2.3 Các phương thức bảo vệ theo cấu hình mạng x
2.3.1.4 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình ring (OCh SPRing) xx
Xét ring hai sợi truyền thơng hai hướng giữa các nút. Trong điều kiện bình thường, mỗi sợi hoạt động trên một bước sóng khác nhau (λ1 thuận chiều kim
. . . TX 1 TX n . . . TX 1 TX n
Kênh báo hiệu
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.
Ví dụ truyền thơng giữa nút A và nút C và xảy ra sự cố ở nút D. Hình vẽ 2.8 dưới đây mơ tả:
xxxviii
λ1
λ1
λ1
Hình 2.7 OCh – SPRing khi bình thường và khi sự cố đoạn
λ2 λ1 Nút D Nút C Nút B Nút A Hình a λ2 λ2 λ 2 λ1 Nút D Nút C Nút B Nút A Hình b λ2 λ2 λ1 λ2 λ1 λ2 λ1 Nút D Nút C Nút B Nút A λ2 λ1 λ 2 λ1 Nút D Nút C Nút B Nút A
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.
Mơ hình chức năng của OCh – SPRing tham chiếu mơ 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 mơ 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).
xxxix
Hướng tây OCPC
Hình 2.9 Mơ hình chức năng của một nút OCh – SPRing kế cận với sự cố
Bộ ghép kênh Bộ khuếch đại Lớp OTS Hướng đông Lớp OMS Lớp OCh Lớp SDH
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. Ngồi ra, khơng 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 khơng 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
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 khơng 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 ngun q 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 phịng) 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 khơng có sự liên hiệp nút) là ln 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
Đường hoạt động
Đường bảo vệ
Hình 2.10 Bảo vệ đường trong cấu hình Mesh
Đích
Nguồn g
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 phịng là hồn tồn 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 hiệu trong một số phần tử mạng dẫn đến thời gian phục hồi sẽ tốn kém. Khơng những phải có nhiều tín hiệu báo hiệu mà trong vấn đề phục hồi mạng cịn 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 khơi 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 khơng 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
mà chúng ta sẽ mơ 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 cơng nghệ đấu vịng 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 tồn bộ mạng. Sự phân ly vịng các kiến trúc cơ sở của tương lai này chỉ để phục vụ khả năng tồn tại.
Ngun lý đấu vịng các vịng 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 vịng 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 vịng 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 khơi phục phân bố: mỗi vịng là một hệ thống khơi phục tự động và tự trị. Điều này ngụ ý rằng thời gian khôi phục chỉ bị giới hạn bởi kích cỡ vịng (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 khơng được thương mại hoá và ứng dụng trong thực tế nên khơng có mấy ai nghiên cứu về lĩnh vực này cho nên nó vẫn cịn mới mẻ. Ngồi ra nó cịn một lý do khác là điều kiện vật lý và nhu cầu của các quốc gia vẫn chưa địi hỏi cần đến sử dụng mạng lõi có cấu hình Mesh. Trong khi đó cơng 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 vịng 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 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.
xliv Sợi hoạt động Sợi dự phịng Hình b Nút D Nút C Nút B Nút A Nút D Nút C Nút B Nút A Hình a
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 mơ hình chức năng của một nút OMS – DPRing.
2.3.2.3 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình vịng 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 đơng hồ cấp một nửa đầu (8 bước sóng) của dải bước sóng cho các kênh lưu lượng hoạt động, một nửa còn
Bộ ghép kênh Bộ khuếch đại
Hướng tây
Hình 2.12 Mơ hình chức năng của một nút OMS – DPRing hai sợi
Lớp OTS Lớp OMS Lớp OCh
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.
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 cịn 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 khơng 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.
Chuyển mạch 22
Hình 2.15 Ring hai sợi hai hướng chuyển mạch bảo vệ đoạn ghép kênh
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 ngồi, 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 mơ 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). Mơ hình này được xây dựng dựa trên mơ hình SDH MS – SPRing, các chức năng thích ứng OMS được xác định tuỳ thuộc vào các hệ