BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI
------------------------
PHẠM THỊ HƢỜNG
MÔ HÌNH TỐI ƢU GIẢI BÀI TOÁN BẢO VỆ
MẠNG ĐA MIỀN
LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
HÀ NỘI, NĂM 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI
------------------------
PHẠM THỊ HƢỜNG
MÔ HÌNH TỐI ƢU GIẢI BÀI TOÁN BẢO VỆ
MẠNG ĐA MIỀN
Chuyên ngành:
Hệ thống thông tin
Mã số:
60480104
LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Đỗ Trung Kiên
HÀ NỘI, NĂM 2017
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa công
nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em
trong suốt khóa học để em có thể hoàn thành tốt luận văn.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo
hướng dẫn TS. Đỗ Trung Kiên đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên,
trang bị những kiến thức và tài liệu quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp
em trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, do thời gian và kiến thức có hạn chắc chắn luận văn cũng
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ bảo và
góp ý của quý thầy, cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2017
Tác giả
Phạm Thị Hường
1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là kết quả nghiên
cứu của cá nhân tôi. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong công trình này
là trung thực. Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào
đã được công bố trước đó.
Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Hà Nội, tháng 6 năm 2017
Phạm Thị Hường
2
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 2
3. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu .......................................................... 2
4. Giả thuyết khoa học .................................................................................... 2
5. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 2
6. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 3
7. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................ 3
8. Đóng góp mới của luận văn ........................................................................ 3
9. Cấu trúc luận văn ........................................................................................ 3
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................. 5
1.1. Quá trình phát triển mạng quang .......................................................... 5
1.1.1. Mạng quang thế hệ thứ nhất ............................................................. 5
1.1.2. Mạng quang thế hệ thứ hai ............................................................... 6
1.1.3. Mạng quang thế hệ thứ ba (mạng dựa trên ROADM) ..................... 7
1.2. Công nghệ mạng quang ........................................................................... 8
1.2.1. Khái quát mạng quang ..................................................................... 8
1.2.2. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ WDM ................................ 9
1.3. Các phần tử cơ bản của mạng quang ..................................................... 9
1.3.1. Thiết bị đầu cuối ............................................................................... 9
1.3.2. Bộ khuếch đại quang ...................................................................... 11
1.3.3. Bộ ghép kênh tách/ghép quang ...................................................... 12
1.3.4. Bộ kết nối chéo quang .................................................................... 14
1.4. Kỹ thuật sinh cột .................................................................................... 16
1.5. Kết luận chƣơng ..................................................................................... 18
i3
CHƢƠNG 2: BẢO VỆ MẠNG QUANG ĐA MIỀN ................................. 19
2.1. Bài toán bảo vệ trong mạng quang ....................................................... 19
2.2. Phƣơng pháp bảo vệ mạng quang ........................................................ 22
2.2.1. Phân loại phương pháp bảo vệ ....................................................... 22
2.2.2. Bảo vệ riêng ................................................................................... 24
2.2.3. Bảo vệ chia sẻ ................................................................................. 25
2.2.4. Bảo vệ đoạn ghép kênh quang ....................................................... 27
2.2.5. Bảo vệ dựa trên liên kết.................................................................. 27
2.2.6. Bảo vệ dựa trên đường đi ............................................................... 29
2.2.7. Bảo vệ đường/liên kết .................................................................... 30
2.2.8. P-cycle ............................................................................................ 31
2.2.9. FIPP p-cycle .................................................................................. 32
2.3. Mạng quang đa miền ............................................................................. 34
2.4. Bảo vệ trong mạng quang đa miền ....................................................... 35
2.4.1. Các giải pháp gần đúng ................................................................. 36
2.4.2. Các giải pháp chính xác ................................................................. 37
2.5. Kết luận chƣơng ..................................................................................... 37
CHƢƠNG 3: LỜI GIẢI CHO BÀI TOÁN BẢO VỆ MẠNG ĐA MIỀN 39
3.1. Bài toán bảo vệ mạng quang ................................................................. 39
3.1.1. Định nghĩa và các ký hiệu .............................................................. 39
3.1.2. Giải pháp bảo vệ mạng đa miền ..................................................... 41
3.1.3. Mạng tích hợp ảo ............................................................................ 42
3.2. Đề xuất mô hình toán học ...................................................................... 44
3.2.1. Xác định cấu hình và các biến........................................................ 44
3.2.2. Mô hình tập trung ........................................................................... 45
3.3. Lời giải mô hình quy hoạch tuyến tính nguyên................................... 46
ii4
3.3.1. Bài toán con .................................................................................... 47
3.3.2. Sơ đồ thuật toán .............................................................................. 48
3.4. Kết quả thực nghiệm .............................................................................. 50
3.4.1. Mạng và tập dữ liệu ........................................................................ 50
3.4.2. Đánh giá hiệu năng – chất lượng của lời giải ................................ 51
3.4.3. Đánh giá hiệu năng – đặc trưng của lời giải .................................. 52
3.5. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................. 54
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 59
iii
5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
ATM
CWDM
DLP
DSF
DWDM
EDFA
FIPP
IP
ITU - T
MPLS
OADM
OLT
OMS
OPL
OSC
OTN
OXC
PLC
PS
Tiếng anh
Tiếng việt
Kiểu truyền bất đồng bộ
Ghép kênh phân chia
Coarse WDM
bước sóng mật độ thấp
Bảo vệ liên kết dành
Dedicated Link Protection
riêng
Dispersion-shifted
Single-mode Sợi quang đơn mode dịch
optical Fibre cable
tán sắc
Ghép kênh phân chia
Dense WDM
bước sóng mật độ cao
Khuếch đại quang sợi có
Erbium Doped Fiber Amplifier
pha tạp Erbium
Bảo vệ đường đi không
Failure Independent Path Protecting
phụ thuộc vào lỗi
Internet Protocol
Giao thức internet
International
Telecommunication Tiêu chuẩn viễn thông
Union-Telecommunication
thuộc Tổ chức Viễn
Standardization Sector
thông quốc tế
Chuyển mạch nhãn đa
Multi-Protocol Label Switching
giao thức
Bộ ghép kênh tách/ghép
Optical Add/Drop Multipler
quang
Optical Line Terminator
Thiết bị đầu cuối quang
Optical Multiplex Section
Lớp ghép kênh quang
Optimization Programming Language Ngôn ngữ lập trình tối ưu
Optical Supervisory Channel
Kênh giám sát quang
Optical Transport Network
Mạng truyền tải quang
Optical Cross Connects
Bộ kết nối chéo quang
Plannar Lightwave Circuit
Bộ chia quang
Splitter Power
Bộ chia nguồn
Asynchronous Transfer Mode
6iv
Từ viết
tắt
ROADM
SDH
SLP
SONET
SPP
Tiếng anh
Tiếng việt
Reconfigurable Optical
Add/Drop
Multipler
Synchronous Digital Hierarchy
Shared Link Protection
Synchronous Optical Networking
Shared Path Protection
Tái cấu hình bộ ghép
kênh tách/ghép quang
Hệ phân cấp số đồng bộ
Bảo vệ liên kết chia sẻ
Mạng quang đồng bộ
Bảo vệ đường chia sẻ
Ghép kênh phân chia
bước sóng
Chuyển đổi bước sóng có
chọn lọc
WDM
Wavelength Division Multiplexing
WSS
Wavelength Selective Switching
v7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Tập các yêu cầu .................................................................................. 51
Bảng 3.2. Đánh giá lời giải đề xuất ..................................................................... 52
Bảng 3.3. Số lượng cấu hình sinh ra ................................................................... 52
Bảng 3.4. Số lượng cấu hình được chọn ............................................................. 53
vi8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mạng WDM [11]............................................................................... 6
Hình 1.2. Sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối OLT [11]...................................... 10
Hình 1.3. Bộ khuếch đại quang EDFA[11] ..................................................... 12
Hình 1.4. Vai trò của OADM trong mạng có 3 nút [11] ................................. 13
Hình 1.5. Minh họa một mạng dùng OXC [11] .............................................. 15
Hình 1.6. Sơ đồ khối thuật toán sinh cột ........................................................ 17
Hình 2.1. Bảo vệ đường đi trong cấu hình Mesh ............................................ 22
Hình 2.2. (a) Chuyển mạch bảo vệ đơn hướng và (b) bảo vệ hai hướng ........ 24
Hình 2.3. (a) Kỹ thuật bảo vệ 1 + 1 và (b) bảo vệ 1:1[11].............................. 25
Hình 2.4. Kỹ thuật bảo vệ 1:N [11]................................................................. 27
Hình 2.5. Phân loại phương án bảo vệ mạng đa miền .................................... 29
Hình 2.6. (a) 2 đường làm việc, (b) bảo vệ liên kết chia sẻ, (c) bảo vệ đường
đi chia sẻ .......................................................................................................... 30
Hình 2.7. (a) Lỗi liên kết trên chu trình, (b) Lỗi liên kết bắt ngang .............. 32
Hình 2.8. FIPP p-cycle .................................................................................... 34
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn mạng đa miền ....................................................... 40
Hình 3.2. Lược đồ bảo vệ hai mức .................................................................. 41
Hình 3.3 (a) FIPP p-cycle, (b) Băng thông để bảo vệ, (c) Mạng tích hợp ảo . 43
Hình 3.4. Mạng ảo của đồ thị biểu diễn mạng đa miền ................................. 43
Hình 3.5. Chia sẻ băng thông .......................................................................... 46
Hình 3.6. Sơ đồ thuật toán sinh cột ................................................................. 49
Hình 3.7. Topo mạng quang 5 miền................................................................ 50
vii
9
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Xu hướng phát triển các mạng truyền thông truyền dẫn quang đang được
quan tâm đầu tư và phát triển. Tuy vậy, hoạt động của mạng truyền tải quang
trong thực tế không những bị ảnh hưởng bởi những yếu tố khách quan như độ
tin cậy, tuổi thọ của thiết bị mà còn chịu tác động của các yếu tố khác như
môi trường, khí hậu, thời tiết, và các nhân tố chủ quan do con người gây ra.
Tác động của các yếu tố trên gây ra sự cố hỏng thiết bị, đứt cáp dẫn đến sự
ngừng hoạt động của các kênh truyền tải thông tin, gây thiệt hại cho cả người
sử dụng và người cung cấp dịch vụ. Vấn đề đặt ra là cần phải thiết lập chức
năng duy trì hoạt động của mạng trước các sự cố bằng cách áp dụng các kỹ
thuật bảo vệ hoặc phục hồi mạng. Đối với mạng truyền tải quang sử dụng
công nghệ SDH, một số kỹ thuật bảo vệ và phục hồi đã được áp dụng tương
đối hiệu quả theo các đề xuất và khuyến nghị của ITU-T. Tuy nhiên, thời gian
hồi phục lại lâu, trong khi đó thì các kỹ thuật bảo vệ ở tầng quang WDM có
khả năng hồi phục mạng nhanh hơn.
Các nghiên cứu trước đây thường dùng phương pháp khôi phục mạng
khi có lỗi, chi phí nhỏ nhưng thời gian gián đoạn mạng lớn. Một số ít nghiên
cứu dùng phương pháp dự phòng có thời gian gián đoạn mạng nhỏ hơn nhưng
chi phí khá lớn, giới hạn trong mạng đơn miền và dùng kỹ thuật gần đúng.
Việc thiết lập chức năng duy trì hoạt động của mạng trước các sự cố bằng
cách đề xuất giải pháp tối ưu cho bài toán bảo vệ mạng quang đa miền với
kích thước lớn bằng phương pháp chính xác nhằm giảm chi phí tài nguyên
mạng, áp dụng phương pháp dự phòng để giảm thời gian gián đoạn của mạng
là yêu cầu cần thiết trong thực tế hiện nay. Từ ý nghĩa thực tiễn đó, tác giả đã
lựa chọn thực hiện đề tài “Mô hình tối ưu giải bài toán bảo vệ mạng đa
miền”.
1
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu công nghệ mạng quang và phương pháp bảo vệ mạng quang.
- Tìm hiểu bài toán bảo vệ mạng quang đa miền.
- Đề xuất mô hình cho lời giải chính xác để bảo vệ mạng quang đa miền
có kích thước lớn.
- Triển khai thực nghiệm mô hình dựa trên ngôn ngữ lập trình tối ưu
OPL (Optimization Programming Language).
3. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu
- Mạng quang và phương pháp bảo vệ mạng quang.
- Phương pháp tối ưu giải bài toán bảo vệ mạng quang đa miền kích
thước lớn.
- Ngôn ngữ lập trình để cài đặt mô hình đã đề xuất.
4. Giả thuyết khoa học
- Hoạt động của các yếu tố bên ngoài có thể gây ra sự cố ngừng hoạt
động của các kênh truyền tải thông tin trên mạng. Việc bảo vệ sẽ duy
trì được hoạt động của mạng, duy trì khả năng sẵn sàng kết nối cao.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu công nghệ mạng quang và các phương pháp bảo vệ mạng
quang đa miền.
- Nghiên cứu một số kỹ thuật bảo vệ mạng ở tầng quang: bảo vệ mỗi liên
kết, bảo vệ phân đoạn, bảo vệ toàn bộ đường đi,...
- Đề xuất phương án bảo vệ 2 mức: Kỹ thuật p-cycle bảo vệ mỗi liên kết
ngoài miền, FIPP p-cycle bảo vệ toàn bộ đường đi trong miền.
- Xây dựng mô hình toán học cho bảo vệ mạng quang đa miền.
- Đề xuất lời giải tối ưu cho bài toán bảo vệ mạng quang đa miền.
2
- Cài đặt thực nghiệm mô hình trên ngôn ngữ lập trình tối ưu OPL và đưa
ra các đánh giá, nhận xét.
6. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu trên mạng quang đa miền có lỗi liên kết đơn trên liên kết và
đường làm việc.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu các tạp chí và báo cáo
khoa học, tài liệu chuyên ngành.
- Phương pháp phân tích và tổng hợp dữ liệu: Phân tích các khả năng bị
lỗi, tổng hợp và đề xuất phương pháp bảo vệ mạng.
- Phương pháp thu thập thông tin: Thu thập dữ liệu một số kiến trúc
mạng quang thực tế để thực nghiệm.
- Phương pháp thực nghiệm: Cài đặt phần mềm, kiểm thử và đánh giá
kết quả thực nghiệm.
8. Đóng góp mới của luận văn
Trong nghiên cứu này tôi đề xuất chiến lược bảo vệ mạng quang đa miền
kích thước lớn trong đó p-cycle được sử dụng để bảo vệ các liên kết ngoài
miền, FIPP p-cycle được sử dụng để bảo vệ trong mỗi miền. Tôi đề xuất một
mô hình tối ưu để xác định các p-cycle và FIPP p-cycle.
9. Cấu trúc luận văn
Phần 1. Mở đầu: Trình bày lý do lựa chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu,
phương pháp, đối tượng nghiên cứu và tóm lược các nội dung nghiên cứu
chính của đề tài.
3
Phần 2. Nội dung
Chương 1. Tổng quan về mạng quang: Trình bày quá trình phát triển
mạng quang qua các thế hệ, khái quát công nghệ mạng quang và các phần tử
của mạng quang.
Chương 2. Bảo vệ mạng quang đa miền: Trình bày định nghĩa và biểu
diễn mạng quang đa miền, các kỹ thuật bảo vệ mạng quang đa miền, thuật
toán sinh cột trong giải bài toán quy hoạch tuyến tính.
Chương 3. Lời giải cho bài toán bảo vệ mạng quang đa miền: Trình bày
các đề xuất, xây dựng mô hình cho bài toán bảo vệ mạng quang đa miền, thực
nghiệm và đánh giá kết quả.
Phần 3. Kết luận và kiến nghị: Đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài và
đề xuất hướng phát triển tiếp theo.
4
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương này trình bày khái quát về công nghệ mạng quang và một
phương pháp giải quyết bài toán tối ưu quy mô lớn phát sinh trong mô hình
bảo vệ mạng quang. Phần 1.1 sơ lược về quá trình phát triển các thế hệ mạng
quang, phần 1.2 trình bày một số khái niệm trong cấu tạo mạng quang, đánh
giá những ưu, nhược điểm của hệ thống WDM (Wavelength Division
Multiplexing). Phần 1.3 khái quát chức năng của các phần tử trong mạng
quang WDM. Kỹ thuật sinh cột trong giải quyết bài toán quy hoạch tuyến tính
cỡ lớn được trình bày trong phần 1.4 và cuối cùng phần 1.5 là kết luận của
chương.
1.1. Quá trình phát triển mạng quang
Ngày nay, lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin tăng lên
rất nhanh, nhu cầu truy cập băng rộng trong các mạng viễn thông và lưu
lượng truyền tải trong mạng đường trục cũng tăng lên nhanh chóng. Cùng với
sự phát triển của các dịch vụ băng rộng, đòi hỏi có hệ thống mạng với băng
thông rộng, độ tin cậy cao và tiêu thụ ít năng lượng ngày càng trở nên cấp
thiết. Do có nhiều ưu điểm hơn hẳn các hình thức thông tin khác về dung
lượng kênh, kinh tế… mà thông tin quang giữ vai trò chính trong việc truyền
tín hiệu. Hệ thống truyền dẫn quang đã và đang phát triển mạnh mẽ ở trong
nước và nhiều nước trên thế giới. Dựa vào cấu tạo và cơ chế chuyển mạch,
chúng ta đề cập đến ba thế hệ phát triển của mạng quang.
1.1.1. Mạng quang thế hệ thứ nhất
Trong mạng quang thế hệ thứ nhất, sợi quang chủ yếu dùng cho truyền
dẫn và cung cấp dung lượng. Sợi quang được triển khai rộng rãi trong tất cả
các mạng viễn thông, cung cấp tỷ lệ lỗi bit thấp hơn và dung lượng cao hơn so
với cáp đồng. Một số mạng quang thế hệ thứ nhất như mạng quang đồng bộ
(Synchronous Optical Networking SONET), hệ phân cấp số đồng bộ
5
(Synchronous Digital Hierarchy - SDH) tạo thành cơ sở hạ tầng viễn thông
cốt lõi ở Bắc Mỹ, châu Âu và châu Á. Trong thế hệ thứ nhất, chuyển mạch và
chức năng mạng thông minh khác được xử lý bằng thiết bị điện tử.
1.1.2. Mạng quang thế hệ thứ hai
Mạng quang thế hệ thứ hai có chức năng định tuyến, chuyển mạch và
mạng thông minh được thực hiện trong miền tín hiệu quang vì vậy chúng có
thể dễ dàng xử lý lượng dữ liệu lớn hơn tín hiệu điện tử. Hơn nữa, các thiết bị
điện tử tại một nút chỉ xử lý các dữ liệu (nguồn/đích) đến nút đó trong khi tất
cả các dữ liệu còn lại được định tuyến thông qua miền quang, làm giảm đáng
kể nhu cầu cho các thiết bị điện tử. Các mạng này dựa trên truyền WDM còn
gọi là mạng định tuyến bước sóng.
Hình 1.1. Mạng WDM [11]
Trong hình 1.1 là mạng định tuyến bước sóng WDM, gồm thiết bị đầu
cuối quang (Optical Line Terminator - OLT), bộ ghép kênh tách/ghép quang
(Optical Add/Drop Multipler - OADM) và bộ kết nối chéo quang (Optical
6
Cross Connects - OXC). Mạng cung cấp tín hiệu điện (lightpath) cho người
dùng, thường là các bộ định tuyến IP hoặc thiết bị đầu cuối SONET.
Mạng WDM là mạng truyền dẫn tốc độ cao, WDM được áp dụng đồng
thời truyền nhiều bước sóng riêng biệt trong một sợi quang. Tùy thuộc vào
khoảng cách giữa hai chiều dài bước sóng lân cận, có thể có WDM đặc tức
ghép kênh phân chia bước sóng mật độ cao (Dense WDM – DWDM) hoặc
WDM thưa hay ghép kênh phân chia bước sóng mật độ thấp (Coarse WDM –
CWDM).
Hệ thống WDM sử dụng các bước sóng khác nhau cho các kênh khác
nhau, mỗi kênh có thể truyền dẫn đồng nhất hoặc không đồng nhất. WDM có
thể truyền dữ liệu ở tốc độ bit khác nhau, một kênh có thể truyền tải lưu lượng
với tốc độ 2.5 Gbps, 10 Gbps, 40 Gbps hoặc lên đến 100 Gbps và các kênh có
thể thực hiện truyền với tốc độ khác nhau trên cùng một sợi.
1.1.3. Mạng quang thế hệ thứ ba (mạng dựa trên ROADM)
Sự ra đời của OADM (Optical Add/Drop Multipler) cố định cung cấp
khả năng tiết kiệm chi phí bằng cách loại bỏ việc chuyển đổi giữa quang điện không cần thiết, nhưng lại có những hạn chế về giới hạn ứng dụng.
Công nghệ tái cấu hình bộ ghép kênh tách/ghép quang (Reconfigurable ROADM) ra đời đã cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng quang có thể triển
khai các bước sóng một cách linh hoạt hơn.
ROADM là yếu tố quan trọng trong việc xây dựng các mạng quang tự
động cấu hình lại thế hệ tiếp theo. ROADM ảnh hưởng đến chi phí, hiệu suất
và cấu hình linh hoạt của mạng quang. Các công nghệ bao gồm: chặn
bước sóng, bộ chia quang (Plannar Lightwave Circuit - PLC) và chuyển đổi
bước sóng chọn lọc (Wavelength Selective Switching – WSS).
Trong khi ROADM thế hệ đầu tiên thuộc mức hai và chỉ có thể được sử
dụng trong kiến trúc vòng hoặc thẳng, ROADM thế hệ mới dự kiến sẽ hỗ trợ
7
các nút ở mức cao hơn để thiết kế và triển khai các mạng quang trong tương
lai với đầy đủ các chức năng linh hoạt, đó là ROADM đa mức dựa trên WSS.
1.2. Công nghệ mạng quang
1.2.1. Khái quát mạng quang
Mạng quang sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu trên đường truyền,
dùng cáp quang để dẫn ánh sáng. Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung
tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế, cho phép truyền đi tối đa
các tín hiệu ánh sáng. Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt
hơn các tín hiệu truyền. Trong cáp quang gồm các thành phần sau:
- Core: Là trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi.
- Cladding: Là vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi, phản xạ ánh sáng
trở lại vào lõi.
- Buffer coating: Là lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và
ẩm ướt.
- Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là
cáp quang. Những bó này được bảo vệ bởi một lớp phủ bên ngoài là
jacket.
Cáp quang gồm hai loại chính: Đa mode (Multimode) và đơn mode
(Single mode). Đa mode gồm chiết suất liên tục và chiết suất biến đổi.
Chiết suất liên tục (Multimode stepped index): Có kích thước lõi khoảng
100 micron, các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau
trong lõi như đường thẳng hoặc đường zig-zag. Tại điểm đến sẽ nhận các
chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng.
Chiết suất biến đổi (Multimode graded index): Kích thước lõi có chỉ số
khúc xạ giảm dần từ trong ra ngoài cladding. Các tia gần trục truyền chậm
hơn các tia gần cladding, các tia theo đường cong thay vì zig-zag và các chùm
tia tại điểm hội tụ, vì vậy xung ít bị méo dạng.
8
Đơn mode (Single mode): Có kích thước lõi khoảng 8 micron hay nhỏ
hơn, hệ số khúc xạ thay đổi từ lõi ra cladding ít hơn multimode. Các tia truyền
theo phương song song trục, xung nhận được hội tụ tốt nên ít méo dạng.
Single mode dùng cho khoảng cách xa hàng nghìn km, phổ biến trong
các mạng điện thoại, mạng truyền hình cáp đường kính 8um, truyền xa hàng
trăm km mà không cần khuếch đại.
1.2.2. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ WDM
1.2.1.1. Ưu điểm
Công nghệ WDM có khả năng tạo dung lượng lớn chỉ trên một sợi
quang và có thể đạt dung lượng lớn hơn khi sử dụng kỹ thuật DWDM. Công
nghệ WDM có tính trong suốt, có thể hỗ trợ các dạng số liệu như: ATM,
Gigabit Ethenet ESCON, chuyển mạch kênh, IP,…Công nghệ WDM có khả
năng tăng băng thông truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu
cầu mở rộng mạng ở nhiều cấp độ khác nhau. Công nghệ WDM cho phép
xây dựng mô hình mạng truyền tải OTN (Optical Transport Network)
giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả và
định tuyến linh động.
1.2.1.2. Nhược điểm
Công nghệ WDM cũng còn một số hạn chế nhất định như băng tần hoạt
động có thể của sợi quang vẫn chưa được khai thác hết. Quá trình khai thác,
bảo dưỡng khá phức tạp và cần chi phí cao, nếu hệ thống sợi quang đang sử
dụng là DSF theo tiêu chuẩn G653 thì rất khó triển khai WDM vì xuất hiện
hiện tượng trộn bước sóng gay gắt.
1.3. Các phần tử cơ bản của mạng quang
1.3.1. Thiết bị đầu cuối
Thiết bị đầu cuối OLT là thiết bị được dùng ở đầu và cuối của một liên
kết điểm - điểm để ghép và phân kênh các bước sóng. Các phần tử chức
9
- Xem thêm -