚC SÓNG ...25
2.1. Giới thiệu...25
2.2. Định tuyến và gán bước sóng tĩnh ...28
2.3. Định tuyến và gán bước sóng động...30
2.4. Kết cuối chương ...34
CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRONG MẠNG WDM ...35
3.1. Nâng cao độ tin cậy trong lớp quang ...35
3.2. Bảo vệ mạng ring WDM...38
3.3. Bảo vệ mạng mesh WDM...39
3.4. Kết cuối chương ...44
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MẠNG WDM ĐẢM BẢO CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG TIN CẬY QoR 45 4.1. Các phương thức nâng cao an toàn trong mạng WDM ...45
4.1.1. Phương thức bảo vệ. ...45
4.1.2. Phương thức khôi phục...46
4.1.4. Xác định định lượng chất lượng trong các phương thức hiện tại ...48
4.2. QoR (chất lượng tin cậy) và xây dựng mô hình thời gian hồi phục mạng ..50
4.2.1. Phân loại QoS dựa trên thời gian hồi phục cực đại ...50
4.2.2. Chỉ tiêu QoR đối với mỗi cặp nút...51
4.2.3. Xây dựng mô hình thời gian khôi phục ...52
4.3. Xây dựng bài toán thiết kếđảm bảo an toàn mạng...53
4.4. Các thuật toán thiết kế topo mạng thoả mãn yêu cầu QoR...56
4.4.1. Thuật toán First-Fit ...57
4.4.2. Thuật toán Max-Shared ...57
4.4.3. Thuật toán thiết kế topo mạng dựa trên đồ thị phân lớp...58
4.5. Đánh giá thuật toán ...62
4.5.1. Mô hình mạng...62
4.5.2. Đánh giá kết quả...64
4.6. Kết luận và các hướng nghiên cứu tiếp theo...66
MỤC LỤC ... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Vùng bước sóng ...3
Hình 1.2 Phân cấp mạng quang theo lớp ...4
Hình 1.3. Kiến trúc mạng truyền tải quang...4
Hình 1.4. Hệ thống ghép bước sóng một hướng ...6
Hình 1.5.Hệ thống ghép bước sóng hai hướng ...6
Hình 1.6 OXC chuyển mạch sợi (a), OXC chuyển mạch lựa chọn bước sóng (b) và chuyển mạch trao đổi bước sóng (c)...22
Hình 2.1. Mạng định tuyến theo bước sóng...25
Hình 2.2. OXC 3x3 với 2 bước sóng trên 1 sợi quang...26
Hình 2.3. Các kiểu biến đổi bước sóng ...27
Hình 3.1 Phân loại các phương thức bảo vệđảm bảo duy trì mạng ...37
Hình 3.5. Các cấu hình mạng khác nhau khi xảy ra sự cốđối với w1 và w2...40
Hình 3.6. Bảo vệ theo tuyến trong mạng hình luới...41
Hình 3.7. Kỹ thuật bảo vệ double-cycle-cover ...42 Hình 3.8. Bảo vệ p-cycle...43 Hình 3.9. Bảo vệ generalized loopback ...43 Hình 4.1. Các phương thức bảo vệ...45 Hình 4.2. Miền bảo vệ P trong bảo vệ SLSP ...47 Hình 4.3. Cấu hình topology của mạng với độ trễ...51 Hình 4.4. Phương thức bảo vệ SLSP...52 Hình 4.6. Điều kiện liên tục về bước sóng...56 Hình 4.7.Đồ thị phân lớp với số bước sóng W ...58
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các tham số của sợi SMF ...10
Bảng 1.2. Các tham số của sợi DSF ...11
Bảng 1.3. Các tham số của sợi NZ-DSF ...11
Bảng 4.1. QoR (chất lượng tin cậy)...51
Bảng 4.2: QoR phụ thuộc vào cặp nút ...52