CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRONG MẠNG WDM
3.1. Nâng cao độ tin cậy trong lớp quang
Như đã đề cập ở phần trước, lớp quang được chia làm 2 phần, kênh quang và đoạn ghép quang. Kênh quang tương ứng với mỗi bước sóng sử dụng trong mạng quang OTN. Còn đoạn ghép kênh quang là tập các bước sóng đến thiết bị tách/ghép quang OADM.
Việc phân loại các kỹ thuật bảo vệ mạng quang là hết sức cần thiết. Tiêu chí phân loại đầu tiên dựa trên các lớp con của lớp WDM, lớp kênh quang và lớp đoạn ghép kênh quang. Trong trường hợp thứ nhất, thực thể cần bảo vệ chính là tuyến quang, vì thế việc bảo vệ kênh quang trong trường hợp này được gọi là bảo vệ tuyến (path protection). Khi xuất hiện lỗi, lưu lượng sẽ chuyển từ tuyến quang hoạt động sang tuyến dự phòng. Việc khôi phục được kích hoạt bởi các thiết bị Och đặt tại các nút đầu cuối (nguồn hoặc đích) của tuyến quang. Hệ thống cũng có nhiệm vụ giám sát tuyến quang để phát hiện lỗi. Tuyến quang bảo vệ tuyến hoạt động gọi là tuyến dự phòng và có thể xác định trước hoặc thiết lập động tuỳ theo yêu cầu mạng lưới.
Lớp OMS là phần ghép các kênh WDM lên sợi cáp. Bởi vậy, việc khôi phục sự cố ở lớp này liên quan đến từng liên kết, chính vì lý do này nó còn được gọi là bảo vệ theo liên kết (link protection). Các thiết bị OMS tại kết cuối của mỗi liên kết sẽ thực hiện quản lý việc phát hiện lỗi và chuyển mạch bảo vệ trên liên kết đó.
Bảo vệ theo liên kết được thực hiện theo 2 chế độ: chế độ 2 sợi và chế độ 4 sợi.
Việc lựa chọn chế độ nào là tuỳ thuộc vào thiết kế vật lý của từng mạng. Ở chế độ bảo vệ theo liên kết 4 sợi OMS, một đôi sợi dành cho lưu lượng hoạt động, đôi thứ 2 dành để mang lưu lượng khi đôi sợi hoạt động bị sự cố. Ở hệ thống OMS bảo vệ theo liên kết 2 sợi, trên một hướng của mỗi sợi quang, một nửa số kênh WDM sẽ mang lưu lượng hoạt động, nửa còn lại được sử dụng như nguồn dự phòng để bảo vệ trong trường hợp một liên kết nào đó bị sự cố. Trên hướng ngược lại của sợi cáp, vai trò của mỗi bước sóng được đảo ngược: nếu nó là bước sóng hoạt động của sợi cáp kia thì bây giờ là bước sóng dự phòng và ngược lại.
Ở tiêu chí phân loại thứ 2, cơ chế bảo vệ WDM được xếp loại dựa trên khả năng đảm bảo rằng mạng vẫn được duy trì sau khi xảy ra sự cố về liên kết hoặc xảy ra sự cố về liên kết và nút đồng thời. Một trường hợp điển hình của sự cố về nút, chẳng hạn, là khi card nhánh của nút bị mất chức năng. Trong trường hợp này, để đảm bảo độ tin cậy, cần trang bị card dự phòng cho nút. Thông thường, việc đảm bảo khả năng duy trì mạng sau sự cố tại nút thì yêu cầu nhiều tài nguyên hơn so với bảo vệ theo liên kết.
Tiêu chí phân loại thứ 3 liên quan đến việc quản lý động dung lượng bảo vệ. Có 2 kiểu đề xuất khác nhau. Phương thức được sử dụng rộng rãi nhất là “lập kế hoạch trước”. Nguồn tài nguyên dự kiến sử dụng cho mục đích dự phòng sẽ được cấp phát trước ngay khi tuyến hoạt động được thiết lập (trực tuyến) hoặc nếu lưu
lượng thuộc kiểu tĩnh thì tài nguyên sẽ được cấp phát khi thiết lập mạng (ngoại tuyến). Trong trường hợp này, mạng luôn sẵn sàng đối phó với sự cố: ngay sau khi phát hiện được sự cố, nút mạng sẽ thực hiện các thao tác chuyển mạch đơn giản để chuyển lưu lượng sang hướng dự phòng. Phương thức này cho phép thời gian khôi phục rất nhanh. Trở ngại duy nhất là mỗi kênh WDM được cấp phát cứng nguồn tài nguyên để hoạt động và dự phòng. Hiện nay, đã có vài phương thức cải tiến cho phép các kênh dự phòng khi không có sự cố có thể mang lưu lượng có tính chất không quan trọng. Kiểu đề xuất lập kế hoạch từ trước thứ 2 là provisioning, còn được gọi là khôi phục. Trong trường hợp này, mạng dành trước nguồn tài nguyên, thường là vượt quá nhu cầu lưu lượng thực sự để hoạt động và không phân bổ tài nguyên dự phòng. Khi lỗi xuất hiện, mạng sẽ kích hoạt các kết nối mới để hỗ trợ kết nối gặp sự cố. Phương thức khôi phục cho phép tăng tính mềm dẻo của mạng, cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng. Một ưu điểm nữa là nó cho phép mạng vẫn được duy trì sau nhiều sự cố xảy ra đồng thời.
Phương thức khôi phục, tuy nhiên, vẫn có nhược điểm là không đảm bảo an toàn 100%. Trên thực tế, không thể đảm bảo chắc chắn rằng vẫn có đủ tài nguyên để thiết lập các kết nối mới sau khi sự cố xảy ra. Một trở ngại lớn nữa của phương thức này là ở chỗ nó yêu cầu các hoạt động giám sát liên tục để thiết lập kết nối mới và bởi vậy thời gian khôi phục sẽ dài.
Tiêu chí phân loại thứ 4 chỉ có thể áp dụng với các kỹ thuật lập kế hoạch trước.
Bảo vệ theo kế hoạch trước có thể thực hiện theo kiểu dành riêng hay dùng chung.
Thủ tục đơn giản và đặc trưng nhất là dự trữ nguồn tài nguyên độc quyền cho một thực thể hoạt động nào đó (có thể là các tuyến quang trong bảo vệ OCh hoặc các liên kết trong bảo vệ OMS). Việc bảo vệ như vậy được gọi là bảo vệ dành riêng, nó giảm đi phần nào tính phức tạp khi khôi phục mạng nhưng lại đòi hỏi ít nhất 50% số kênh WDM không sử dụng cho lưu lượng hoạt động. Với giả thiết 2 sự cố không xảy ra đồng thời thì 2 hoặc nhiều thực thể bảo vệ (có thể là tuyến quang đối với bảo vệ OCh hoặc sợi cáp đối với bảo vệ OMS) có thể sử dụng chung nguồn tài nguyên nào đó (kênh WDM hoặc sợi cáp). Bảo vệ dùng chung cho phép giảm số lượng nguồn dự phòng cần thiết, cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên tuy nhiên cái giá phải trả ở đây là độ phức tạp khôi phục mạng sẽ tăng lên.
Việc phân loại các phương thức đảm bảo tính duy trì mạng được khái quát như trên hình 3.1.
Hình 3.1 Phân loại các phương thức bảo vệ đảm bảo duy trì mạng
Survivability provisioning (restoration)
preplanned protection
ring
path protectionOchS DPRing OchS DPRing 2 sợi OchS DPRing 2 sợi
link protection mesh
path protection Shared ̣(1:N) link protection Generalized loopback
Ring loopback
ring cycle node cover p-cycles double cycle cover
Dedicated Shared
Dedicated 1+1 1:N