- Ghép kênh theo bước sóng (Wavelength-Division Multiplexing) 3. - Các thành phần của hệ thống WDM 4. - Phân loại hệ thống WDM 5. - Ưu nhược điểm của công nghệ WDM 5. - Các yêu tố ảnh hưởng tới hệ thống 6. - Chuyển mạch quang 7.1 Chuyển mạch kênh quang 7.2 Chuyển mạch gói quang CHƯƠNG II : ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG 20 1. - Giới thiệu 2 Vấn đề định tuyến 2.1 Giới thiệu Phân loại định tuyến 3. - Vấn đề gán bước sóng 4. - Phân loại định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang học WDM 5. - Định tuyến và gán bước sóng tĩnh 6. - Định tuyến và gán bước sóng động 6.1 Vấn đề định tuyến 6.1.1 Định tuyến cố định (Fixed Routing) 6.1.2 Định tuyến thay thế cố định (Fixed Alternate) 6.1.3 Định tuyến thích nghi (Adaptive Routing) 6.1.3.1. - Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin tổng thể 6.1.3.2. - Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin cục bộ 6.2 Vấn đề gán bước sóng CHƯƠNG III : MÔ TẢ GIẢI PHÁP VÀ TRIỂN KHAI LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG 1. - Mô phỏng định tuyến 2.1 Chương trình mô phỏng giải thuật định tuyến cố định (Fixed Routing) 2.2 Chương trình mô phỏng giải thuật định tuyến tuyến thay thế cố định (Fixed Alternated Routing) 2.3 Định tuyến thích nghi 2.3.1 Định tuyến thích nghi trên thông tin tổng thể 2.3.1.2 Chương trình mô phỏng giải thuật định tuyến đường dẫn luân phiên (alternate-path routing) dựa trên thông tin tổng thể 2.3.2 Định tuyến thích nghi trên thống tin cục bộ 2.3.2.1 Chương trình mô phỏng giải thuật định tuyến đường dẫn luân phiên theo thông tin cục bộ 2.3.2.2 Chương trình mô phỏng giải thuật định tuyến chuyển hướng (Deflection routing . - Mô phỏng gán bước sóng 3.1 Chương trình mô phỏng giải thuật Random 3.2 Chương trình mô phỏng giải thuật First-Fit 3.3 Chương trình mô phỏng giải thuật Least-Used (LU) 3.4 Chương trình mô phỏng giải thuật Most- Used (MU CHƯƠNG IV : KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 5 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép kết quả của ai. - Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Viện Công nghệ thông tin và truyền thông, Viện Sau đại học đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này. - Hà Nội, Tháng 03 năm 2012 Tác giả luận văn TRẦN VĂN TRƯỜNG 6 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADM Add/drop multiplexer APD Avalanche Photodiode ATM Asynchronous Transfer Mode DEMUX Demultiplexer MUX Multiplexer DLE Dynamic Lightpath Establishment EDFA Erbium doped fiber amplifer FDM Frequency Division Multiplexing IP Internet Protocol LL Least Loaded LU Least Used M∑ Max-Sum OADM Optical add/drop multiplexer OTDM Optical Time Division Multiplex RWA Routing and Wavelength Assignment D- RWA Dynamic Routing and Wavelengt Assignment TDM Time Division Multiplexing WADM Wavelength Add- Drop Multiplexer WC Wavelegth Converter WDM Wavelength Division Multiplex WR Wavelength Router SLE Static Lightpath Establishment Bộ ghép kênh xen/rẽ Điốt quang thác Phương thức truyền không đồng bộ Bộ tách kênh Bộ ghép kênh Thiết lập luồng quang động Khuếch đại sợi quang trộn erbium Ghép kênh phân chia tần số Giao thức internet Gán bước sóng dựa trên tải ít nhất Gán bước sóng sử dụng ít nhất Gán bước sóng dựa trên tổng dung lượng lớn nhất Bộ ghép kênh xen/rẽ quang Ghép kênh quang phân chia thời gian Định tuyến và gán bước sóng Định tuyến và gán bước sóngđộng Ghép kênh phân chia theo thời gian Bộ nhập tách bước sóng Bộ chuyển đổi bước sóng Ghép kênh chia bước sóng Bộ định tuyến bước sóng Thiết lập luồng quang tĩnh 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. - Cấu trúc cơ bản của hệ thống WDM Hình 2. - Hệ thống WDM đơn hướng và song hướng Hình 3. - Mạng chuyển mạch kênh quang với các kết nối nguồn quang Hình 4. - Mô phỏng giải thuật định tuyến cố định Hình 6 . - Mô phỏng giải thuật định tuyến thay thế cố định Hình 7 . - Topo mô phỏng định tuyến đường dẫn luân phiên (alternate-path routing) dựa trên thông tin tổng thể Hình 8 . - Mô phỏng giải thuật định tuyến đường dẫn luân phiên (alternate-path routing) dựa trên thông tin tổng thể Hình 9 . - Topo mô phỏng giải thuật định tuyến đường dẫn luân phiên theo thông tin cục bộ Hình 10 . - Mô phỏng giải thuật định tuyến đường dẫn luân phiên theo thông tin cục bộ Hình 11 . - Topo mô phỏng giải thuật định tuyến chuyển hướng Hình 12 . - Mô phỏng giải thuật chuyển hướng theo tiêu chí số chặng ít nhất Hình 13 . - Mô phỏng giải thuật định tuyến chuyển hướng theo tiêu chí xác xuất nghẽn thấp nhất Hình 14 . - Topo mô phỏng giải thuật gán bước sóng Random Hình 15a . - Mô phỏng giải thuật gán bước sóng Random Hình 15b . - Mô phỏng giải thuật gán bước sóng Random Hình 16 . - Topo mô phỏng giải thuật gán bước sóng First-Fit Hình 17a . - Mô phỏng giải thuật gán bước sóng First-Fit Hình 17b . - Mô phỏng giải thuật gán bước sóng First-Fit Hình 18 . - Topo mô phỏng giải thuật gán bước sóng Least-Used (LU) Hình 19 . - Mô phỏng giải thuật gán bước sóng Least-Used (LU) Hình 20 . - Topo mô phỏng giải thuật gán bước sóng Most- Used (MU) Hình 21. - Mô phỏng giải thuật gán bước sóng Most- Used (MU) 8 ĐẶT VẤN ĐỀ 1. - Lý do chọn đề tài Sự bùng nổ của Internet và ngày càng có nhiều dịch vụ cung cấp thì nhu cầu về băng thông để đáp ứng các dịch vụ này ngày càng tăng mà công nghệ TDM truyền thống không thể đáp ứng được dẫn đến sự ra đời của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (Wavelength-Division Multiplexing - WDM. - Nên công nghệ WDM là công nghệ được dùng cho hầu hết các mạng quang trục có dung lượng cao . - Mục tiêu chung : Tìm hiểu khái quát về mạng quang học thế hệ mới WDM như : nguyên lý hoạt động, các thành phần cấu thành hệ thống , các kỹ thuật chuyển mạch, các giải thuật định tuyến và gán bước sóng * Mục tiêu riêng. - Tìm hiểu bài toán định tuyến và gán bước sóng động trong mạng quang học WDM - Mô phỏng nguyên lý hoạt động định tuyến và gán bước sóng động trong mạng quang học WDM bằng phần mềm mô phỏng NS2 để có một cái nhìn trực quan về các giải thuật định tuyến như định tuyến cố định , định tuyến thay thế cố định, định tuyến thích nghi và các giải thuật gán bước sóng như Random, First-Fit, Least-Used , Most-Used 3. - Phương pháp nghiên cứu Luận văn được tiếp cận theo phương pháp tìm hiểu lý thuyết khái quát về công nghệ WDM đã được trình bày rất đầy đủ trong các sách, giáo trình và các bài báo tạp chí được liệt kê trong phần tài liệu tham khảo 9 Các vấn đề lý thuyết sẽ được tiến hành mô phỏng bằng phần mềm NS2 trong đó có kế thừa các môdun lập trình có sẵn trong phần mềm từ đó phát triển thành chương trình mô phỏng các vấn đề lý thuyết của luận văn. - Hoàn thành tìm hiểu về các vấn đề cơ bản của mạng quang học WDM như nguyên lý hoạt động, thành phần cấu thành, nguyên lý chuyển mạch, nguyên lý định tuyến và gán bước sóng + Nắm vững một số giải thuật định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang học WDM - Về thực hành : Xây dựng được chương trình mô phỏng nguyên lý hoạt động của các giải thuật định tuyến : Cố định, Thay thế cố định, Thích nghi . - Giải thuật gán bước sóng : Random, First-Fit, Least-Used, Most-Used 5. - Hạn chế của luận văn Vì điều kiện thời gian và khả năng lập trình còn hạn chế nên luận văn chưa thể hoàn thiện được phần lập trình mô phỏng đánh giá hiệu năng của mạng qua các giải thuật định tuyến và gán bước sóng . - Chương II: Trình bày về các vấn đề về định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang thế hệ mới WDM. - Trong đó tập chung vào vấn đề định tuyến và gán bước sóng động 10 - Chương III: Trình bày việc xây dựng chương trình mô phỏng các thuật toán định tuyến và gán bước sóng động trong mạng quang học WDM thông qua các kịch bản mô phỏng - Chương IV: Trình bày kết luận và hướng phát triển đề tài. - Tổng quan Ngày nay thông tin được cung cấp tới chúng ta thông qua các mạng lưới truyền thông . - Công nghệ cáp quang có thể coi là giải pháp tốt nhất hiện nay có thể đáp ứng được nhu cầu về băng thông bởi vì băng thông của nó có thể đạt tới 50Tbps ngoài khả năng vượt trội về băng thông công nghệ quang có độ suy hao tín hiệu thấp khoảng 0,2 dB/km , méo nhiễu tín hiệu thấp, sử dụng ít vật liệu , không gian lắp đặt nhỏ và có giá thành thấp . - Trong một mạng quang học, điều này có thể được cung cấp đồng thời theo bước sóng hoặc tần số theo 3 phương thức : Truyền dẫn ghép phân không gian SDM (Space Devision Multiplexing, Truyền dẫn ghép phân thời gian TDM (Time Devision Multiplexing), Truyền dẫn ghép phân bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) 2. - Ghép kênh theo bước sóng (Wavelength-division multiplexing – Wavelength-division multiplexing) Wavelength-division multiplexing ( ghép kênh theo bước sóng ) là công nghệ cho phép ta tiếp cận và khai thác băng thông không đồng bộ của các thiết bị quang điện tử bởi yêu cầu từ thiết bị đầu cuối chỉ là tốc độ điện từ . - Theo WDM trải phổ quang là 1 nhóm các bước sóng không trùng lặp , với mỗi bước sóng được xác định là 1 kênh truyền thông với bất kì tốc độ nào. - Các thành phần của hệ thống WDM Như minh họa trên hình 1.1 để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi quang, hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau. - Phát tín hiệu: hệ thống WDM sử dụng nguồn phát quang là laser. - Hiện nay, đã có một số loại nguồn phát như: laser điều chỉnh được bước sóng (tunable laser), laser đa bước sóng (multiwavelength laser. - Yêu cầu đối với nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép. - Ghép/tách tín hiệu: ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang. - Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng lẻ tại mỗi cổng đầu ra của bộ tách. - Truyền dẫn tín hiệu: quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, các vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu. - Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA. - Khuếch đại tín hiệu Khuếch đại tín hiệu Tách tín hiệu Ghép tín hiệu Thu tín hiệu Phát tín hiệu Truyền tín hiệu trên sợi quang EDFA EDFA MUX DE- MUX Tx1 Tx2 Rx1 Rx2 Tx2 Rx2 Hình 1. - Cấu trúc cơ bản của hệ thống WDM 13 - Thu tín hiệu: để thu tín hiệu, các hệ thống WDM cũng sử dụng các loại bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD 4. - Phân loại hệ thống WDM Hệ thống WDM về cơ bản chia làm 2 loại: hệ thống đơn hướng và song hướng như minh hoạ trên hình 1.2 . - Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang. - Do vậy, để truyền thông tin giữa 2 điểm cần 2 sợi quang. - Hệ thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều trên một sợi quang nên chỉ cần một sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa 2 điểm. - Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. - Giả sử rằng công nghệ hiện tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy: Thu tín hiệu Thu tín hiệu Hệ thống WDM đơn hướng 1, 2, 3. - Tách tín hiệu Ghép tín hiệu Phát tín hiệu EDFA EDFA MUX DE- MUX Tx1 Tx2 Rx1 Rx2 Tx2 Rx . - Hệ thống WDM song hướng Hình 2 . - Hệ thống WDM đơn hướng và WDM song hướng 14 - Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng. - Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng. - Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection Switching) vì cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố ngay lập tức. - Về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng. - Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng. - Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuyếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng. - Ưu điểm của công nghệ WDM + Tăng băng thông truyền trên sợi quang theo số lần tương ứng với số bước sóng được ghép vào để truyền trên một sợi quang. - Hiện nay, WDM là công nghệ duy nhất cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động. - Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triển khai WDM vì khi đó, sẽ xảy ra hiện tượng trộn bốn bước sóng trong sợi quang. - Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Có 3 yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng của các hệ thống thông tin quang, bao gồm. - Tuy nhiên, đối với các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này cũng khác nhau. - Ðối với các hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố chủ yếu cần quan tâm là suy hao. - Ðối với các hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu tố chủ yếu cần quan tâm là suy hao và tán sắc. - Ðối với các hệ thống cự ly dài và dung lượng rất lớn thì ngoài 2 yếu tố trên cần phải xem xét đến cả các hiệu ứng phi tuyến. - Sự phát triển của WDM Sự phát triển của các hệ thống WDM nhìn chung có thể chia làm ba giai đoạn. - Hệ thống WDM thế hệ 1: Hệ thống WDM điểm-điểm với các trạm xen/rẽ trên tuyến phải sử dụng các thiết bị MUX/DEMUX để tách/ghép tất cả các bước sóng. - Hệ thống WDM thế hệ 2: Hệ thống WDM điểm-đa điểm với các trạm xen/rẽ trên tuyến là các OADM cho phép tách trực tiếp bước sóng cần xen/rẽ. - Hệ thống WDM thế hệ 3: Mạng quang WDM hoàn toàn với các thiết bị chuyển mạch và định tuyến bước sóng. - Hệ thống chuyển mạch quang là một hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp được chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới một mạch khác. - Tuỳ thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà các thông tin được trao đổi dưới dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh) hoặc dưới dạng ghép kênh thống kê (chuyển mạch gói). - Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm. - Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi trong thời gian thực. - Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi. - Chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch kênh quang được thực hiện trong mạng quang định tuyến bước sóng thực hiện thiết lập các bước sóng toàn quang giữa hai nút mạng. - Những bước này bao gồm tìm ra cấu hình và tài nguyên, định tuyến, gán bước sóng báo hiệu và đặt trước tài nguyên. - Tìm ra cấu hình và tài nguyên bao gồm phân bổ và duy trì thông tin trạng thái mạng. - Thông tin sẽ bao gồm cấu hình mạng vật lý và trạng thái liên kết của mạng. - Trong mạng định tuyến bước sóng WDM, những thông tin này bao gồm các bước sóng có thể sử dụng trên một tuyến đưa ra trong mạng
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt