Nguyên Lý Cơ Bản Của Kỹ Thuật Wdm

Lợi thế của Ethernet là công nghệ này đã được sử dụng phổ biến trên toàn cầu ở các mạng LAN. Nhìn chung có khoảng 85% lưu lượng gói số liệu bắt đầu và kết thúc dưới dạng các gói Ethernet. Hiện nay trên toàn thế giới có khoảng 250 triệu cổng Ethernet. Do vậy các khách hàng rất quen thuộc và đều cảm thấy tiện ích và dễ tiếp cận với các loại hình dịch vụ được cung cấp bởi công nghệ Ethernet.

Ngoài ra, công nghệ Ethernet có một số lợi điểm khác nhau như:

• Các tốc độ dịch vụ phân cấp rất rộng.

• Có thể cung cấp các loại hình dịch vụ điềm-điểm, điểm-đa điểm, đa điểm-đa điểm.

• Tính tương thích cao về kết nối của Ethernet với các công nghệ mạng hiện tại.

• Chi phí xây dựng mạng thấp.

• Thời gian đáp ứng cung cấp dịch vụ cho khách hàng nhanh.

Công nghệ Ethernet đã được các nhà cung cấp thiết bị mạng đô thị và các nhà khai thác mạng quan tâm. Tuy nhiên, các nhà khai thác mạng vẫn còn tỏ ra rất thận trọng trong việc quyết định lựa chọn công nghệ này là công nghệ chủ đạo cho việc xây dựng mạng đô thị vì người ta còn e ngại về khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ có đảm bảo về QoS cũng như tính khả dụng (độ duy trì) của mạng dựa trên công nghệ này.

Thực tiễn cho thấy rằng: các tô-pô mạng Ethernet ndangj mesh đảm bảo khả năng phục hồi mạng mạnh hơn tô-pô mạng vòng ring vì chúng thực hiện các cơ chế phục hồi bảo vệ dang 1+n thay vì bảo vệ 1+1 trong mạng mạng vòng ring. Do đó, xét về kiến trúc thì các mạng mesh dựa trên cơ sở công nghệ Ethernet có tính hiệu quả hơn so với cấu trúc tô-pô mạng theo kiểu mạng vòng ring.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 75 trang tài liệu này.

+ MPLS/GMPLS

MPLS là một giao thức cho phép mặt phẳng điều khiển này và có thể được sử dụng để cung cấp tự động các dịch vụ điểm-điểm nhờ các giao thức báo hiệu như RSVP-TE.

Chức năng cơ bản của MPLS là cho phép các bộ định tuyến/ chuyển mạch thiết lập các luồng điểm-điểm (hay còn gọi là “các luồng chuyển mạch nhãn”) với các đặc tính QoS xác định qua bất kỳ mạng gói hay tế bào. Do vậy cho phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ hướng kết nối, xử lý lưu lượng và quản lý băng tần. Khả năng

tương thích với IP và ATM cho phép thiết lập các chuyển mạch IP/ATM kết hợp nhằm vào các lý do kinh tế hay mở ra một chiến lược loại bỏ ATM.

MPLS được thiết kế cho các dịch vụ trong các mạng gói, nhưng một phiên bản mới là GMPLS thì lại được phát triển cho các mạng toàn quang, bao gồm các kết nối SONET/SDH, WDM và truyền trực tiếp trên sợi quang. GMPLS có khả năng cấu hình các luồng lưu lượng dạng gói và các dạng lưu lượng khác.

GMPLS đã mở ra khả năng đạt được sự kết hợp nhất các mội trường mạng số liệu truyền thống và quang. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều khó khan khi triển khai GMPLS trên các mạng đã lắp đặt.

+ Công nghệ IP

Sự phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát triển của mạng Internet. Rất nhiều vấn đề nảy sinh trong mạng Internet cần được giải quyết. Sức mạnh của Internet có thể thuyết phục được chính phủ hầu hết các nước, các công ty lớn nên những dự án lien quan đến Internet được đầu tư thỏa đáng. Ngoài ra, bản than những nha fnghieen cứu đều sử dụng Internet trong công việc hàng ngày. Đó là những nhân tố thức đẩy Internet phát triển, hoàn thiện dịch vụ, mở rộng các tính năng mới…

Phiên bản IPv4 đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong hơn 20 năm qua nhờ thiết kế linh hoạt và hiệu quả. Tuy vậy với sự bùng nổ các dịch vụ và các thiết bị trên Internet hiện nay IPv4 đã bộc lộ những hạn chế. Không gian địa chỉ 32 bit của IPv4 không còn đáp ứng được sự phát triển Internet toàn cầu đến năm 2020. Ngoài ra một số yếu tố khác thúc đẩy việc thay đổi IPv4 là ứng dụng thời gian thực và bảo mật.

Đặc điểm cơ bản của IPv6 có thể tóm tắt như sau:

• Không gian địa chỉ lớn hơn

• Phân cấp địa chỉ được mở rộng

• Định dạng tiêu đề đơn giản

• Hỗ trợ việc tự động cấu hình và đánh số lại

• Tăng thêm các tùy chọn

• Khả năng đảm bảo chất lượng của dịch vụ QoS

• Khả năng xác nhận và bảo mật

Cùng với việc thiết kế các chi tiết kỹ thuật cho giao thức IP mới (định tuyến, bảo mật…), các nghiên cứu về IPv6 tập trung vào việc chuyển đổi từ IPv4 sang Ipv6. Phiên bản hiện tại của IPv6 cho phép ta mã hóa địa chỉ IPv4 vào địa chỉ IPv6.

WDM

Công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước song WDM là một công nghệ truyền tải quang cho phép truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang thông qua các bước song khác nhau trên một sợi quang. Điều này cho phép tăng năng lực truyền tải thông tin của sợi quang lên hàng chục tới hàng tram lần (công nghệ này hiện tại đã cho phép xây dựng các hệ thống WDM độ 80 Gbit/s). Hiện nay công nghệ WDM được quang tâm nhiều trong việc lựa chọn giải pháp xây dựng mạng truyền tải quang cho mạng đô thị. Thị trường thương mại đã xuất hiện rất nhiều các sản phẩm truyền dẫn quang WDM ứng dụng cho việc xây dựng mạng MAN. Các hệ thống WDM thương mại này thông thường có cấu hình có thể truyền đồng thời tới 32 bước sóng với tốc độ 10 Gbit/s và có thể triển khai với các cấu trúc tô-pô mạng mạng vòng ring, mạng vòng ring/mesh hoặc mesh.

Công nghệ WDM cho phép xây dựng các cấu trúc mạng “xếp chồng” sử dụng các tô-pô và các kiến trúc khác nhau. Ví dụ, nhà cung cấp có thể sử dụng WDM để mang lưu lượng TDM (như thoại) trên SONET/SDH trên một bước song, trong khi đó vẫn triển khai một công nghệ truyền tải dữ liệu (chẳng hạn như GE qua RPR) trên một bước song khác. Thị trường viễn thông Mỹ hiện nay có xu hướng triển khai các mạng WDM với mục đích cung cấp các dịch vụ bước sóng. Cụ thể là đối với mạng đô thị, việc triển khai mạng WDM cho phép cung cấp các bước sóng đến các khách hàng như một phương thức thay thế sợi quang.

Việc sử dụng WDM trong MAN là một phương thức có hiệu quả kinh tế nhất khi cường độ trao đổi lưu lượng trên mạng lớn, tài nguyên về cáp và sợi quang còn ít. Tuy vậy nếu sử dụng công nghệ WDM chỉ đơn giản là để ghép dung lượng SONET/SDH hiện tại với các mạng vòng ring ngang hàng thì thực tế lại không tiết kiệm được các chi phí đầu tư (vì mỗi bước sóng thêm vào lại đòi hỏi một thiết bị đầu cuối riêng tại các nút mạng). Hơn nữa việc quản lý lại trở nên phức tạp hơn không có lợi trong việc cung cấp dịch vụ két nối điểm-điểm. Để giải quyết những vấn đề này, các nhà sản xuất cung cấp các thiết bị WDM cho mạng MAN đã đưa thêm một chức năng mới cho phép quản lý lưu lượng ở mức quang. Điều đó đã dẫn đến sự ra đời của một thế hệ các MSPP WDM mới, đây cũng là một loại sản phẩm mạng MAN chính. MSPP WDM có những đóng góp quan trọng như:

• Lưu lượng được quản lý điểm-điểm tại mức quang

• Hỗ trợ được nhiều loại công nghệ và dịch vụ, cả loại hiện có và tương lai

• Cung cấp một nền tảng cho việc chuyển đổi sang một công nghệ và cấu trúc mạng mới, đặc biệt là công nghệ và cấu trúc mạng toàn quang

Rất nhiều nhà cung cấp đang đi theo xu hướng này nhờ sử dụng nhiều phương pháp thích hợp để thực hiện định khung vào trao đổi quang. Hay nói cách khác là họ “gói” các tín hiệu khác theo cơ chế định khung – sử dụng các bộ trao đổi số cung cấp các chức năng giám sát và quản lý và ghép kênh bậc cao. Mục đích của việc định khung quang trong các hệ thống WDM là để sản xuất ra thiết bị nhận diện bước sóng, thiết bị này có thể cang cấp truyền tải cho tất cả các giao thức lớp thấp hơn khác, bao gồm cả SONET/SDH.

2.1.3 Kết luận

Qua những phân tích cho thấy:

- Hiện nay xu hướng sử dụng dịch vụ của khách hàng là hướng tới những dịch vụ thân thiện với con người, cho phép thông tin theo cộng đồng, ở bất cứ nơi đâu, bất cứ lúc nào. Những dịch vụ có nguồn gốc Internet và dịch vụ truy cập vô tuyến sẽ phù hợp với thói quen sinh hoạt hàng ngày của khách hàng.

- Vấn đề chất lượng dịch vụ được xem là những yếu tố quan trọng nhất để xác định lợi nhuận của nhà khai thác. Các mức chất lượng dịch vụ và khả năng kiểm soát chất lượng sẽ được chuyền dần về phía khách hàng.

- Mạng NGN là một xu thế tất yếu trong công nghệ mạng để cung cấp những dịch vụ theo yêu cầu của khách hàng. Tuy nhiên, việc vấn đề triển khai mạng NGN khả thi mức độ nào còn phụ thuộc vào nhiều chiến lược phát triển mạng và mô hình kinh doanh của từng nhà khai thác.

- Sự phát triển cấu trúc mạng tương lai hướng đến giảm số lượng bằng cách sử dụng các bộ truyền mạch/định tuyến và nhiều tuyến kết nối trực tiếp, hợp nhất các mạng con để giảm số lượng chặng/kết nối, thúc đẩy sự phát triển của hạ tầm quang.

- Tích hợp công nghệ IP và mạng thông tin quan WDM là xu hướng triển khai mạng NGN trên thế giới.

- Để giải quyết những khó khăn của mạng truyền tải hiện nay được xây dựng trên nền SONET/SDH cũ, đáp ứng những nhu cầu về phát triển dịch vụ, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng mạng đã tìm đến những giải pháp công nghệ mới. Đó là: NG- SONET/SDH, Ethernet, SDM, IP, chuyển mạch MPLS/GMPLS… Tất cả các công

nghệ mới này đều khác nhau về phạm vi và các phương thức mà chúng sẽ được sử dụng. Các nhà khai thác mạng có xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của họ và phần lớn các trường hợp được tổng kết đã sử dụng các kiến trúc hỗn hợp, ít nhất là trong giai đoạn chuyển đổi nhằm: Cắt giảm các chi phí, giảm thời gian cung cấp, đối phó với sự tang nhanh chóng lưu lượng gói, tăng lợi nhuận từ các dịch vụ mới, đẩy mạnh hiệu suất khai thác mạng.

2.2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG

2.2.1 Công nghệ truyền dẫn NG-SONET/SDH

SONET/SDH truyền thống là công nghệ TDM đã được tối ưu hóa để truyền tải các lưu lượng dịch vụ thoại. Khi truyền tải các lưu lượng dựa trên dịch vụ IP, các mạng sử dụng công nghệ SONET/SDH truyền thống gặp phải những hạn chế sau:

- Liên kết cứng: do các tuyến liên kết nối giữa hai điểm kết nối được xác lập cố định, có băng tầng không đổi, thậm chí không có lưu lượng đi qua hai điểm này thì băng thông này cũng không thể được tái sự dụng để truyền tải lưu lượng của kết nối khác dẫn tới không sử dụng hiệu quả băng thông của mạng. Trong trường hợp kết nối điểm-điểm, mỗi kết nối giữa hai điểm khi sử dụng 1/4 băng thông của mạng vòng ring. Cách xác lập kết nối cứng như vậy làm giới hạn băng thông tối đa khi truyền dữ liệu đi qua hai điểm kết nối, đây là một hạn chế cơ bản của mạng SONET/SDH truyền thống khi truyền tải các dịch vụ IP, do các dịch vụ này có đặc điểm thường có sự bùng nổ về nhu cầu lưu lượng một cách ngẫu nhiên.

- Lãng phí băng thông khi sử dụng cấu hình mesh: khi mạng SONET/SDH thiết lập các liên kết logic để tạo ra cấu trúc mesh, băng thông của dạng vòng ring bược phải chia thành 10 phần cho các liên kết logic. Khi nhu cầu lưu lượng truyền trong nội bộ mạng MAN tăng lên, việc thiết lập thêm các nút, duy trì và nâng cấp mạng trở nên hết sức phức tạp.

- Các lưu lượng truyền dữ liệu quảng bá: trong mạng vòng ring SONET/SDH, việc truyền các dữ liệu quảng bá chỉ tực hiện được khi phía phát và tất cả điểm thu đều đã được xác lập kết nối logic. Các gói tin quảng bá sao chép thành nhiều bản và gửi đến từng điểm đích dẫn tới việc phải truyền nhiều lần cùng một gói tin trên mạng vòng ring. Điều này gây lãng phí lớn đối với băng thông mạng.

- Lãng phí băng thông cho việc bảo vệ mạng: 50% băng thông của mạng dành cho việc dự phòng cho mạng.

Ngoài ra, khi sử dụng SONET/SDH truyền thống để truyền lưu lượng Ethernet, thì tốc độ của Ethernet không tương đương với SONET/SDH. Điều này dẫn đến phải thiết lập các tuyến kết nối của mạng SONET/SDH có tốc độ cao hơn so với dịch vụ Ethernet, điều này là nguyên nhân làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông của mạng.

2.2.2 Công nghệ GMPLS

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Labed Switching) là bước phát triển tiếp theo của công nghệ chuyển nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Labed Switching). GMPLS thực chất là sưu mở rộng chức năng điều khiển của mạng MPLS, nó cho phép kiến tạo mặt phẳng điều khiển thống nhất không chỉ các lớp mạng mà còn thực hiện đối với các lớp ứng dụng , truyền dẫn và lớp vật lý.

Một trong những yếu tố kinh tế nổi bật của GMPLS đó là có chức năng tự động quản lý tài nguyên mạng và cung ứng kết nối truyền tải lưu lượng khách hàng từ đầu cuối đến đầu cuối. Việc cung ứng kết nối cho khách hàng theo kiểu truyền thống như đối với mạng truyền tải, mạng vòng ring SDH có đặc điểm là mang tính nhân công, thời gian đáp ứng dài và chi phí kết nối cao. Trong công nghệ GMPLS cho phép các nút mạng tự động cung cấp các kết nối theo yêu cầu, do vậy giá thành chi phí cung cấp kết nối cũng như giá thành quản lý bảo dưỡng giảm đi rất nhiều, thời gian cung ứng kết nối cung cấp dịch vụ giảm đi rất nhiều so với phương pháp truyền thống.

Một trong những điểm hấp dẫn nhất của GMPLS là sự thống nhất về giao thức điều khiển để thực hiện thiết lập, duy trì và quản lý kỹ thuật lưu lượng theo đường xác định từ điểm đầu đến điểm cuối một cách có hiệu quả. Dòng lưu lượng của người sử dụng bắt đầu từ điểm nguồn có thể truyền tải qua nhiều phạm vi mạng.

Các giao thức GMPLS

Giao thức định tuyến OSPF-TE, IS-IS-TE: là các giao thức tự động xác định cấu hình tô-pô mạng, thông báo tài nguyên khả dụng như băng thông, loại hình bảo vệ. Các điểm chủ yếu của các giao thức này đó là thông báo về loại hình bảo vệ đường, thự hiện tìm đường để nâng cao khả năng xác định tuyến mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP.

Giao thức báo hiệu RSVP-TE, CR-LDP: các giao thức báo hiệu để để thực hiện kỹ thuật lưu lượng giữa các LSP. Những chức năng nổi bật của các giao thức định tuyến này là chuyển giao lưu lượng bao gồm cả hai loại hình lưu lượng không phải ở

dạng gói, thực hiện báo hiệu hai chiều giữa các LSP để xác định tuyến dự phòng cho trường hợp bảo vệ, thực hiện gán nhãn cho phương thức chuyển mạch nhãn bước sóng, nghĩa là các bước sóng cận kề nhau được chuyển mạch theo cùng một hướng.

Giao thức quản lý đường LMP: quản lý kênh điều khiển đảm bảo việc thực hiện theo cơ chế đàm phán thông qua các tham số đường thông để đảm bảo tình trạng của đường thông luôn được theo dõi. Kiểm tra các kết nối trên mạng nhằm duy trì hoạt động của các kết nối giữa các nút mạng cận kề nhau thông qua các gói tin kiểm tra.

2.2.3 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

Do hệ thống truyền dẫn thông tin quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn các hình thức thông tin khác như: băng thông rộng, tốc độ cao, không chịu ảnh hưởng của sóng điện từ,… nên thông tin quang đang giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các đường trục và các tuyến xuyên lục địa, đại dương… Công nghệ hiện nay đã tạo đà cho thông tin quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh tế nhất trong mạng viễn thông. Vì vậy, các hệ thống truyền dẫn thông tin quang sẽ dần thay thế các hệ thống thông tin theo phương pháp truyền thống.

Ngày nay, với sự xuất hiện của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM thì dung lượng, tốc độ, băng thông… của hệ thống thông tin quang ngày càng nâng cao.

Công nghệ WDM tận dụng băng tần của sợi quang bằng cách truyền nhiều kênh bước sóng quang độc lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi bước sóng biểu thị cho một kênh quang trong sợi.

DWDM (ghép kênh theo bước sóng mật độ cao) là bước phát triển tiếp theo của WDM. Nguyên lý của nó tương tự như WDM chỉ khác là khoảng cách giữa các kênh bước sóng gần hơn, tức là số kênh ghép được nhiều hơn. Thông thường khoảng cách kênh ghép là 0,4 nm (50 GHz).

2.2.3.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép kênh và truyền trên cùng một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu gồm nhiều bước sóng đến từ sợi quang đó được tách kênh để thực hiện xử lý theo yêu cầu của từng bước sóng.

Như vậy, WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của các kênh được ghép kênh ở các vùng phổ cố định, không chồng lấn trong băng thông truyền dẫn của sợi quang.

Mỗi vùng tương ứng với mỗi kênh có bước sóng λ. Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau và truyền với các tốc độ xác định. Điều này cho phép WDM được xem như là hệ thống truyền dẫn mà tín hiệu được truyền trong suốt đối với dạng mã và tốc độ bit.

Hệ thống DWDM ngày nay được phát triển rất mạnh mẽ và hỗ trợ rất mềm dẻo với độ rộng chuẩn giữa các kênh là 50, 100, 200, 1000 GHz. Bước sóng đề nghị là ở cửa sổ 1550 nm với tần số trung tâm danh định là 193.10 THz. Cửa sổ 1550 nm được ưa dùng hơn cửa sổ 1310 nm vì có tổn hao quang thấp hơn nà thích ứng khi sử dụng các bộ khuếch đại quang. Tuy nhiên, các mạng quang sử dụng công nghệ WDM và các thiết bị khác gây ảnh hưởng đến tốc độ truyền dẫn tín hiệu như làm suy hao tín hiệu, tán sắc ánh sáng, sợi phi tuyến, giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu.

2.2.3.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM

- Tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng của sợi quang

Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn lớn của sọi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần. Do đó có thể giảm chi phí đầu tư.

Dùng công nghệ WDM cho phép ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode và có thể truyền dẫn song công hoàn toàn. Do vậy, khi truyền dẫn thông tin đường dài với dung lượng lớn có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang. Thêm vào đó là khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã xây dựng. Chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lớn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ thống cũ.

- Có khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu

Trong công nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau nên có thể truyền dẫn nhiều tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực hiên việc tổng hợp và phân chia các dịch vụ viễn thông, bao gồm các tín hiệu số và tín hiệu tương tự, tín hiệu SDH và tín hiệu PDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện.

- Có nhiều ứng dụng

Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ…

- Giảm yêu cầu xử lý tốc độ cao cho một số linh kiện quang điện