MÃN TIấU CHUẨN HỆ THỐNG
Trong mạng truyền tải hiện tại, cú nhiều thiết bị hiện diện trong đú, để WDM cú thể thực thi thỡ WDM phải cú khả năng thớch ứng với mọi dạng tớn hiệu ở cỏc lớp khỏch hàng. Hiện tại, WDM vẫn đƣợc thiết kế chủ yếu để mang tớn hiệu SDH, đõy cũng là hệ thống WDM hoàn thiện nhất. Đối với cỏc tớn hiệu khỏch hàng khỏc nhƣ PDH, ATM, IP giao diện của hệ thống WDM chƣa hoàn thiện. Đối với hệ thống WDM đƣợc phỏt triển để mang SDH, hiện tại cú hai xu hƣớng thực thi, đú là hệ thống WDM tớch hợp và hệ thống WDM mở.
-Hệ thống WDM kiểu tớch hợp
Tớn hiệu khỏch SDH trong hệ thống này phải thoả món giao diện quang G.692, bao gồm cỏc bƣớc súng quang chuẩn và nguồn quang thoả món cự ly truyền dẫn dài. Hệ thống SDH hiện này khụng yờu cầu 2 chỉ tiờu này, tức là khụng tớch hợp bƣớc súng quang tiờu chuẩn với nguồn quang truyền dẫn cự ly dài vào hệ thống SDH. Cấu tạo của toàn bộ hệ thống tƣơng đối đơn giản, khụng tăng thờm thiết bị dƣ thừa.
Đối với STM-n trong WDM kiểu tớch hợp, thiết bị ADM và REG(trạm lặp) đều phải cú giao diện quang phự hợp với yờu cầu của hệ thống WDM để thoả món nhu cầu của hệ thống nhƣ trong hỡnh 2.14
MUX EDFA EDFA DEMUX SDH SDH SDH SDH S1 S2 Sn G.692 G.692 R1 R2 Rn Hình 2.14. Hệ thống WDM kiểu tích hợp -Hệ thống WDM kiểu mở
Hệ thống WDM kiểu mở, khụng cú bộ chuyển đổi bƣớc súng OTU ở phớa đầu phỏt, tỏc dụng của nú là chuyển đổi lại bƣớc súng quang theo yờu cầu nhất định trong khi khụng biến đổi khuụn dạng của số liệu tớn hiệu quang vớ dụ: kết cấu khung
SDH để thoả món yờu cầu thiết kế hệ thống WDM. Ở đõy kiểu mở là ở trong cựng một hệ thống WDM, cú thể nối vào hệ thống SDH của cỏc nhà sản xuất khỏc nhau, chuyển đổi bƣớc súng khụng quy phạm SDH thành cỏc bƣớc súng tiờu chuẩn. Đầu ra OUT thoả món giao diện G.692, tức là bƣớc súng quang tiờu chuẩn và nguồn quang thoả món cự ly đƣờng dài đƣợc phõn cấp quy định. Hệ thống WDM cú OTU, khụng yờu cầu hệ thống SDH cú giao diện quang G.692 nữa. Nhờ việc chuyển đổi bƣớc súng mà cú thể tiếp tục sử dụng thiết bị SDH phự hợp với giao diện G.957, tiếp nhận cỏc hệ thống SDH trƣớc đõy (hỡnh 2.15)
MUX EDFA EDFA DEMUX SDH SDH SDH SDH S1 Sn G.957 R1 Rn Hình 2.15. Hệ thống WDM kiểu mở OTU OTU OTU OTU G.957 G.957 G.957
Trong thực tế xõy dựng, nhà khai thỏc cú thể căn cứ vào nhu cầu để chọn hệ thống WDM kiểu tớch hợp hay kiểu mở. Nhƣ trong điều kiện hệ thống SDH của nhiều nhà sản xuất, cú thể chọn hệ thống mở ngƣợc lại chọn kiểu tớch hợp để giảm giỏ thành. Nhƣng hiện nay hệ thống WDM kiểu mở thƣờng đƣợc sử dụng nhiều hơn.
Giao diện chuẩn cho hệ thống WDM.
Khi nhiều hệ thống WDM cựng liờn kết với nhau sẽ tạo ra mạng truyền dẫn cung cấp dịch vụ bƣớc súng đầu cuối đến đầu cuối. Để bảo đảm khả năng phối hợp hoạt động, ngƣời ta phải đƣa ra cỏc khỏi niệm, nguyờn tắc và chỉ tiờu cụ thể cho từng hoạt động của cỏc phần tử mạng. Tập hợp cỏc thụng số này tạo nờn tiờu chuẩn cho hệ thống.
Tiờu chuẩn hoỏ cỏc hệ thống và thiết bị WDM liờn quan đến khỏi niệm liờn kết mạng, mục đớch là nhằm bảo đảm khả năng chuyển giao thụng tin giữa những ngƣời sử dụng và trao đổi thụng tin quản lý giữa cỏc phần tử trong mạng. í nghĩa
của liờn kết mạng là thiết bị của cỏc nhà cung cấp khỏc nhau trong một phõn đoạn mạng hay núi cỏch khỏc là phải đảm bảo tớnh tƣơng hợp ngang trong mạng.
Khuyến nghị G.692 của ITU-T đƣa ra tiờu chuẩn cho cỏc hệ thống WDM điểm-điểm cự ly lớn: tốc độ của từng kờnh là STM-4, STM-16 hoặc STM-64; số kờnh bƣớc súng 4,8,16 hoặc 32 kờnh; loại sợi cú thể sử dụng là G.652, G.653, tuy nhiờn phự hợp nhất là sợi quang G.655; khoảng cỏch cực đại của tuyến khi khụng dựng khuếch đại quang là 160km và cú sử dụng khuếch đại quang là 640km.
Trong trƣờng hợp nguồn phỏt chỉ thoả món khuyến nghị G.957 phải dựng bộ chuyển đổi để bảo đảm giao diện tại Tx thoả món G.692 trƣớc khi thực hiện ghộp bƣớc súng.
Cỏc tiờu chuẩn liờn quan đến hệ thống WDM.
1. ITU G.872 “Kiến trỳc mạng truyền tải quang” : khuyến nghị này qui định cỏc chức năng của mạng truyền tải quang truyền tải tớn hiệu số bao gồm: kiến trỳc chức năng truyền tải của mạng quang, quản lý mạng quang, cỏc kỹ thuật phục hồi mạng quang.
2. ITU-T G.709 “Giao diện cho mạng truyền tải quang(OTN)” bao gồm: Phõn cấp truyền tải quang, chức năng mào đầu trong hỗ trợ thụng tin đa bƣớc súng, cấu trỳc khung, tốc độ bit, phƣơng thức xắp xếp cỏc tớn hiệu khỏch.
3. ITU-T G.959 “Giao diện vật lý của mạng truyền tải quang” đƣa ra cỏc chỉ tiờu đối với giao diện kết nối mạng cho cỏc mạng quang sử dụng cụng nghệ WDM.
4. ITU-T G.692 “Giao diện quang cho cỏc hệ thống đa kờnh sử dụng khuếch đại quang”
5. ITU-T G.957 “Giao diện quang cho thiết bị và hệ thống SDH”
6. ITU-T G.691 “Giao diện quang cho hệ thống đơn kờnh quang tốc độ STM-64, STM-256 và cỏc hệ thống SDH sử dụng khuếch đại quang”
2.8 KHễI PHỤC MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Để cho mạng quang trở lờn khả dụng, một số cơ chế bảo vệ và phục hồi mạng cú thể đƣợc thiết lập ở lớp dịch vụ hay lớp truyền tải. Cỏc mạng quang đa bƣớc súng thƣờng đƣợc thiết lập cỏc chức năng bảo vệ nhanh tại lớp quang. Cỏc thiết bị DWDM tại lớp quang khụng cú cỏc chức năng mạng thụng minh. Do đú, nú chỉ cú thể cung cấp cỏc chức năng truyền tải một cỏch đơn giản. Tại lớp dịch vụ, cỏc chức năng phục hồi tiờn tiến đƣợc sử dụng để cung cấp cỏc dịch vụ tin cậy từ đầu đến cuối.
2.8.1 Bảo vệ quang
Cỏc cơ chế bảo vệ tại lớp truyền tải quang thƣờng rất giới hạn ở mạng quang đa bƣớc súng khi so sỏnh với cỏc cơ chế bảo vệ cung cấp bởi cỏc mạng quang thụng minh. Cỏc chức năng phục hồi quang thƣờng rất ớt đƣợc thiết lập trong cỏc tuyến điểm-điểm hay mạng ring phụ. Vai trũ quan trọng nhất của của bảo vệ quang trong mạng đa bƣớc súng là cung cấp tớnh ti n cậy cho cỏc kết nối điểm-điểm sử dụng để liờn kết cỏc nỳt ở lớp dịch vụ. Cỏc cơ chế phục hồi từ đầu đến cuối thƣờng đƣợc cung cấp thụng qua cỏc cơ chế phục hồi lớp dịch vụ.
Tại lớp phõn đoạn truyền dẫn thỡ cơ chế bảo vệ đƣờng đƣợc sử dụng. Tại lớp phõn đoạn đa thành phần thỡ cơ chế bảo vệ giống nhƣ của SONET/SDH đƣợc sử dụng. Tại lớp kờnh quang, cơ chế bảo vệ kờnh quang đƣợc sử dụng. Hỡnh 2.17 minh hoạ cỏc cơ chế bảo vệ trờn.
2.8.2 Bảo vệ đƣờng truyền quang.
Khi thiết lập cỏc tuyến điểm-điểm hay ring WDM ớt nhất thƣờng cung cấp cơ chế đảm bảo sự duy trỡ ở lớp phõn đoạn truyền dẫn với cỏc cơ chế bảo vệ 1:1 và 1+1 cú thể khụi phục mạng ở bất cứ thời điểm nào. Khi sử dụng bảo vệ 1+1, toàn bộ tớn
hiệu DWDM đƣợc bảo vệ bằng cỏch chia hai tớn hiệu ở nỳt DWDM và đƣợc truyền ở hai sợi quang riờng biệt (hỡnh 2.18). Tại nỳt nhận, cả hai tớn hiệu sẽ đƣợc so sỏnh và tớn hiệu với tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu quang (OSNR) hay tỷ số lỗi bớt (BER) tốt hơn sẽ đƣợc lựa chọn.
Lớp đoạn ghép kênh quang
Lớp đoạn truyền dẫn quang Bảo vệ kênh quang
Bảo vệ 1 + 1 Lớp kênh quang
Bảo vệ đoạn ghép kênh quang
Bảo vệ 1 + 1 (W-UPSR) Bảo vệ 1:1,1:n (W-BPSR)
Bảo vệ đ-ờng truyền quang
Bảo vệ 1+1,1:1
Hình 2.17. Bảo vệ trong cấu trúc OTN
M U X D E M U X M U X D E M U X Bộ chia 3dB Bộ chuyển đổi Chuyển mạch Tín hiệu dự phòng nóng Tuyến hỏng Bộ so sánh quang Chuyển mạch Bộ so sánh quang
Hình 2.18 Cơ chế bảo vệ quang 1+1
Khi sử dụng bảo vệ 1:1, tớn hiệu DWDM sẽ đƣợc truyền chỉ trờn một sợi quang tại một thời điểm. Nếu sợi quang làm việc bị lỗi thỡ tớn hiệu DWDM sẽ đƣợc chuyển sang sợi quang bảo vệ (hỡnh 2.19). Với cỏc cỏch tiếp cận trờn, toàn bộ cỏc kờnh quang sẽ đƣợc bảo vệ chống lại sự đứt cỏp. Thời gian bảo vệ cú thể đạt đƣợc chậm hơn 10ms.
2.8.3 Bảo vệ kờnh quang.
Bƣớc tiếp theo là sử dụng đơn vị bảo vệ kờnh quang kết hợp với một đầu cuối làm việc và một đầu cuối WDM bảo vệ để cung cấp bảo vệ 1:1 cho cỏc kờnh quang. Đơn vị bảo vệ này bao gồm phần phỏt và phần thu. Ở phớa đầu phỏt, cỏc tớn hiệu quang từ phớa khỏch sẽ đƣợc chia bởi bộ ghộp 50/50 và chuyển tới bộ chuyển đổi phớa phỏt của của đầu cuối làm việc và bảo vệ (hỡnh 2.20). Ở phớa đầu thu, tớn hiệu quang tới từ bộ chuyển đổi phớa thu của tuyến làm việc và đƣờng bảo vệ đƣợc đƣa vào đơn vị chuyển mạch quang 1x2, tại đõy sẽ lựa chọn trong trƣờng hợp lỗi xảy ra ở lớp quang. Kờnh đƣợc lựa chọn sẽ đƣợc gửi tới bộ nhận khỏch hàng phớa thu. Nguyờn tắc chuyển mạch đƣợc dựa tớn hiệu phỏt ra tại bộ phỏt đỏp nhận do sự mất mỏt của dữ liệu lối vào. Nguyờn lý chuyển mạch cũng cú thể dựa vào OSNR quang. Thời gian phục hồi tối đa khi cú sự cố tới khi phục hồi ớt hơn nhiều 50ms.
Ƣu điểm lớn nhất của bảo vệ kờnh quang là kờnh quang khụng chỉ đƣợc bảo vệ khi cú sự cố đứt cỏp mà cũn đƣợc bảo vệ khi cú lỗi xảy ra tại cỏc bộ hợp kờnh, phõn kờnh và cỏc bộ chuyển đổi.
2.8.4 Bảo vệ đoạn ghộp kờnh quang.
Hầu hết cỏc cơ chế bảo vệ kờnh quang phức tạp là bảo vệ đoạn ghộp kờnh quang, ở đú cú sử dụng cỏc chức năng phục hồi của SONET/SDH đƣợc thiết lập trong cỏc hệ thống ring DWDM. Cỏc thiết bị ghộp kờnh xen/rẽ DWDM cú thể cấu hỡnh đƣợc cung cấp việc ấn định cỏc kờnh bƣớc súng động và bảo vệ chuyển mạch để bảo vệ kờnh quang khi mạng xảy ra sự cố. Cú hai cơ chế phục hồi đƣợc sử dụng đú là ring chuyển mạch luồng quang đơn hƣớng (O-UPSR) và ring chuyển mạch đƣờng quang hai hƣớng (OBLSR). Cấu trỳc O-UPSR sử dụng cấu hỡnh ring quay ngƣợc hai sợi, một sợi quang dành cho bƣớc súng làm việc , sợi kia dựng cho việc bảo vệ bƣớc súng. O-UPSR sử dụng cơ chế bảo vệ 1+1. Bƣớc súng trờn sợi quang làm việc và sợi quang bảo vệ đƣợc ấn định và truyền cho từng kờnh. Ở bờn thu sẽ so sỏnh cả hai tớn hiệu và sẽ lựa chọn bƣớc súng mà cú OSNR tốt hơn.
Sơ đồ khối cấu hỡnh logic của OADM cấu hỡnh đƣợc sử dụng bảo vệ 1+1 dựng trong O-UPSR cho bởi hỡnh 2.21. Cỏc bộ chuyển đổi phớa phỏt đƣợc kết nối tới bộ ghộp 50/50, và mỗi kờnh đƣợc chia ra thành bƣớc súng làm việc và bƣớc súng bảo vệ, sau đú chỳng đƣợc cộng vào tớn hiệu DWDM trờn ring bởi khối OADM. Cỏc bộ chuyển đổi phớa nhận đƣợc kết nối tới cỏc đơn vị chuyển mạch quang, đơn vị chuyển mạch này sẽ lựa chọn bƣớc súng làm hay bảo vệ đƣợc tỏch ra từ OADM.
Cấu trỳc O-BLSR sử dụng cấu hỡnh ring 2 hoặc 4 sợi quang. Trong O-BLSR hai sợi, một số bƣớc súng đƣợc sử dụng cho việc ấn định cỏc kờnh quang làm việc, phần cũn lại sử dụng cho cỏc chức năng bảo vệ chung. Nếu cú lối xẩy ra, ADM cấu hỡnh đƣợc sẽ chuyển bƣớc súng lỗi sang bƣớc súng ở kờnh bảo vệ ở một tuyến khỏc. Nếu số bƣớc súng làm việc bằng với số bƣớc súng bảo vệ, O-BLSR sử dụng bảo vệ 1:1. Một cỏch tiếp cận mang lại hiệu quả về dung lƣợng hơn là sử dụng bảo vệ 1:n, trong đú số bƣớc súng dành cho bảo vệ chung là ớt hơn một nửa tổng số
bƣớc súng. Khi sử dụng bảo vệ 1:1, cú hai cỏch ấn định bƣớc súng cú thể thực hiện. Cỏc thứ nhất là sử dụng cựng một số bƣớc súng cho việc bảo vệ trờn cả hai sợi quang. Cỏch thứ hai là sử dụng ớt hơn một nửa số bƣớc súng ở cho việc bảo vệ trờn sợi quang theo chiều kim đồng hồ và số bƣớc súng cũn lại trờn sợi quang theo hƣớng ngƣợc chiều kim đồng hồ. Khối chuyển mạch Bộ ghép 50/50 Các b-ớc sóng Tx
Chuyển đổi phía thu Chuyển đổi phía phát B-ớc sóng làm việc B-ớc sóng bảo vệ
Hình 2.21 Thiết bị OADM tái cấu hình lại có chế độ bảo vệ 1+1 đ-ợc dùng trong OUPSR
Ƣu điểm của cơ chế bảo vệ sau là sự chuyển mạch bảo vệ cú thể thực hiện mà khụng cần cú sự chuyển đổi bƣớc súng ở OADM. Chuyển đổi bƣớc súng cú thể thực hiện ở mụi trƣờng toàn quang nhƣng thụng thƣờng thỡ sẽ đƣợc thực hiện với sự gúp mặt của cỏc bộ chuyển đổi quang điện. Ƣu điểm này khụng mang lại lợi ớch nhiều trong cỏc ứng dụng mạng đƣờng trục đƣờng dài mà ở đú cỏc bộ chuyển đổi quang điện yờu cầu đƣợc sử dụng để phỏt lại cỏc bƣớc súng quang.
2.8.5 Phục hồi lớp dịch vụ
Thiết bị lớp dịch vụ điển hỡnh là cỏc bộ định tuyến cú khả năng thực hiện nhiều chức năng bảo vệ và khụi phục. Đặc biệt trong cỏc mạng quang đa bƣớc súng khụi phục IP đƣợc sử dụng để thực hiện phục hồi kết nối mạng từ đầu đến cuối.
a) Chuyển mạch bảo vệ tự động
Chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) đó đƣợc sử dụng nhiều trong cỏc mạng SONET hoặc bảo vệ phõn đoạn ghộp kờnh (MPS) đó sử dụng trong mạng SDH
cũng cú thể sử dụng trong mạng quang. Cỏc kết cuối DWDM cú thể cung cấp cỏc giao tiếp làm việc hoặc bảo vệ tuõn thủ bảo vệ SONET/SDH, nhƣ đƣợc minh hoạ trong hỡnh 2.22. Trong trƣờng hợp cú hƣ hỏng , chuyển mạch giao diện cú thể thực hiện qua MPS/APS. Điều này yờu cầu cỏc bộ chuyển đổi của thiết bị DWDM xử lý byte mào đầu SDH/SONET nhờ MPS/APS tuơng ứng.
Những ứng dụng nhƣ vậy rất phổ biến trong việc thực thi mạng, ở đõy sử dụng thiết bị SDH/SONET thế hệ mới đƣợc tớch hợp cỏc tớnh năng DWDM. Bảo vệ MPS/APS cú hai nhƣợc điểm chủ yếu. Thứ nhất, đú là 50% dung lƣợng toàn bộ một giao diện bị bỏ phớ cho mục đớch bảo vệ ; thứ hai là chuyển mạch giao diện vẫn cần sự tỏi hội tụ giao thức định tuyến. OADM Mào đầu đoạn lặp Mào đầu đoạn ghép kênh K1 K2 Con trỏ AU Payload M ào đ ầu lu ồn g Khung SDH Bộ chuyển đổi bảo vệ Bộ chuyển đổi hoạt động
Hình 2.22 Bảo vệ giao diện với chuyển mạch bảo vệ tự động
b) Chuyển mạch bảo vệ thụng minh
Ring DPT hai sợi tự hàn gắn cú khả năng phục hồi tăng là do chức năng IPS của SRP, giao thức MAC lớp hai đƣợc DPT sử dụng. Trong trƣờng hợp cú hƣ hỏng tuyến hoặc nỳt, thỡ IPS sẽ khởi tạo vũng ring ngoài và phỏt lƣu lƣợng lờn sợi bảo vệ, nhƣ đƣợc thể hiện trờn hỡnh 2.23. IPS cú thể xem nhƣ bản sao của MSP/APS sử dụng trong mạng SDH/SONET; tuy nhiờn, nú cú một số điểm nổi trội hơn APS. IPS khụng kớch/khử hoạt động cỏc kờnh hoặc sợi nào đú, giống nhƣ DPT, hoạt động dựa trờn cụng nghệ gúi. IPS sẽ gửi lần nữa lƣu lƣợng ghộp kờnh thống kờ cú hiệu quả. Nú tớch hợp lớp 2 và lớp 3 vào trong cơ chế bảo vệ này, ngƣợc với APS nú hoạt động hoàn toàn đọc lập với định tuyến lớp 3. Nhờ tớch hợp lớp 3, IPS cú khả năng truy nhập vào thụng tin lớp 3. Do đú, IPS cú thể phõn phỏt băng tần đảm bảo cho