Môn học tín chỉ: MẠNG THÔNG TIN QUANG Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 20/03/2012 2 NỘI DUNG MÔN HỌC  Chương 1: Tổng quan mạng thông tin quang Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 2: Các thành phần cơ bản của mạng thông tin quang Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 3: Mạng thông tin quang ghép bước sóng Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 4: Mạng định tuyến bước sóng Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 5: Công nghệ mạng quang thế hệ sau Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT 20/03/2012 3 CHƯƠNG 4: MẠNG ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG 4.1. Khái quát định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM 4.2. Định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang 4.3. Kỹ thuật gán kênh và định tuyến bước sóng tĩnh 4.4. Kỹ thuật gán kênh và định tuyến bước sóng động 20/03/2012 4 4.1. KHÁI QUÁT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM 4.1.1. Sơ lược định tuyến và gán bướcsóngtrongmạng WDM Trong mạng thông tin quang định tuyếnbước sóng, ngườisử dụng liên lạcvới nhau qua các kênh thông tin toàn quang đượcgọi là các kênh quang Kênh quang là đường đicủa tín hiệutừ nguồn đến đích dướidạng quang thông qua những kếtnối trung gian Một kênh quang có thể kéo dài qua nhiềutuyếntruyềndẫn để cung cấpmộtkết nốigiữa hai nút, nó chứamộtluồng lưulượng lớnvàcóthểđược định vị cách xa nhau trong liên kếtvậtlý Trong mộtmạng N nút, nếumỗinútđượctrangbị (N–1) bộ thuphátLaservà nếucóđủ số bước sóng trên tấtcả các kếtnốisợi quang, thì mọicặpnútcóthể liên kếtbởimột kênh toàn quang Tuy nhiên kích thướcmạng phảicóthể thay đổi được đồng thời chi phí cho các bộ thu phát khá cao, vì thế mỗi nút chỉ trang bị mộtsố thiếtbị thu phát 20/03/2012 5 4.1. KHÁI QUÁT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM (tiếp)  Đồng thờidoràngbuộckỹ thuậtnênsố kênh WDM có thểđượchỗ trợ trong mộtsợi quang bị giớihạn, vì vậychỉ có mộtsố giớihạn các kênh quang có thể đượcthiếtlậptrênmạng  Khi mộttập các kênh quang đượcchọnvàxácđịnh, cầnphải định tuyếncác kênh quang này và gán bước sóng cho nó, điềunàyđược đề cập đếnnhư là một bài toán định tuyếnvàgánbước sóng (RWA)  Bài toán RWA được phát biểunhư sau: Cho mộttập các kênh quang cần được thiếtlậptrênmạng và mộtsố giớihạncácbước sóng, xác định đường đicho mỗi kênh quang và các bước sóng cần gán cho nó để sao cho số kênh quang có thể thiếtlậplàlớnnhất  Mặc dù các đường đingắnnhấtthường có vẻ thích hợphơn, nhưng đôi khi sự lựachọnnàyphảichịuhysinhđể cho nhiều kênh quang hơn đượcthiếtlập. Vì vậy, các giảithuậtthường cho phép nhiều đường đi thay phiên nhau đốivới mỗi kênh quang đượcthiếtlập 20/03/2012 6 4.1. KHÁI QUÁT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM (tiếp)  Các kênh quang không thể thiếtlập đượcvìnhững ràng buộcvề đường đivà bước sóng đượcgọilàbị nghẽn, do vậyvấn đề tối ưumạng tương ứng với việcgiảmthiểuxácsuấttắc nghẽnnày  Hai kênh quang chia sẻ cùng mộttuyếntruyềndẫnsẽ không được gán cùng mộtbước sóng. Trường hợpmạng liên tụcbước sóng, các Kênh quang sẽ hoạt động với cùng mộtbước sóng trên những sợi quang mà nó đi qua, trường hợp này gọi là kênh quang thỏa mãn ràng buộc tính liên tụcbước sóng (Hình 4.1)  Tuy nhiên nếu các nút chuyểnmạch đượctrangbị các bộ chuyển đổibước sóng, thì điềukiệnràngbuộcvề tính liên tụcbước sóng không còn và một kênh quang có thể chuyển sang nhiềubước sóng khác nhau trên lộ trình từ nguồn đến đích củanó  Để việc định tuyếnvàgánbước sóng trong mạng quang WDM đạthiệuquả, cầntiếnhànhmôhìnhhoáhệ thống. Mộtmạng quang WDM có thể đượcmô hình hoá dướidạng các mô hình vô hướng hoặcmôhìnhhữuhướng 20/03/2012 7 4.1. KHÁI QUÁT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM (tiếp) Hình 4.1: Định tuyến kênh quang trong mạng liên tục bước sóng 20/03/2012 8 4.1. KHÁI QUÁT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM (tiếp)  Mô hình vô hướng: Trong mô hình này, mạng quang được mô hình hoá như một đồ thị vô hướng G = (V,E), vớiVlàtập các đỉnh và E là tập các cạnh nối liềncácđỉnh. Mỗi đường liên kết quang trong sơđồmạng đượcbiểudiễnbởi mộtcạnh vô hướng trong đồ thị G, và mỗinútmạng đượcthể hiệnbởimột đỉnh của đồ thị G. Mộtyêucầukếtnối đượcthể hiệnbởihai đỉnh tương ứng vớicặp nút mạng cầnkếtnối, không quan tâm đếnthứ tự,Hình4.2(a)  Mô hình hữuhướng: Mạng quang được mô hình hoá như một đồ thị có hướng G=(V,E),vớiVlàtập các đỉnh và E là tập các đường cung có hướng nốiliền các đỉnh, mỗi đường cung thể hiệncholiênkếtsợi quang đơnhướng điểm- điểm, Hình 4.3. Để thựchiện liên lạcsonghướng, mỗicặpnútcầncóhailiên kết quang ngược nhau, tương ứng vớihaiđường cung nốiliềnhaiđỉnh trong đồ thị G. Mộtyêucầukếtnốigiữa nút nguồnsvànútđíchdtương đương với thiếtlậpkếtnốigiữahaiđỉnh tương ứng trong đồ thị Gvàđáp ứng bằng cách xác định đường dẫngồmmộtchuỗi liên tiếp các đường cung cùng hướng dọc theo đường dẫntừđỉnh nguồn đến đích trong đồ thị G Hình 4.2 (a): Mô hình vô hướng định tuyến bước sóng 20/03/2012 9 4.1. KHÁI QUÁT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM (tiếp) Hình 4.2 (b): Mô hình hữu hướng định tuyến bước sóng 20/03/2012 10 4.2. ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM  Mạng quang WDM được đánh giá là sẽđóng vai trò quan trọng trong các mạng truyềndẫnthế hệ tiếp theo, nó cung cấpbăng thông lớnvớikhả năng khôi phụcvàtáicấuhình  Bài toán RWA liên quan đếnxácđịnh đường dẫnvàgánbước sóng thích hợp cho các yêu cầukếtnốivàlàvấn đề quản lý chính trong mạng quang WDM  Vì hiệusuấtcủamộtmạng quang không chỉ phụ thuộc vào các tài nguyên vật lý của nó (OXC, các bộ chuyển đổibước sóng, các liên kếtsợi quang, số bước sóng trên sợi quang, …), mà còn phụ thuộcvàoviệcnóđượcquảnlýnhư thế nào, nên việcgiải quyếtbàitoánRWAphảigiúpchomạng đạt đượchiệusuất tốtnhấtvới các điềukiệnràngbuộcvề mặtvậtlý  Để gửidữ liệutừ nguồn đến đích, một đường dẫncũng như các bướcsóng dùng để truyềndữ liệuphảixácđịnh và đócũng là kếtquả của bài toán RWA [...]... bài toán RWA trong mạng quang sẽ phải xem xét hai yêu cầu: 16 20/03/2012 4.2 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp) Hình 4 .4: Mạng quang WDM định tuyến theo bước sóng 17 20/03/2012 4.2 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp) + Yêu cầu về tính liên tục bước sóng (WCC): Một kênh quang phải sử dụng cùng một bước sóng trên tất cả các liên kết dọc theo tuyến của nó từ nút... 4.2 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp) Hình 4.3(a): Mạng WDM liên tục bước sóng Hình 4.3(b): Mạng WDM chuyển đổi bước sóng 13 20/03/2012 4.2 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Tuy nhiên một kết nối cũng có thể sử dụng cùng một bước sóng (như kết nối từ nút 5 đến nút 7 sử dụng 2) tùy thuộc vào thuật toán gán bước sóng và tài nguyên mạng sẵn có  Trong một mạng. .. Trong định tuyến và gán bước sóng tĩnh, đường dẫn và bước sóng được xác định trước cho từng kết nối, không phụ thuộc vào sự thay đổi thông tin trạng thái đang diễn ra trên mạng Khi đường dẫn và bước sóng đã xác định, các bộ định tuyến được lập trình để thiết lập các kênh quang đã định trước 24 20/03/2012 4.3 KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)  Bài toán này phải gán các bước sóng. .. khi giải quyết vấn đề định tuyến, việc gán bước sóng phụ thuộc vào loại mạng: Nếu là mạng liên tục bước sóng, thì bài toán gán bước sóng có thể được xem như một bài toán tô màu đồ thị còn với mạng có chuyển đổi bước sóng thì bài toán gán bước sóng được giải quyết bằng cách chuyển đổi bước sóng thành một trong những bước sóng rỗi ở mỗi nút mạng trung gian 4.3.3.1 Bài toán định tuyến  Phương pháp truyền... đó Các thông số này có ảnh hưởng rất lớn đến chi phí mạng và chức năng định tuyến 21 20/03/2012 4.2 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Giải thuật cho quá trình định tuyến: Tất nhiên là giải pháp định tuyến đóng vai trò chủ yếu đối với hiệu suất mạng trong trường hợp lưu lượng động Có nhiều giải pháp định tuyến cơ bản khác nhau như: định tuyến đường dẫn ngắn nhất, định tuyến kết... lượng: Thông số này mô tả đặc tính của các chuỗi lưu lượng như: thời gian đến giữa hai yêu cầu đường dẫn bước sóng của một cặp nút mạng, thời gian duy trì đường dẫn 23 20/03/2012 4.3 KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH 4.3.1 Khái niệm về định tuyến và gán bước sóng tĩnh Định tuyến và gán bước sóng tĩnh (S-RWA) thường sử dụng trong trường hợp biết trước trạng thái lưu lượng trong mạng và có tính... trên các bước sóng giống hoặc khác nhau  Nếu không có các bộ chuyển đổi bước sóng ở các nút mạng trung gian, thì một kênh quang phải được thiết lập với cùng một bước sóng trên tất cả các liên kết quang dọc theo đường dẫn từ nguồn đến đích, yêu cầu này gọi là yêu cầu liên tục bước sóng (WCC) và mạng loại này gọi là mạng liên tục bước sóng 11 20/03/2012 4.2 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG.. . kết vật lý, nghĩa là xác định các kênh quang dưới dạng các nút nguồn và nút đích của chúng 26 20/03/2012 4.3 KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) + Định tuyến kênh quang: Xác định các liên kết vật lý của mỗi kênh quang, nghĩa là xác định tuyến của các kênh quang trên liên kết vật lý + Gán bước sóng: Xác định bước sóng cho mỗi kênh quang, nghĩa là gán bước sóng cho các kênh quang trong... theo tuyến đó vẫn còn bước sóng rỗi và các nút mạng có thể thực hiện chuyển đổi bước sóng để sử dụng bước sóng rỗi ở ngõ ra thích hợp 19 20/03/2012 4.2 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Đường dẫn quang trong trường hợp này còn được gọi là kênh quang chung Như vậy, bên cạnh truyền và nhận tín hiệu, mỗi nút mạng còn cung cấp các chức năng chuyển mạch quang và chuyển đổi bước sóng. .. gán bước sóng  Đặc điểm của mạng WDM là không cho phép hai kết nối sử dụng bước sóng giống nhau dùng chung một kết nối nhằm tránh xảy ra xung đột bước sóng 33 20/03/2012 4.3 KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) Vì vậy gán bước sóng phải nhằm đến mục tiêu là số lượng các bước sóng được sử dụng trên các tuyến là nhỏ nhất nhằm thoả mãn các yêu cầu công nghệ về số lượng bước sóng tối . GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM 4.1.1. Sơ lược định tuyến và gán bướcsóngtrongmạng WDM Trong mạng thông tin quang định tuyếnbước sóng, ngườisử dụng liên lạcvới nhau qua các kênh thông tin toàn quang. cầu: 20/03/2012 17 4.2. ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp) Hình 4 .4: Mạng quang WDM định tuyến theo bước sóng 20/03/2012 18 4.2. ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM (tiếp) +Yêucầuvề. QUÁT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM (tiếp) Hình 4.2 (b): Mô hình hữu hướng định tuyến bước sóng 20/03/2012 10 4.2. ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM  Mạng quang