Mô Hình Xếp Chồng Ip Trên Quang Với Điều Khiển Tĩnh

Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng nên tốc độ xử lý tương ứng của nhiều linh kiện quanh điện tăng lên theo nhưng không đáp ứng được đủ. Sử dụng công nghệ WDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện mà vẫn có thể đáp ứng dung lượng lớn.

- Kênh truyền dẫn IP

Ghép kênh bước sóng đối với khuôn dạng số liệu là trong suốt, tức là không có quan hệ gì với tốc độ của tín hiệu và phương thức điều chế tín hiệu xét trên phương diện điện. Ghép kênh bước sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lý tưởng, là cách thuận tiện để đưa vào dịch vụ băng rộng. Chỉ cần dùng thêm một bước sóng là có thể tăng thêm một dịch vụ mới hoặc dung lượng mới mong muốn.

- Có khả năng truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang

- Cấu hình mạng có tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao

2.2.4 Kết luận chương

Chương này trình bày cơ sở về các công nghệ quan trọng trong mạng cáp quang. Khi thiết kế một mạng OTN, chúng ta phải xen xét vấn đề tryền tín hiệu quang phụ thuộc chủ yếu vào mạng cáp quang. Các nhân tố ảnh hưởng như là sự suy giảm, sự tán sắc và méo phi tuyến phải được nhìn nhận một cách cẩn thận, bởi vì chúng ảnh hưởng khoảng cách truyền dẫn tối đa và tốc độ bit tối đa.

Công nghệ WDM cho phép truyền dẫn nhiều tín hiệu trên cùng một sợi cáp và có khả năng hỗ trợ tăng dung lượng cáp lên tới hàng Tbit. Nhu cầu băng tần mạng đang tăng và sẽ tiếp tục tăng trong thời kỳ tiếp theo. Nhu cầu này sẽ còn mở rộng cả trên phương diện địa lý. Việc giảm giá thành của các nhà cung cấp và có lẽ trên hết là sự phổ biến của internet và của các ứng dụng đòi hỏi băng tần lớn khác trong lĩnh giải trí sẽ tiếp tục đẩy mạnh nhu cầu này.

DWDM hiện nay đang hứa hẹn sẽ cung cấp linh hoạt trong việc định tuyến và dung lượng tốc độ bit để đáp ứng các mạng trong tương lai. Công nghệ WDM sẽ mang đến các phương tiện giúp tạo ra, tập hợp, định tuyến, biến đổi và phân chia các kênh riêng rẽ một cách dễ dàng thông qua môi trường truyền dẫn quang thông suốt mà không cần biến đổi quang-điện. Do đó, trong tương lai gần sẽ còn xuất hiện các dịch vụ thông tin quang giá thành thấp, tốc độ cao.

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN IP TRONG MẠNG QUANG THẾ HỆ SAU

3.1. TỔNG QUAN

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin quang, đặc biệt khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng mà giai đoạn tiếp theo của nó là ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao, ra đời với những ưu điểm vượt trội về băng thông rộng/tốc độ lớn và chất lượng truyền dẫn cao cũng tạo nên một sự phát triển đột biến trong công nghệ truyền dẫn.

Từ sự bùng nổ lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và công nghệ thông tin quang đã tạo nên một cuộc cách mạng trong mạng truyền tải của các mạng viễn thông.

Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng tạo thành một giải pháp tích hợp để truyền tải là vấn đề mang tính thời sự. Trong hầu hết các kiến trúc mạng viễn thông đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên quang. Đặc biệt, truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN.

Trong giai đoạn đầu tiên, người ta tổ chức truyền tải IP trên mạng quang OTN và việc điều khiển giữa IP và quang được thực hiện theo phương pháp tĩnh. Người ta gọi phương pháp điều khiển này là phương pháp điều khiển tĩnh IP trên quang.

Ở giai đoạn tiếp theo – giai đoạn thứ hai, các mạng quang OTN được chuyển đổi từ mạng vòng ring hay điểm-điểm sang cấu trúc mạng mesh với các hệ thống DWDM. Trong giai đoạn thứ hai này, điều khiển OTN thông qua việc biến đổi các bước sóng động làm cho nhanh hơn, dễ hơn, phân cấp dễ dàng hơn và nó còn đem lại khả năng khôi phục quang. Phương pháp điều khiển này gọi là phương pháp điều khiển động IP trên quang.

Vì cả OTN và mạng IP đều có cơ chế điều khiển chúng, nên phải có những cách điều khiển biến chúng trở thành những luồng tín hiệu lớn. Bản chất động của các dịch vụ IP hiện nay và trong tương lai sẽ đòi hỏi thường xuyên kết nối thay đổi, nhất là yêu cầu về băng thông trên mạng truyền tải quang OTN. Bởi vậy cần phải kết hợp sự biến đổi bước sóng động với cơ chế định tuyến mạng IP làm cho OTN thấy được mạng IP và phương pháp này được gọi là phương pháp điều khiển tích hợp IP quang.

3.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN IP TRÊN QUANG TĨNH

3.2.1 Mô hình xếp chồng IP trên quang với điều khiển tĩnh

3.2.1.1 Hạ tầng dịch vụ IP

Xu hướng các dịch vụ mạng đều dùng IP và hầu hết các ứng dụng đều dùng TCP/IP. Hiện nay truyền tải IP qua TDM không còn hiệu quả và dần dần sẽ loại bỏ. Các mạng cũ sử dung SDH kết nối mạng WAN ở lớp 1 gồm các mạng quang mạch vòng kết nối các SDH ADM (bộ xen rẽ) và DXC (bộ nối chéo số) cho các nội liên mạng của các mạch vòng ring SDH. Do đó cấu trúc mạng SDH đã làm phức tạp và tốn nhiều thiết bị.

Đồng thời các dịch vụ phân phối dữ liệu trên mạng SDH thường dùng ATM. ATM là thiết bị với dạng hướng kết nối nên thường vận hành kết nối với khách hàng với một QoS nhất định và cung cấp dịch vụ VPN.

Với phương thức kết nối hướng gói như IP trên ATM, phần mào đầu với khối lượng rất lớn được xác định thông qua các hàm phân mảnh và ghép mảnh SAR. Phần mào đầu chiếm 20% khung của ATM. Vì vậy với các yêu cầu giao tiếp tốc độ cao thì kỹ thuật ATM không hiệu quả và thậm chí không thể dùng được và phải sử dụng giải pháp khác như gói SONET/SDH và Gigabit Ethernet.

Phục hồi IP

Sự cải tiến trong mạng quang xóa bỏ đi ATM và SONET/SDH là mạng 2 lớp và xem như là mạng mới có hiệu quả. Sự cải tiến đó thể hiện ở hình sau.

Yêu cầu cho VPN,

QoS

Yêu cầu cho VPN,QoS

DWDM

ATM

SONET/SDH

DWDM

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 75 trang tài liệu này.

Phục hồi quang

Hình 3.1 Giải pháp xây dựng mạng 2 lớp IP và lớp

Hạ tầng mạng quang bao gồm các kết nối sợi quang và thiết bị DWDM người ta thường gọi là lớp quang và lớp này cung cấp các đường dẫn quang. Các đường dẫn quang này xem như là các kênh quang không những truyền tải dữ liệu IP mà còn truyền tải tiếng nói và dữ liệu.

3.2.1.2 Ghép IP đến lớp quang

Để truyền tải IP trên các bước sóng thì phải đóng gói lưu lượng IP và các lưu lượng IP đã đóng gói sẽ được chèn vào các khung giao tiếp quang định trước. Ngày nay đã có nhiều giải pháp đóng góp IP để truyền tải IP /quang. Có một số giải pháp mà nhiều hãng trên thế giới đang sử dụng để đóng gói IP/quang.

Các phương pháp đóng gói có thể khác nhau ở những điểm sau:

- Băng thông của phần mào đầu nhiều hay ít.

- Tốc độ đường giao tiếp là bao nhiêu.

- Sự linh hoạt của giải pháp mạng dựa trên công nghệ gì.

- Chức năng gì để quảng lý lưu lượng

- Khả năng của QoS…

Đó là những vấn đề đặc biệt quan trọng cho mạng truyền tải dữ liệu đa phương tiện và ứng dụng thời gian thực.

Một số công nghệ mới sử dụng cho các mạng băng rộng để đóng gói IP đã chỉ ra ở hình:

- POS: Sử dụng giao thức điểm – điểm PPP để đóng gói và giao tiếp vât lý SONET/SDH để ghép với kênh quang.

- DPT – Truyền tải gói động: Sử dụng giao thức lớp MAC gọi là giao thức tái sử dụng không gian SRP để đóng gói IP. Nó cũng dùng SONET/SDH để giao tiếp vật lý với DWDM.

- Gigabit Ethernet: Sử dụng lớp MAC với giao tiếp vật lý mới từ 1 đến 10 Gbit/s để truyền tải IP trên các đường dẫn quang.

- ATM: Xóa bỏ lớp trung gian SONET/SDH ghép trực tiếp các tế bào của ATM vào kênh WDM sử dụng giao tiếp quang ATM tốc độ cao.

- SDL – Liên kết dữ liệu đơn giản: Sử dụng SONET/SDH hoặc giao thức bản chất của SDL.

3.2.1.3 Kiến trúc 2 lớp IP/quang

Kiến trúc IP/quang mới có 2 lớp gồm lớp IP và lớp truyền tải quang. Tại lớp IP các bộ định tuyến IP nằm ở biên mạng tập hợp các lưu lượng đi vào được cung cấp bởi các công nghệ truy nhập như dịch vụ ADSL, cáp, quay số hoặc đường thuê riêng và ghép kênh tĩnh đưa vào “ống chưa lớn”.

Các ống BFP phân phối “băng thông nhỏ” được cung cấp bởi lớp quang thông qua các kết nối sợi quang hoặc ghép kênh theo bước sóng DWDM giữa các bộ định tuyến. Lớp quang được xem như đám mây để gắn kết các thiết bị nối mạng như các nút SONET/SDH, chuyển mạch ATM hoặc các bộ định tuyến của lớp dịch vụ. Các kết nối này có thể là điểm – điểm, mạng vòng ring, mesh từng phần hoặc mesh toàn phần. Điều này cũng tương tự như sử dụng IP trên mạng hạ tầng ATM, nghĩa là với bất cứ kết nối logic nào giữa các nút IP cũng có thể được thiết kế thông qua các kết nối VCC/VPC tương ứng. Hiện nay khi sử dụng sợi quang đơn mode các kết nối có thể lên đến 10 Gbit/s sử dụng giao diện SONET/SDH hoặc Gigabit – Ethernet. Đây là sự phát triển tương đối mạnh của công nghệ mạng, hiện người ta đã thử nghiệm tốc độ kết nối tới 40Gbit/s. Khi sử dụng hệ thống DWDM mạng ngang hàng thì khả năng về tốc độ có thể đạt cao hơn. Khi sử dụng nhiều bước được truyền tải mà trên mỗi bước sóng đều mang tín hiệu với tốc độ bit cao thì băng thông có thể đạt mức terabit. Người ta dùng nhiều bộ định tuyến giao tiếp song song cho một kết nối và kết nối với thiết bị đầu cuối của DWDM.

Hệ thống mạch vòng DWDM được sử dụng nhiều hơn, nhất là các ứng dụng lớn. Cơ chế bảo vệ mạch vòng sử dụng trong mạng SONET/SDH được bổ sung trong mạch quang để phân phối tính co dãn của lớp quang cao.

Các mạch vòng ring tập trung lưu lượng IP sử dụng công nghệ DPT không chỉ sử dụng ghép kênh tĩnh mà còn khôi phục nhanh, băng thông lớn nhất nhờ khả năng tái sử dụng không gian. Điều này rất quan trọng với các trường hợp phân hướng IP, đặc biệt là các dịch vụ đa phương tiện.

Phần quan trọng khác của kiến trúc mới là hệ thống quản lý chung. Khi tất cả các thiết bị phải được điều khiển đều nằm trong một miền riêng thì chi phí vận hành giảm rất nhiều và như vậy việc quản lý sẽ dễ dàng hơn.

3.2.1.4 Quản lý băng thông

Các chức năng như QoS, phục hồi và VPN, mà nó được cung cấp bởi ATM và SONET/SDH thì bây giờ phải được cung cấp bởi các lớp còn lại. Để đảm bảo truyền dẫn chính xác lưu lượng trong một giới hạn được định trước bằng các thông số như độ trễ phải dùng IP QoS. IP QoS về cơ bản được chia thành 5 phần sau:

- Sự phân loại sử dụng các mô tả lưu lượng để phân loại các gói thành các nhóm đặc biệt, xác định gói thông tin tring nhóm để truy nhập được và xử lý QoS trên mạng.

- Quản lý tắc nghẽn thực hiện tạo các hàng đợi gán các gói tin vào các hàng đợi đó dựa vào sự phân loại gói tin và lập lịch truyền nhận gói tin trong hàng đợi.

- Kỹ thuật tránh tắc nghẽn theo dõi tải lưu lượng đẩy nhanh và tránh tắc nghẽn tại các điểm nút cổ chai mạng. Việc tránh tắc nghẽn được thực hiện thông qua việc giải phóng gói tin.

- Cơ chế chính xác và định hướng sử dụng các thông tin mô tả luồng gắn trên gói tin mà những thông tin này được nhân ra thông qua việc phân loại gói tin để xác định sự liên quan và dịch vụ.

- Tín hiệu QoS là dạng của kết nối mạng tạo ra cách để các trạm đầu cuối hoặc nút mạng kết nối với điểm bên cạnh khác trong mạng để yêu cầu xử lý các lưu lượng nhất định.

Vì vậy, chất lượng dịch vụ gắn với các lớp chất lượng dịch vụ với sự chấp thuận mức dịch vụ SLA nhất định. Để tuân theo SLA, hàng đợi và cơ chế tránh tắc nghẽn phải được áp dụng trên toàn mạng.

3.2.2 Giải pháp điều khiển quang tĩnh

3.2.2.1 Phát triển hạ tầng dịch vụ IP

Mạng đường trục nhỏ hoặc kết nối đường trục kéo dài được thiết lập bằng mạng ngang hàng với kết nối sợi quang điểm-điểm. Để cung cấp sự bảo vệ khi sợi quang bị đứt, tín hiệu suy giảm hay giao diện bị hỏng, mỗi bộ định tuyến lõi là thiết bị có hai giao diện POS tốc độ cao và kết nối với bộ định tuyến kề bên bằng hai sợi quang.

Giao diện POS n giao diện POS

Sợi bảo vệ Sợi hoạt động Đầu cuối DWDM Trung kế DWDM

Hình 3.2 Kết nối mạng đường trục quang điểm-điểm quang với sợi quang đơn bước sóng hoặc các thiết bị đầu cuối DWDM

Thông qua việc sử dụng 2 giao diện, tải cân bằng được áp dụng. Nếu một liên kết bị phá vỡ thì lưu lượng sẽ được truyền trên đường còn lại và tối thiểu hóa sự ngắt quãng dịch vụ. Sử dụng DWDM sẽ làm tăng băng thông, nhiều giao diện POS kết nối trực tiếp với nút DWDM, mà tại các nút này sẽ chỉ ra từng bước sóng cho giao diện POS và bộ ghép kênh ghép chúng trong sợi quang. Việc sử dụng hai sợi quang giữa

các nút DWDM tạo thuận lợi cho việc sử dụng công nghệ DWDM để tạo băng thông rộng trên một sợi quang và một sợi còn lại cũng sử dụng hệ thống DWDM để bảo vệ. Điều này tạo nên sự trong suốt đến các bộ định tuyến gắn vào hệ thống.

3.2.2.2 Phát triển hạ tầng truyền dẫn quang

Hạ tầng truyền tải quang thường được triển khai với hệ thống DWDM đồng hướng. Các hệ thống này sử dụng tất cả các bước sóng trên một sợi quang truyền dẫn theo một hướng.

Các hệ thống DWDM bao gồm các thiết bị phía đầu cuối và các bộ khuếch đại đường quang. Ở vị trí đầu cuối của hệ thống DWDM có 3 thiết bị cơ bản: bộ chuyển đổi bước sóng, bộ ghép kênh/tách bước sóng và khuếch đại quang.

Các bộ chuyển đổi bước sóng được nối tới các bộ định tuyến gigabit và thiết bị lớp dịch vụ khác. Ghép kênh tổ hợp các bước sóng thành tín hiệu quang đó được khuếch đại bằng bộ khuếch đại Booster. Tại đầu thu có một bộ khuếch đại quang khác khuếch đại lại tín hiệu quang và sau đó phân chia qua bộ tách bước sóng thành các kênh quang khác nhau.

Bộ chuyển đổi bước sóng là phần tử rất quan trọng trong các hệ thống DWDM khi tổ chức mạng DWDM, dùng để chuyển đổi tín hiệu từ thiết bị lớp dịch vụ tới kênh DWDM với bước sóng tương ứng. Chúng có thể hỗ trợ cả chuẩn giao diện quang tại cửa sổ bước sóng ngắn 1300 nm hoặc bước sóng dài 1550 nm hoặc cả hai.

Bộ chuyển đổi bước sóng không phụ thuộc vào dịch vụ chỉ cung cấp chức năng 1R bởi vậy chỉ truyền bước sóng từ 1300 nm hoặc bước sóng 1550 nm tới các bước sóng kênh WDM cụ thể.

Bộ chuyển đổi bước sóng trong suốt không phức tạp và rẻ hơn nhiều bộ chuyển đổi bước sóng dịch vụ cụ thể. Hơn nữa, bất cứ tín hiệu yêu cầu từ máy trạm như POS, ATM đều được chuyển đổi vì các bộ chuyển đổi bước sóng này độc lập với tốc độ bit và khung tín hiệu. Một hạn chế của bộ chuyển đổi bước sóng là sự tính toán quỹ nguồn quang trở nên phức tạp vì bộ chuyển đổi này không cung cấp điểm ranh giới rõ rệt, hơn nữa chuyển mạch bảo vệ quang chỉ thực hiện tùy theo công suất tín hiệu quang.

3.2.3 Phục hồi

Để cung cấp độ tin cậy trong mạng quang tĩnh, các chức năng phục hồi và bảo vệ có thể được thêm vào ở lớp dịch vụ hoặc ở lớp truyền tải quang. Tại lớp dịch vụ, một

chức năng phục hồi tiên tiến đã được sử dụng để cung cấp độ tin cậy cho dịch vụ đầu cuối-đến-đầu cuối.

3.2.3.1 Bảo vệ quang

Cơ chế bảo vệ tại lớp truyền tải quang rất bị giới hạn trong mạng quang đa bước sóng, chức năng phục hồi quang bị giới hạn đến các mạng quang con.

Vai trò chính của chức năng bảo vệ quang trong mạng quang đa bước sóng là để cung cấp kết nối điểm-điểm tin cậy sử dụng để kết nối giữa các nút lớp dịch vụ. Chức năng phục hồi đầu cuối-đến-đầu cuối được thông qua chức năng phục hồi lớp dịch vụ.

Hầu hết việc thực hiện điểm-điểm hoặc mạng vòng ring WDM đều cung cấp một cách ít nhất độ tin cậy lớp quang tại đoạn truyền dẫn với cơ chế bảo vệ đường đơn giản 1+1 và phục hồi tất cả các kênh tại thời điểm.

Khi sử dụng bảo vệ 1+1, toàn bộ tín hiệu DWDM được bảo vệ thông qua một bộ chia thành hai tín hiệu ở nút DWDM và được truyền dẫn qua hai cáp riêng biệt. Tại nút thu, cả hai tín hiệu được so sánh và hai tín hiệu nào có tỷ lệ tín hiệu/nhiễu tốt hơn hoặc tốc độ lỗi bit tốt hơn thì được chọn.

Bước tiếp theo là sử dụng một khối bảo vệ kênh quang để cung cấp chế độ bảo vệ đối với các kênh quang dựa trên cơ sở kênh-kênh tại lớp kênh quang.

Đặc điểm chính của việc bảo vệ kênh quang là những kênh quang không chỉ được bảo vệ chống lại việc cắt cáp mà còn chống lại các lỗi trong các quá trình ghép kênh/tách kênh và tách sóng.

Cơ chế bảo vệ quang phức tạp nhất là bảo vệ đoạn ghép kênh quang, nơi mà có chức năng phục hồi SONET/SDH. Kiến trúc O-BLSR sử dụng cấu hình vòng quay ngược 2 sợi hoặc 4 sợi. Trong O-BLSR sử dụng 2 sợi, vài bước sóng được sử dụng để định vị các kênh làm việc, phần còn lại được sử dụng như dung lượng bảo vệ. Nếu một lỗi xuất hiện, bộ chuyển mạch ADM cấu hình lại sẽ chuyển bước sóng bị lỗi đến bước sóng bảo vệ trên dường truyề thay thế.

Nếu số bước sóng đang hoạt động tương đương với số bước sóng đang bảo vệ thì O-BLSR sẽ dùng cách bảo vệ 1:1. Giả thiết cách bảo vệ là 1:1 thì có hai cách phân phối bước sóng khả thi. Cách phân phối thứ nhất là dùng các bước sóng giống nhau để bảo vệ cả hai sợi cáp. Cách phân phối thứ hai là dùng nửa dưới các bước sóng để bảo vệ sợi cáp ở hướng cùng chiều kim đồng hồ và nửa trên sợi cáp hướng ngược chiều kim đồng hồ.