Bài giảng Chương 3: Mạng quang WDM môn Mạng truyền thông quang | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
Mạng quang WDM sử dụng các bước sóng quang theo lưới tiêu chuẩn bước sóng của ITU-T. Trong mạng có nhiều bước sóng được truyền tải với tốc độ ánh sáng trong một sợi, hỗ trợ linh hoạt các giao thức (SDH, ATM, IP, Ethernet, dữ liệu tốc độ cao, video, v.v.), với nhiều loại dịch vụ và băng thông rất lớn (Pb/s). Tài liệu được sưu tầm gồm 41 trang, giúp các bạn ôn luyện và phục vụ cho việc học tập, đạt kết quả tốt. Mời các bạn đón xem!
Môn: Mạng truyền thông quang 11 tài liệu
Trường: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 1 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
Bộ môn Tín hiệu và Hệ thống Hà Nội, 2022 1 • Nội dung :
– Chương 1 : Giới thiệu về mạng truyền thông quang
– Chương 2 : Các lớp khách hàng (cli
ent) của lớp quang
– Chương 3 : Mạng quang WDM
– Chương 4 : Đồng bộ, quản lý và điều khiển mạng quang
– Chương 5 : Bảo vệ và phục hồi mạng quang
– Chương 6 : Mạng truy nhập quang 2 • Nội dung chi tiết: Chương 3- MẠNG QUANG WDM
– Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM) • Giới thiệu
• Các cấu hình mạng quang WDM
• Các giao diện mạng quang
• Chuyển mạch trong mạng quang WDM
– Các thành phần cơ bản của mạng WDM
• Thiết bị đầu cuối đường quang (TM)
• Thiết bị khuếch đại đường quang (OA)
• Thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM/ROADM)
• Thiết bị nối chéo quang (OXC) – Truyền tải IP/WDM
• Xu hướng tích hợp IP trên WDM
• Các giai đoạn phát triển IP/ WDM
• Các kiến trúc truyền tải IP/ WDM
• Các mô hình kết nối và mô dịch vụ mạng IP/ WDM 3 • Nội dung chi tiết :
C hương 3 - MẠNG QUANG WDM
– Vấn đề thiết kế cơ bản của mạng WDM • Giới thiệu • Bài toán LTD và RWA • Định cỡ mạng
– Các ứng dụng mạng quang WDM • Mạng truy nhập • Mạng Metro • Mạng lõi
• Mạng Mạng quang định nghĩa bởi phần mềm (SDN)
• quang lưới bước sóng linh hoạt 4
3.1. Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM) – Giới thiệu
✓ Mạng quang WDM sử dụng các bước sóng quang theo lưới tiêu
chuẩn bước sóng của ITU-T.
✓ Trong mạng có nhiều bước sóng được truyền tải với tốc độ ánh
sáng trong một sợi, hỗ trợ linh hoạt các giao thức (SDH, ATM, IP,
Ethernet, dữ liệu tốc độ cao, video, v.v.), với nhiều loại dịch vụ và
băng thông rất lớn (Pb/s).
– Quá trình phát triển mạng:
➢ Thế hệ 1: Hệ thống WDM điểmđiểm với các MUX/DEMUX
➢ Thế hệ 2: Hệ thống WDM điểmđa điểm với OADM và OXC
➢ Thế hệ 3: Mạng quang WDM
với chuyển mạch & định tuyến 5
3 .1 . Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM)
– Vai trò củ a WDM trong quá trì nh phá t triể n mạng
✓ Lớ p quang WDM cung cấ p cá c “ sợ i quang ả o ” trong 1 sợ i quang
✓ Cho phé p đá p ứ ng sự bù ng nổ nhu cầ u sử dụ ng sợ i quang
✓ Có thể cho phé p giả m dầ n sự phụ thuộ c và o SONET/SDH
✓ Mạ ng quang WDM vớ i cá c giao diệ n mở đơn giả n hó a việ c truy
nhậ p trự c tiế p tớ i tà i nguyên dung lượ ng sợ i quang bở i cá c giao thứ c khá c nhau . 6
3 .1 . Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM)
– Vai trò củ a WDM trong quá trì nh phá t triể n mạng
✓ WDM thự c hiệ n thiế t lậ p mạ ng quang thông minh dự a trên các
bước sóng cho phé p cá c nhà vậ n hà nh mạ ng thự c hiệ n :
➢ Đị nh tuyế n bướ c só ng
➢ Tá i đị nh tuyế n bướ c só ng để trá nh sự cố , nghẽ n, ...
➢ Giá m sá t và quả n lý bướ c só ng
➢ Cá c dị ch vụ cho thuê kênh bướ c só ng
➢ Cá c mạ ng riêng ả o quang
✓ Mạ ng WDM đị nh tuyế n : 7
3.1. Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM) –
Yêu cầu kiến trúc mạng: ✓ Tá i sử dụ ng ✓ Chuyể n đổ i ✓ Trong suố t
✓ Khả năng tồ n tạ i k gặ p sự cố ✓ Chuyể n mạ ch hoạ t linhi 8 h
3.1 . Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM)
– Các cấ u hì nh mạng quang WDM :
✓ Điể m – điể m ( Point to point)
✓ Đườ ng thẳ ng ( Linear ) ✓ Vò ng ( ring ) ✓ Lướ i ( Mesh ) ✓ Sao ( star ) 9
3.1 . Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM)
– Các giao diện mạng quang :
✓ Định nghĩa giao diện và tiêu chuẩn hóa giao diện theo các tiêu chuẩn
quốc tế là cho mục đích kết nối , để các sản phẩm từ các nhà sản xuất
khác nhau ( phần cứng và phần mềm) tương thích và hoạt động cùng nhau
✓ K hả năng kết nối và tương thích là một vấn đề quan trọng và tốn kém
trong các mạng truyền thông
✓ Một giao diện giữa hai điểm trong mạng xác định khả năng kết nối vật
lý, giao thức và các nhiệm vụ
✓ C ác loại giao diện :
➢ G iao diện người dùng với mạng ( UNI - User to Network Interface ) ,
➢ G iao diện nút với nút ( NNI - N ode to Node Interface), ➢ 10
G iao diện liên mạng ( INI - Inter - Network Interface )
3.1. Cấu hình mạng quang ghép theo bước sóng (WDM) –
Chuyển mạch trong mạng quang WDM:
✓ Hiệu năng định tuyến trong mạng quang phụ thuộc vào các yếu tố: ➢ Cấu trúc mạng,
➢ Số lượng nút trong mạng,
➢ Khả năng chuyển mạch của mỗi nút,
➢ Phương thức chuyển đổi,
➢ Tốc độ chuyển mạch, ➢ Trễ chuyển mạch
➢ Khả năng không nghẽn của cơ cấu chuyển mạch,
✓ Với các mạng hình lưới WDM (toàn quang) thuần túy, có hai phương
pháp chuyển mạch phổ biến: chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch gói quang 11
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị đầ u cuố i đườ ng quang ( OLT )
✓ Gồ m 3 khố i chứ c năng :
• Bộ chuyể n phá t quang (Transponder)
• Bộ tá ch / ghé p bướ c só ng (Mux/Demux)
• Bộ phá t / thu kênh giá m sá t ( T X/RX )
• Khuyế ch đạ i quang ( OA ): tù y chọ n 12
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị đầ u cuố i đườ ng quang ( OLT )
✓ Cá c bộ chuyể n phá t trong OLT dù ng để thí ch ứ ng cá c tí n
hiệ u giao thứ c khá ch hà ng vớ i tiêu chuẩ n mạ ng WDM
( cá c lướ i bướ c só ng)
✓ Bộ thu phá t gử i và thu nhậ n tí n hiệ u kênh giá m sá t quang ( OSC )
✓ OLT đượ c sử dụ ng trong cấ u hì nh mạ ng WDM điể m –
điể m / đường thẳng . 13
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị khuyế ch đạ i đườ ng quang và tá i sinh
✓ Bộ khuyế ch đạ i đườ ng quang → Tá i sinh 1 R ( tá i phá t quang) :
• Cá c bộ EDFA đượ c sử dụ ng mộ t cá ch tuầ n hoà n dọ c tuyế n sợ i
quang ( khoả ng cá ch 80 - 120 km)
• Đôi khi cá c bộ khuyế ch đạ i Raman đượ c sử dụ ng.
• Tạ i mỗ i node có thể có nhiề u tầ ng khuyế ch đạ i EDFA
• Cấ u hì nh tương tự theo hướ ng ngượ c lạ i 14
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị khuyế ch đạ i đườ ng quang và tá i sinh
✓ Tá i sinh 3 R quang chưa hoà n thiệ n để thương mạ i hó a :
• Tiế p tụ c dự a và o cá c bộ tá i sinh điệ n tử
✓ Bộ chuyể n phá t quang có khố i tá i sinh điệ n tử giữ a cá c bộ
chuyể n đổ i O / E và E/O :
• Đơn giả n đượ c xem như OEO
• Cũ ng đượ c sử dụ ng cho chuyể n đổ i bướ c só ng và giá m sá t tí n hiệ u 15
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị khuyế ch đạ i đườ ng quang và tá i sinh
✓ Mộ t cá ch lý tưở ng , cá c bộ chuyể n phá t quang không nên
sử dụng trong cá c mạ ng quang :
• Đảm bảo mộ t mạ ng toà n quang trong suố t
• Nhưng cá c suy giả m tí n hiệ u tí ch lũ y sẽ giớ i hạ n phạ m vi củ a mạ ng 16
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị khuyế ch đạ i đườ ng quang và tá i sinh
✓ Cá c bộ chuyể n phá t làm tăng chi phí mạ ng WDM : 17
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị khuyế ch đạ i đườ ng quang và tá i sinh
✓ Cá c bộ chuyể n phá t 3 R đơn giả n chỉ hoạt động cố đị nh
cho mộ t tố c độ bit và giao thứ c khá ch hà ng cụ thể :
• Chứ c năng đị nh thờ i ( khôi phụ c đồ ng hồ ) khó thự c hiệ n cho
cá c tố c độ bit khá c nhau
• Cá c bộ chuyể n phá t khá c nhau cầ n cho cá c tố c độ bit và cá c giao thứ c khá c nhau 18
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị khuyế ch đạ i đườ ng quang và tá i sinh
✓ Cá c bộ chuyể n phá t đơn giả n hó a vớ i chỉ chứ c năng 2 R
có thể sử dụ ng cho cá c tố c độ bit khá c nhau : 19
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị khuyế ch đạ i đườ ng quang và tá i sinh
✓ Gầ n đây có nhữ ng phá t triể n đá ng kể tăng khả năng sẵ n
có trên thị trườ ng cá c bộ chuyể n phá t linh hoạ t :
• Thiế t kế cho phé p đị nh thờ i khả lậ p trì nh trong cá c bộ chuyể n phá t đa tố c độ
• Hỗ trợ nhanh và rẻ cá c giao thứ c khá ch hà ng khá c nhau chỉ
bằ ng việ c hoá n đổ i cá c bộ thu phá t quang có thể thá o rờ i trong cá c bộ chuyể n phá t 20
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị xen / rẽ quang ( OADM )
✓ OADM đượ c sử dụ ng để tá ch hoặ c xen mộ t số kênh bướ c
só ng tạ i cá c node trung gian
✓ Cho phé p triể n khai cá c cấ u hì nh đườ ng thẳ ng và cấ u hì nh vò ng 21
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị xen / rẽ quang ( OADM )
✓ OADM cung cấ p giả i phá p hiệ u quả chi phí cho việ c điề u
khiể n lưu lượ ng chủ yế u chuyển tiếp ( pass - through) →
giả m thiể u số lượ ng cá c bộ chuyể n phá t quang yêu cầ u . 22
3.2. Các thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiết bị xen/rẽ quang (OADM)
✓ Các thuộc tính trong việc lựa chọn OADM
• Kích cỡ OADM: tổng số bước sóng được hỗ trợ
• Hoạt động xen/rẽ không ảnh hưởng đến các kênh khác
• Cấu trúc module: cho phép định cỡ OADM theo sự tăng dần
lưu lượng (số lượng kênh )
• Các suy giảm lớp vật lý quang (suy hao, lọc không hoàn hảo,...)
– Có phụ thuộc vào số lượng kênh xe/rẽ ?
– Bao nhiêu OADM có thể kết nối với nhau trước khi cần transponder?
• Khả năng cấu hình lại:
– Cấu hình xen/rẽ thay đổi bởi điều khiển phần mềm từ xa
– Quy hoạch mạng và thiết lập kết nối một cách linh hoạt • Chi phí
– Tiêu thụ nguồ n , chi phí trên mỗ i kênh 23
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị xen / rẽ quang (O ADM )
✓ Cấ u trú c OADM cố đị nh (f ixed ) :
• Xen hoặ c rẽ vĩ nh viễ n mộ t số kênh cụ thể
• Nhà vậ n hà nh mạ ng cầ n quy hoạ ch trướ c ( VD : có cá c cổ ng
xen / rẽ dự phò ng ) và sử dụ ng thiế t bị mộ t cá ch thí ch hợ p .
✓ Cá c kiể u cấ u trú c OADM cố đị nh :
• Song song hoặ c nố i tiế p
• Xen / rẽ theo kênh đơn hoặ c theo băng 24
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị xen / rẽ quang ( OADM )
✓ Cá c kiể u cấ u trú c OADM cố đị nh : 25
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị xen / rẽ quang ( OADM )
✓ Cấ u trú c OADM cấ u hì nh lạ i ( ROAD ) M :
• Cá c bướ c só ng mong muố n đượ c xen / rẽ độ ng
• Độ linh hoạ t tăng lên cho nhà vậ n hà nh trong việ c thiế t lậ p
hoặ c xó a bỏ kế t nố i.
✓ Cá c kiể u cấ u trú c R OADM : 26
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị kế t nố i ché o quang ( OXC )
✓ Thự c hiệ n chuyể n trự c tiế p 1 kênh từ 1 cổ ng sợ i quang
đầ u và o tớ i mộ t trong cá c cổ ng sợ i quang đầ u ra
✓ Xen hoặ c rẽ cụ c bộ cá c kênh
Mộ t ví dụ OXC vớ i 2 sợ i đầ u và o và
2 sợ i đầ u ra đượ c thự c hiệ n bằ ng việ c sử dụ ng 2 27
chuyể n mạ ch 2 x 2 hoặ c 1 chuyể n mạ ch 4 x 4 . Mỗ i sợ i mang 2 kênh bướ c só ng.
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị kế t nố i ché o quang ( OXC )
✓ Cá c kiể u cấ u trú c OXC : 28
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị kế t nố i ché o quang ( OXC )
✓ Cá c OXC cho phé p triể n khai cá c cấ u hì nh mạ ng lướ i và
liên kế t giữ a cá c ring 29 ̉
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị kế t nố i ché o quang ( OXC )
✓ Đố i vớ i chuyể n mạ ch toà n quang ( All - Optical)
• Không phụ thuộ c và o tố c độ bit và tí n hiệ u khá ch hà ng
• Khả năng đị nh cỡ về dung lượ ng tố t hơn , VD : chuyể n mạ ch từ
2.5 Gbit / s tớ i 40 Gbit / s có cù ng chi phí / mỗ i cổ ng
• Kí ch thướ c nhỏ gọ n và tiêu thụ tiế t kiệ m điệ n hơn
• Công nghệ mớ i , không có giá m sá t miề n số , hiệ n tạ i chi có tá i
sinh 1 R ( khuyế ch đạ i quang) 31
3.2 . C ác thành phần cơ bản của mạng quang WDM
– Thiế t bị kế t nố i ché o quang ( OXC )
✓ Đố i vớ i chuyể n mạ ch quang vớ i OEO
• Kế t hợ p cá c ưu điể m củ a chuyể n mạ ch quang vớ i giá m sá t
miề n số và khả năng tá i sinh củ a cá c bộ chuyể n phá t quang
• Vẫ n tồ n tạ i cá c vấ n đề về giả m tí nh trong suố t , kí ch cỡ cồ ng
kề nh và tiêu thụ nhiề u điệ n năng. 32 3.3 . Truyền tải IP/ WDM
– Xu hướng tích hợp IP trên WDM Internet ❖ Đơn giản ❖ Phổ biến IP over WDM ❖ Tốc độ cao WDM
❖ Chuyển mạch linh hoạt 33 3.3 . Truyền tải IP/ WDM
– Xu hướng tích hợp IP trên WDM ✓ Ưu điểm của IP :
• K hả năng kết nối đơn giản, dễ dàng và linh hoạt
• P hát triển bùng nổ của lưu lượng IP ,
• P hát triển mạnh mẽ của Internet và intranet diện rộng
• H ội tụ nhanh chóng của các dịch vụ IP tiên tiến
• Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ truyền tải IP (IPv 6 ) với khả
năng truyền tải tốc độ cao và có đủ khả năng truyền tải tất cả
các dịch vụ viễn thông , dữ liệu và quảng bá .
=> IP đang trở thành giao thức truyền tải chính trên tất cả các cơ sở
hạ tầng truyền tải thông tin hiện nay cũng như trong tương lai . 34 3.3 . Truyền tải IP/ WDM
– Xu hướng tích hợp IP / WDM
✓ Ưu điểm của WDM : khả năng truyền tải tốc độ cao, dung lượng
truyền dẫn lớn và linh hoạt trong chuyển mạch
=> WDM trở thành công nghệ nền tảng cho tất cả các cơ sở hạ tầng mạng truyền tải .
▪ Tích hợp công nghệ IP và công nghệ WDM trên cùng một cơ sở hạ
tầng mạng : tạo thành một giải pháp truyền tải IP / quang để xây dựng các 35
mạng truyền tải hiện tại và tương lai . 3.3 . Truyền tải IP/ WDM
– Các giai đoạn phát triển IP/ WDM
✓ Giai đoạn IP/ATM/SDH /WDM :
• Giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải IP trên quang .
• Các IP datagram phải thực hiện chia thành các tế bào ATM để
c huyển từ nguồn tới đích
• Tại chuyển mạch ATM cuối cùng, các IP datagram mới được
khôi phục lại từ các tế bào .
• Là giai đoạn có đầy đủ các tầng IP, ATM và SDH : chi phí lắp
đặt, vận hành và bảo dưỡng tốn kém nhất . Tuy nhiên, khi công
nghệ các router còn nhiều hạn chế về mặt tốc độ, dung lượng
thì việc xử lý truyền dẫn IP trên quang thông qua ATM và SDH
vẫn có lợi về mặt kinh tế . 36 3.3. Truyền tải IP/WDM
– Các giai đoạn phát triển IP/ WDM ✓ Giai đoạn IP/SDH /WDM:
• Tầng ATM đã được loại bỏ và các IP datagram được chuyển
trực tiếp xuống tầng SDH. Thay vào đó, sử dụng công nghệ
router IP với những ưu điểm vượt trội so với chuyển mạch
ATM về mặt tính năng, dung lượng.
• Bổ sung kỹ thuật MPLS vào tầng IP sẽ tạo ra 2 khả năng mới:
➢Thứ nhất, cho phép thực hiện kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả
năng thiết lập kênh ảo VC.
➢Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiển ra khỏi mặt định hướng
nên cho phép giao thức điều khiển IP quản lý trạng thái thiết bị
mà không yêu cầu xác định rõ biên giới của các IP datagram.
Như vậy, có thể dễ dàng xử lý đối với các IP datagram có độ dài thay đổi37 3.3 . Truyền tải IP/ WDM
– Các giai đoạn phát triển IP/ WDM ✓ Giai đoạn IP/WDM :
• Tầng SDH cũng được loại bỏ và IP datagram được chuyển
trực tiếp xuống tầng quang . Việc loại bỏ tầng ATM và tầng
SDH đồng nghĩa với việc có ít phần tử mạng phải quản lý hơn
và việc xử lý cũng ít hơn
• Các bước sóng khác nhau có thể xen/rẽ hoặc chuyển đổi
bước sóng ở các nút khác nhau nhờ các thiết bị như : OXC,
OADM, bộ định tuyến bước sóng quang .
• Sự kết hợp IP phiên bản mới với khả năng khôi phục của tầng
quang, các thiết bị OAM&P và chức năng định tuyến phân bố
đã tạo ra khả năng phục hồi, phát hiện lỗi và giám sát nhanh . 38 3.3. Truyền tải IP/WDM
– Các kiến trúc truyền tải IP/ WDM
✓ Cho đến nay đã tạo ra nhiều giải pháp truyền tải IP qua quang.
✓ Nội dung của các giải pháp phụ thuộc vào quá trình phát triển
các công nghệ truyền tài hoặc phụ thuộc vào hiện trạng các
công nghệ đang sử dụng.
✓ Tuy nhiên, các giải pháp này đều tập trung vào việc:
➢ Giảm tính năng dư thừa
➢ Giảm mào đầu giao thức
➢ Đơn giản hoá công việc quản lý trong khi vẫn phải đảm
bảo khả năng cung cấp dịch vụ chất lượng khác biệt (nhiều
mức dịch vụ), độ khả dụng và bảo mật cao. 39