Đồ án Duy trì trong mạng quang WDM

hợp, điệu kiện này được thỏa mãn bằng việc thiết lập hai đường đi trong phân tập các đường đi vật lý: đường đi chính và đường đi phục hồi không thể dùng chung bất kì một liên kết nào. Nếu vấn đề bảo vệ nút được đặt ra thì sự độc lập giữa nút và đường làm việc, đường bảo vệ là cũng cần thiết. Trong hầu hết các trường hợp thì điều này được bảo đảm bằng việc ngăn cản dùng chung hai đường đi trong một nút: định tuyến phải được thực hiện dưới các ràng buộc về việc không liên hợp nút. Bảo vệ tuyến dành riêng 1+1 và bảo tuyến 1:1 đều có thể được sử dụng. Trong trường hợp bảo vệ 1:1 lưu lượng có độ ưu tiên thấp có thể được phát trên tuyến bảo vệ khi không có lỗi xảy ra, nhưng báo hiệu từ đầu cuối tới đầu cuối là cần thiết. Đường hoạt động Đường bảo vệ Hình 2.10 Bảo vệ đường trong cấu hình Mesh Đích Nguồng Với cấu hình Mesh thì bảo vệ tuyến dành riêng tiêu tốn tài nguyên quá nhiều bởi vì phải có các ràng buộc đường đi vật lý. Việc dùng chung các kênh WDM (các bước sóng quang) trong số các đường đi bảo vệ có thể giảm tài nguyên vật lý tham gia trong việc bảo vệ. Việc bảo vệ dùng chung có thể được áp dụng theo nghĩa từ đầu cuối tới đầu cuối bằng việc sử dụng một tuyến bảo vệ(có thể cả một nút dùng để dự phòng) cho N tuyến hoạt động với cùng cặp nút nguồn đích (xem hình 2.10 dưới đây). Kỹ thuật này là một trường hợp đặc biệt của việc dùng chung, trong đó N tuyến bảo vệ chia sẻ tất cả các kênh WDM của chúng, và cũng được gọi là bảo vệ 1:N. Hiển nhiên bảo vệ 1:N cái mà cần N+1 tuyến không liên hợp đường (hay không có sự liên hiệp nút) là luôn có thể sử dụng giữa các nút nguồn và đích của kết nối. Bảo vệ đường chia sẻ cũng có thể được thực hiện ở một chiều hướng rộng hơn trên một mạng hỗn hợp bằng việc cho phép dùng chung một phần (thường là dải tần số ánh sáng) ở các đường bảo vệ trên cơ sở ghép các bước sóng. Việc chia sẻ cho phép tiết kiệm các nguồn tài nguyên truyền dẫn, nhưng lại yêu cầu quản lý phức tạp. Trong bảo vệ 1:1 và 1:N, khi một sự cố xảy ra thì chỉ các nút cuối mới liên quan tới quá trình hồi phục, bởi vì các kênh quang (các bước sóng l) được bảo vệ và các kênh quang dự phòng là hoàn toàn được thiết lập trước. Khi bảo vệ chia sẻ được áp dụng ở hướng rộng hơn trong một mạng có cấu hình Mesh, thì sự cố đó sẽ phải làm thủ tục phục hồi phức tạp hơn, thủ tục đó yêu cầu nhiều báo hiệu trong một số phần tử mạng dẫn đến thời gian phục hồi sẽ tốn kém. Không những phải có nhiều tín hiệu báo hiệu mà trong vấn đề phục hồi mạng còn phải mất thời gian cấu hình lại các OXC(nghĩa là thay đổi các thông số định tuyến). Do việc bảo vệ dùng chung là định trước, nên hoạt động khôi phục có thể được điều khiển băng đường phân phối nào đó hơn là đường tập trung, bởi vậy loại bỏ được sự can thiệp của hệ thống quản lý mạng và giảm khối lượng báo hiệu. Trong trường hợp này, các OXC phải có khả năng tự xác định đường đang làm việc có sự cố hay không để chuyển mạch bảo vệ cho phù hợp. Việc đầu tiên yêu cầu là phải phát hiện nhanh chóng đặc trưng đường ánh sáng và đó là một trong các thúc đẩy chính mà đã định nghĩa một bộ nhận dạng OCh trong khuôn khổ của việc chuẩn hóa kênh giám sát OCh. Nếu bảo vệ chia sẻ tuyến sử dụng điều khiển phân tán thay cho điều khiển tập trung sẽ hạn chế sự can thiệp của hệ thống quản lý mạng và giảm bớt tổng số các báo hiệu. Khi đó các OXC phải có khả năng tự nhận thức được tuyến hoạt động nào bị sự cố để chuyển mạch bảo vệ phù hợp. Trong các mạng quang WDM cấu hình Mesh, bảo vệ tuyến ở lớp con OMS dưới một vài phương diện có thể thích hợp hơn là việc bảo vệ đường. Trong một cấu hình phức tạp, một cơ cấu khôi phục nội bộ, phù hợp với điều khiển phân tán hơn là điều khiển tập trung, là dễ dàng để quản lý hơn một cơ cấu đầu cuối tới đầu cuối. Bảo vệ tuyến trong một mạng hỗn hợp có thể xảy ra trong các đường khác nhau. Chúng ta sẽ không xem xét bảo vệ đường trên cơ sở cung cấp mà chúng ta sẽ mô tả hai phương pháp chính được biết đến để bảo vệ tuyến định trước: một là dựa trên khái niệm đấu vòng các vòng, cách còn lại gần đây được đề cập nhiều hơn, là dựa trên công nghệ đấu vòng chung. Một mạng cấu hình Mesh có thể được tạo một cách tự nhiên bằng liên kết đơn giản một số vòng: thực tế, hầu hết các mạng WDM hiện nay được quản lý theo kiểu này. Chuyển mạch giữa các vòng trong các mạng như vậy thường được thực hiện bằng điện tử bởi các nối chéo số SDH/SONET. Bởi vậy, khả năng tồn tại trong các mạng đa vòng WDM thường được bảo vệ bởi các kỹ thuật bảo vệ SDH/SONET (cụ thể, là khai thác sự thừa của các liên kết liên vòng). Một số trong những kỹ thuật này sẽ có thể cũng chuyển tới lớp WDM (ví dụ cho trường hợp cụ thể đa vòng WDM dưới biển). Tuy nhiên, trong những thứ sau đây, chúng ta muốn bỏ kiến trúc đa vòng và tập trung vào các mạng WDM thực tế, nghĩa là những mạng này được tạo ra bắt đầu từ một cấu hình vật lý hỗn hợp và cái mà khai thác các OXC để thực hiện chuyển mạch quang trong toàn bộ mạng. Sự phân ly vòng các kiến trúc cơ sở của tương lai này chỉ để phục vụ khả năng tồn tại. Nguyên lý đấu vòng các vòng có thể được áp dụng ở một mạng WDM thực tế như sau: Đầu tiên, mạng này được phân tách trong một số tập các cáp, mỗi tập được quản lý như một vòng đơn. Khi phân tách được thực hiện, mỗi vòng được trang bị một hệ thống bảo vệ OMS chính xác như một OMS-SPRing. Bởi vậy mỗi vòng trở thành một hệ thống bảo vệ. Thông thường việc thực hiện bảo vệ vòng bốn cáp là lựa chọn tốt nhất, từ đó việc thực hiện bảo vệ vòng 2 cáp phải yêu cầu các bộ chuyển đổi bước sóng trong một số node. Một ưu điểm rõ ràng của phương pháp này là nó cho phép khôi phục phân bố: mỗi vòng là một hệ thống khôi phục tự động và tự trị. Điều này ngụ ý rằng thời gian khôi phục chỉ bị giới hạn bởi kích cỡ vòng (trong bảo vệ tuyến, thay vì trễ truyền lan từ nguồn tới đích phải địa chỉ tính đến). Hơn nữa, việc quản lý sự cố bị giới hạn bởi vòng bị sự cố. Trong vấn đề bảo vệ mạng có cấu hình Mesh nói chung và bảo vệ mạng quang WDM có cấu hình Mesh nói riêng là những vấn đề mới mẻ và phức tạp. Nói cách khác thì lĩnh vực này không được thương mại hoá và ứng dụng trong thực tế nên không có mấy ai nghiên cứu về lĩnh vực này cho nên nó vẫn còn mới mẻ. Ngoài ra nó còn một lý do khác là điều kiện vật lý và nhu cầu của các quốc gia vẫn chưa đòi hỏi cần đến sử dụng mạng lõi có cấu hình Mesh. Trong khi đó công nghệ WDM chủ yếu được sử dụng cho các mạng có cấu hình back blbole. Vì vậy trong đồ án này em đề cập ít đến vấn đề đó. 2.3.2 Bảo vệ ở lớp đoạn ghép kênh quang 2.3.2.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình điểm - điểm Trong bảo vệ đoạn ghép kênh quang với cấu hình điểm - điểm thì đó chính là hình thức bảo vệ kênh quang điểm - điểm. 2.3.2.2 Bảo vệ riêng cho cấu hình vòng ring (OMS - DPRing) OMS – DPRing có thể áp dụng cho ring hai sợi hoặc bốn sợi cấp phát các bước sóng khác nhau cho các liên kết nút - tới nút khác nhau. Bảo vệ được thực thi ở tầng đoạn ghép kênh quang nên tất cả các kênh quang trên cùng một chặng sẽ được bảo vệ đồng thời khi xuất hiện sự cố. Khi xem xét bảo vệ OMS giữa các OADM trong một kiến trúc ring yêu cầu phải sử dụng các chuyển mạch kép hoặc các chuyển mạch đơn có hỗ trợ biến đổi bước sóng tại mỗi nút. Xét trường hợp đơn giản nhất OMS – DPRing hai sợi sẽ dành riêng một sợi để bảo vệ cho lưu lượng truyền trên sợi hoạt động ở hướng ngược lại. Sợi hoạt động Sợi dự phòng Sợi dự phòng hoạt động Hình b Nút D Nút C Nút B Nút A Nút D Nút C Nút B Nút A Hình 2.11 OMS – DPRing hai sợi ở điều kiện bình thường và khi có sự cố Hình a Khi xuất hiện một sự cố nút hay sự cố đoạn, các nút kế cận với sự cố sẽ định tuyến lại lưu lượng từ trên sợi hoạt động lên sợi bảo vệ. Dưới đây là mô hình chức năng của một nút OMS – DPRing. Bộ ghép kênh Bộ khuếch đại Hướng tây Hình 2.12 Mô hình chức năng của một nút OMS – DPRing hai sợi Lớp OTS Lớp OMS Lớp OCh Hướng đông 2.3.2.3 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình vòng ring (OMS – SPRing) Kiến trúc này có thể áp dụng cho ring hai sợi hoặc bốn sợi. Các liên kết logic trực tiếp nút - tới - nút có thể được thiết lập sử dụng các bước sóng khác nhau, cho phép ta xây dựng nên các lưới logic kết nối mỗi nút tới nút khác trong ring. Bảo vệ được thực thi ở mức đoạn ghép kênh, dung lượng của mỗi sợi mang cả các bước sóng hoạt động và bước sóng bảo vệ. Ví dụ một hệ thống WDM hai sợi có 16 bước sóng, trên sợi truyền cùng chiều kim đông hồ cấp một nửa đầu (8 bước sóng) của dải bước sóng cho các kênh lưu lượng hoạt động, một nửa còn lại dùng để bảo vệ các kênh hoạt động truyền trên sợi kia (đi ngược chiều kim đồng hồ). Trên sợi đi ngược chiều kim đồng hồ thì đảo ngược lại, nửa đầu của dải bước sóng dùng để bảo vệ các kênh hoạt động truyền trên sợi đi cùng chiều kim đồng hồ, còn nửa sau dùng cho các kênh lưu lưọng hoạt động khác. Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ Các kênh bảo vệ Các kênh dịch vụ Hình 2.13 Bảo vệ chia sẻ các kênh quang trong OMS - SPRing Nếu một đoạn hay một nút bị sự cố, các nút kế cận sự cố thực hiện chuyển mạch bảo vệ định tuyến lại các bước sóng hoạt động truyền trên sợi bị sự cố lên các bước sóng bảo vệ của sợi đi theo hướng ngược lại. OMS – 2 SPRing cho vòng ring hai sợi hai hướng. Trên sợi thứ nhất các bước sóng làm việc từ 1 tới W/2, nửa còn lại dành cho bảo vệ. Trên sợi thứ hai các bước sóng làm việc từ W/2 tới W, nửa còn lại dành cho bảo vệ. Khi hồi phục được thực hiện bởi chuyển mạch 22. Trong trường hợp lưu lượng bị sự cố có thể loop mà không bị xung đột bước sóng Chuyển mạch 22 Hình 2.15 Ring hai sợi hai hướng chuyển mạch bảo vệ đoạn ghép kênh Hình 2.16 Ring hai sợi hai hướng bảo vệ sự cố đoạn OMS – 2SPRing Khi xuất hiện sự cố đoạn, các tuyến hoạt động được định tuyến lên các sợi bảo vệ ở cùng bước sóng hoạt động. Khi xuất hiện sự cố nút thì OMS – 2 SPRing được thực thi bởi chuyển mạch 22. Bình thường tuyến hoạt động được định tuyến lên ring của sợi phía ngoài, sau khi xuất hiện sự cố nút thì tuyến được chuyển mạch lên ring của sợi ở phía trong tại cùng bước sóng hoạt động. Hình 2.17 Ring hai sợi hai hướng bảo vệ sự cố nút OMS – 2 SPRing Dưới đây là mô hình chức năng của một nút OMS – SPRing kế cận sự cố sử dụng chuyển mạch kép để chuyển mạch bảo vệ ở phía xảy ra sự cố (đứt cáp hoặc sự cố nút). Mô hình này được xây dựng dựa trên mô hình SDH MS – SPRing, các chức năng thích ứng OMS được xác định tuỳ thuộc vào các hệ thống cụ thể (ví dụ chúng ta sẽ có chức năng OMSA – 16 trong hệ thống WDM 16 bước sóng) nhưng nó chỉ cung cấp cho các kênh hoạt động hoặc bảo vệ chứ không phải tất cả 16 kênh. Khi thiết kế thực thi cần xem xét đến việc thực hiện giám sát các sự cố như thế nào nếu tái sử dụng bước sóng. Hướng tây Hình 2.18 Mô hình chức năng của một nút OMS – SPRing hai sợi kế cận với sự cố Lớp OTS Lớp OMS Lớp OCh Hướng đông Bộ ghép kênh Bộ khuếch đại Lớp SDH hoặc IP hoặcATM Trong phương thức chuyển mạch quang 22 thì nó thích hợp với chuyển mạch bảo vệ mà yêu cầu độ tổn thất nhỏ (khoảng 1dB) và tốc độ chuyển mạch nhanh (khoảng 20 ms). Cấu hình nút bao gồm một OADM cho một sợi, một chuyển mạch quang nhanh chéo 22 ở mỗi phía của nút, và có thể sử dụng bộ khuyếch đại quang nếu cần. Vị trí tốt nhất để đặt bộ khuyếch đại quang là ở giữa OADM và chuyển mạch quang để có thể sử dụng các bộ khuyếch đại quang hạn chế những tổn thất phụ ở trạng thái bảo vệ. Dưới đây là các cấu hình của các nút có sử dụng chuyển mạch quang. EDFA EDFA SDXC OADM OADM OS 2 OS 1 Sợi 1 Sợi 2 Hình 2.19 Cấu hình của một nút sử dụng chuyển mạch quang22 (cross - bar) EDFA EDFA SDXC OADM OADM OS 2 OS 1 Sợi 1 Sợi 2 OS 3 OS 4 Hình 2.20 Cấu hình của một nút sử dụng chuyển mạch quang 21 OMS – 4 SPRing cho vòng ring 4 sợi - hai hướng. Với trường hợi này mỗi chặng có bốn sợi quang, mỗi cặp sợi quang dùng để truyền lưu lượng hoạt động, một cặp sợi quang kia dành cho dự phòng bảo vệ cho cặp làm việc (50% tổng dung lượng cho bảo vệ). Khi xảy ra sự cố các chuyển mạch bảo vệ được thực hiện bởi các chuyển mạch 22 theo kỹ thuật quang cơ hay kỹ thuật khác. Hình 2.21 Ring bốn sợi hai hướng chuyển mạch bảo vệ đoạn ghép kênh Sợi bảo vệ Khi xảy ra sự cố đoạn thì Ring được hồi phục bằng việc sử dụng chuyển mạch bảo vệ tại hai nút kế cận với đoạn bị sự cố để nối vòng lưu lượng trên các sợi hoạt động lên các sợi bảo vệ. Yêu cầu có báo hiệu để phối hợp chuyển mạch ở cả hai nút kết cuối đoạn bị sự cố. Ví dụ có phiên truyền thông hai hướng giữa nút A và nút C khi xảy ra sự cố đoạn giữa nút A và nút D như hình vẽ 2.22 trong đó hình a là trường hợp ở điều kiện bình thường còn hình b ở điều kiện xảy ra sự cố. Khi xảy ra sự cố thì xuất hiện kênh báo hiệu giữa nút A và nút D sau đó hai nút này thực hiện chuyển mạch bảo vệ chuyển các bước sóng lên kênh dự phòng. Hình 2.22 Ring bốn sợi hai hướng sự cố đoạn OMS – 4SPRing Sợi bảo vệ Sợi bảo vệ Nút C Nút A Nút D Nút A Nút D Nút C Nút B Nút B Đường bảo vệ thứ nhất hoạt động Đường bảo vệ thứ hai hoạt động Kênh báo hiệu Hình a Hình b 2.4 Các phương pháp bảo vệ trong kiến trúc liên kết giữa các lớp quang 2.4.1 Lựa chọn các kiến trúc mạng tham chiếu Trong thực tế các mạng quang thường được xây dựng theo kiến trúc phân cấp, mỗi cấp có thể xem như một miền mạng con. Các miền mạng con được triển khai thường sử dụng các cấu hình cơ bản như CS – Ring, OMS – Ring, và cấu hình lưới quang của các OXC. CS – Ring là một kiến trúc thuận lợi cho việc kết hợp các chức năng SDH của các thiết bị sẵn có trên mạng (định tuyến và bảo vệ MS) với chức năng định tuyến quang của các nút logic. OMS – SPRing là một kiến trúc mạng toàn quang tiên tiến hỗ trợ thực thi cả định tuyến và bảo vệ quang. Do đó kiến trúc này rất quan trọng đối với việc lập kế hoạch cho các mạng quang. Kiến trúc lưới quang của các OXC hỗ trợ định tuyến và hồi phục quang giúp đơn giản hoá sự phức tạp khi xây dựng các mạng cấu hình lưới dung lượng cao từ các thiết bị tầng điện. Dựa trên ba cấu hình cơ bản CS – Ring, OMS – SPRing, và cấu hình lưới quang của các OXC chúng ta xây dựng bốn kiến trúc mạng tham chiếu sau: Kiến trúc CS – Ring hai mức: hình 2.23 thể hiện một kiến trúc CS-Ring/CS hai mức. lk li li li CS - Ring CS - Ring CS - Ring Hình 2.23 Kiến trúc CS - Ring/CS - Ring Đây là một kiến trúc phân cấp gồm hai CS – Ring liên kết với nhau thông qua các kết nối chéo SDH. Ưu điểm chính của kiến trúc này là việc cấp phát bước sóng có thể được lập kế hoạch cho mỗi Ring một cách độc lập. Kiến trúc OMS – SPRing hai mức: hình 2.24 thể hiện kiến trúc OMS-SPRing hai mức. li li lk li OMS - SPRing Hình 2.24 Kiến trúc OMS – SPRing hai mức OMS - SPRing OMS - SPRing Ưu điểm chính của kiến trúc này là kết nối quang giữa các Ring. Trong các hub khả năng mềm dẻo mức kênh quang phụ thuộc vào dung lượng kết nối chéo quang mà các OADM cung cấp. Kiến trúc hai mức lưới/Ring: hình 2.25 thể hiện kiến trúc lưới quang/ OMS-SPRing hai mức. lk li li li OMS - Ring OMS - Ring Hình 2.25 Kiến trúc lưới quang/OMS - SPRing OXC OXC OXC OXC Đây là một kiến trúc có nhiều hứa hẹn ứng dụng nhất trong tương lai. Lưu lượng ở các Ring lớp dưới được tập hợp và truyền tải bởi lớp bên trên có lưu lượng rất cao giống như trong mạng SDH truyền thống. Trong một mạng lớn các OXC có thể có chức năng biến đổi bước sóng nhằm thiết lập rất nhiều tuyến quang. Phương thức bảo vệ kết nối mạng con (OSNCP) (bảo vệ tuyến 1+1) có thể là một lựa chọn cho kiến trúc này. lk li li OXC OMS - SPRing li Hình 2.26 Kiến trúc OMS – SPRing/lưới quang OXC OXC OXC OXC OXC OXC OXC Kiến trúc hai mức Ring/lưới: hình 2.26 thể hiện kiến trúc OMS-SPRing/ lưới quang hai mức. Trong một số trường hợp kiến trúc này có thể cung cấp một giải pháp tối ưu, khi đó ta sẽ có một Ring quang dung lượng rất cao liên kết giữa các mạng con có cấu hình lưới ở tầng dưới. Vấn đề bảo vệ tương tự kiến trúc hai mức lưới/ring. Bảng 2.1 So sánh một số tham số của bốn kiến trúc mạng tham khả. Các tham số CS – Ring hai mức OMS-SPRing hai mức OMS – SPRing/ lưới quang Lưới quang/ OMS - SPRing Kết nối SDH(VC-4/3/12) Quang(OC) bị hạn chế Quang (OC) Quang(OC) (VC-4/3/12) Phục hồi ở tầng quang Không Có (hạn chế) Có (hạn chế) Có Mềm dẻo SDH OXC Giới hạn Tốt Tốt Mức kết nối VC4 Bước sóng Bước sóng Bước sóng Mức độ Thấp Tốt Tốt Tốt Thiết bị Hub SDXC OADM OXC OXC(SDXC) Loại mạng con Ring Ring Ring/OXC/Link Ring/OXC/Link 2.4.2 Liên kết giữa các mạng con và vấn đề bảo vệ Hoạt động liên kết bảo vệ giữa các miền mạng quang phụ thuộc vào chức năng và đặc tính của các nút kép liên kết giữa các mạng con. Nhằm đơn giản hoá chủ đề phức tạp này ta chỉ tập trung vào phân tích kiến trúc mạng vòng ring hai sợi. Trong các mạng quang thực tế, hai ring con thường liên kết với nhau thành một ring kép thông qua hai nút OADM và tạo lên hai kiến trúc: kiến trúc ring ảo (VRA), kiến trúc tách và chuyển tiếp. 2.4.2.1 Bảo vệ với kiến trúc ring ảo(VRA) Kiến trúc ring ảo ban đầu có thể chỉ được ứng dụng cho OC - DPRing. Phương thức định tuyến và bảo vệ được chỉ ra trên hình 2.27a sử dụng các nút liên kết để chuyển tiếp viền (border) giữa các vòng ring tại cùng bước sóng. Đối với OMS-SPRing như chỉ ra trên hình 2.27b cần thiết lập các bước sóng từ A tới B, và định tuyến các bước sóng theo một tuyến đường tách biệt. Trong thực tế hoạt động bảo vệ ở tầng OMS được kết hợp với phân tập tuyến ở tầng OCh. Các phương thức bảo vệ được áp dụng để phục hồi một sự cố nút hoặc đoạn liên kết xảy ra trong mỗi ring, còn chiến lược phân tập tuyến được dùng để phục hồi kết nối đối với sự cố đoạn liên kết giữa hai ring. Tuy vậy nếu các bước sóng nàycùng mang các kết nối tầng client như nhau thì giải pháp này sẽ tồi hơn giải pháp ứng dụng VRA trên các OC - DPRing, vì nó yêu cầu băng thông gấp đôi mà không tăng được độ khả dụng. Nói chung khi ứng dụng phân tập tuyến tính thì mỗi tuyến giữa một cặp nút chỉ mang một nửa các kết nối tầng client giữa hai nút đó, dẫn đến hai hệ quả: Số lượng bước sóng mang trên tầng quang theo nguyên lý chỉ được một nửa nếu không thì sẽ không cung cấp được tài nguyên dự phòng mặc dù điều này có thể càng làm giảm thêm mức sử dụng thấp của các kênh quang khi lượng nhu cầu tầng client không đủ lớn. Khả năng phục hồi nhanh các kết nối client chống lại các sự cố được thực thi tại một trong hai tầng gần sự có hơn. Trên thực tế trong những trường hợp này kiến trúc hình 2.27b sẽ truyền một nửa số kết nối của tầng client giữa hai nút A, B trên bước sóng l1 và một nửa còn lại trên bước sóng l2. Do đó nó có thể: Phục hồi tất cả các kết nối client khi xảy ra một sự cố nút đơn hoặc sự cố đoạn đơn trong mỗi ring. Chỉ phục hồi một nửa các kết nối client khi xảy ra một sự cố đoạn liên kết. L1 L2 L3 L4 Nút A Nút B L1 L2 L3 L4 Nút A Nút B Hình a Hình b Hình 2.27 Liên kết dual – homing dựa trên kiến trúc ring ảo, (a)áp dụng cho OC- DPRing, (b) áp dụng cho OMS - SPRing Điều này giúp tăng cường hiệu quả sử dụng tài nguyên như khi sử dụng VRA trên OCh-DPRing nhưng lại giảm khả năng phục hồi nhanh liên kết. Do đó phương thức trong hình 2.27b không thể được xem như một liên kết dual-homing. 2.4.2.2 Các kiến trúc ring ảo cải tiến Có một số kiến trúc khác có thể tăng cường hiệu năng của VRA trên OCh - DPRing mà không nhất thiết phải sử dụng chức năng tách và chuyển tiếp quang là giải pháp sử dụng một single - homing trên các ring liên kết vật lý với nhau qua các nút kép. Hình 2.28 miêu tả kiến trúc này trong các trường hợp OCh - DPRing và OMS - SPRing. Liên kết logic là một single-homing vì mỗi bước sóng được tách từ ring bởi duy nhất một OADM. Mục đích ở đây là sử dụng mỗi bước sóng để truyền một nửa số kết nối tầng client nên về mặt nguyên lý thì yêu cầu tài nguyên giống như trường hợp của VRA trên OCh – DPRing (hoặc tốt hơn tương đương với OMS-SPRing). Mỗi mạng con (SSN ví dụ một ring) không chỉ phục hồi một sự cố nút đơn hoặc sự cố đoạn đơn, mà có thể cho phép chống lại cả trường hợp nhiều xảy ra sự cố (mỗi sự cố trên một ring) giữa nút A và B. Nhưng cả hai kiến trúc này đều kém hơn kiến trúc sử dụng VRA trên OCh - DPRing tại các nút liên kết: chỉ phục hồi một nửa số kết nối tầng client khi xảy ra sự cố tại vị trí liên kết. Nếu thực thi bảo vệ cục bộ 1:N các kênh quang liên kết giữa L1 và L3,giữa L2 và L4 để vượt qua điểm yếu này thì giải pháp này cũng khá hiệu quả về mặt chi phí. L1 L2 L3 L4 Nút A Nút B L1 L2 L3 L4 Nút A Nút B Hình a Hình b Hình 2.28 Kiến trúc ring ảo cải tiến, (a) OC- DPRing, (b) OMS - SPRing Nhìn toàn cảnh một mạng quang ta có thể thấy nó được cấu thành từ một mạng lõi (mạng trục – back bone) và các mạng con thành phần liên kết với mạng lõi mạng lõi và liên kết với nhau. Các kịch bản bảo vệ trong các mạng WDM được phân tích trong các cấu trúc tô – pô cơ bản như đường thẳng, vòng ring, lưới (mesh). Hai cấu hình vòng ring và mesh hiện đang thu hút được sự quan tâm chủ yếu của các nhà thiết kế. Sau đó nghiên cứu hoạt động này khi liên kết giữa các mạng con với nhau, và khi liên kết với các tầng khác bên trên (như SDH, ATM,IP…) . Đối với cấu hình đường thẳng ta có thể áp dụng trực tiếp các kỹ thuật bảo vệ tuyến riêng/chia sẻ. Mặc dù được bảo vệ nhưng cấu hình này tiềm tàng rất nhiều nguy cơ như đứt cả tuyến cáp hay sự cố thiết bị nên nó chỉ được sử dụng ở giai đoạn đầu thử nghiệm chưa phát triển dung lượng mà không mấy khi được sử dụng trong các mạng qui mô lớn. Các phương thức bảo vệ 1+1/1:1 SONET/SDH. Điểm khác biệt giữa bảo vệ WDM và SDH là khi ở chỗ khi xuất hiện sự cố trên một sợi hoạt động thì chuyển mạch của đầu thu tương ứng của phía phát đó không biết gì. Trong khi ở SDH cả hai đầu thu đều biết trạng thái của sợi bảo vệ. Các kiến trúc OCh – DPRing và OCh – SPRing thực thi bảo vệ ở lớp kênh quang. Các kiến trúc OMS – DPRing và OMS – SPRing thực thi bảo vệ ở lớp đoạn ghép kênh quang nên tất cả các kênh quang trên cùng một chặng sẽ được bảo vệ đồng thời khi xuất hiện sự cố. OCh – DPRing sử dụng các chuyển mạch quang để chuyển mạch lưu lượng lên sợi bảo vệ khi xảy ra sự cố và không yêu cầu báo hiệu. Cấu hình này có thể chống lại sự cố chặng đơn, sự cố đa chặng, hay sự cố tại nút trung gian trên tuyến hoạt động nhưng có nhược điểm chung là yêu cầu chi phí đắt hơn so với các giải pháp khác. Trường hợp OC – DPRing bốn sợi nếu cho phép tái sử dụng các bước sóng thì tổng số bước sóng sẽ giảm xuống nhưng yêu cầu chuyển mạch bảo vệ ở cả hai đầu cuối để tránh xung đột bước sóng trên sợi bảo vệ khi xảy ra sự cố. OCh – DPRing sử dụng hai sợi để truyền tải lưu lượng theo cả hai hướng. Trong điều kiện bình thường, mỗi sợi mang một bước sóng khác nhau (l1 thuận chiều kim đồng hồ, l2 ngược chiều kim đồng hồ). Nếu một đoạn hay một nút bị sự cố thì các nút kế cận sẽ định tuyến lại các bước sóng cho đoạn cung bù của nó. Cấu hình OMS – SPRing phải thiết kế bảo vệ riêng cho từng chặn nên rất đắt và không có tính khả thi. Cấu hình OMS – SPRing bảo vệ chia sẻ nên cho phép sử dụng tài nguyên khá hiệu quả. OMS – 2 SPRing truyền lưu lượng trên cả hai sợi, mỗi sợi cấp phát một nửa tổng số các bước sóng cho các kênh hoạt động, nửa còn lại dự phòng bảo vệ các kênh hoạt động trên sợi kia. Nếu một đoạn hay một nút bị sự cố, các nút kế cận sử dụng các chuyển mạch 2×2 định tuyến lại các kênh hoạt động truyền qua đoạn cung đó lên các kênh bảo vệ của sợi truyền ngược hướng tại cùng một bước sóng hoạt động. OMS – 4 SPRing là ring WDM hai hướng mỗi chặng có bốn sợi quang, một cặp sợi quang dùng để truyền lưu lượng hoạt động, một cặp sợi quang kia dành cho dự phòng bảo vệ cho cặp hoạt động. Khi xảy ra sự cố sử dụng các chuyển mạch nhanh 2×2 tại hai nút kế cận với sự cố chuyển mạch bảo vệ để nối vòng lưu lượng trên các sợi hoạt động lên các sợi bảo vệ. Yêu cầu có báo hiệu để phối hợp chuyển mạch ở cả hai nút kết cuối sự cố. Cả hai giải pháp bảo vệ 1+1 và 1:1 đều dành tới 50% dung lượng cho bảo vệ và có thể áp dụng bảo vệ từng kênh quang trong mạng lưới WDM, các OXC chuyển tiếp không phải cấu hình lại trong trường hợp xảy ra sự cố. Cơ chế bảo vệ riêng có thể phân chia thành hai loại: một là loại tuyến bảo vệ và tuyến hoạt động chỉ tách biệt về SRG, hai là tuyến bảo vệ và tuyến hoạt động tách biệt cả về SRG và các nút trung gian. Trong bảo vệ chia sẻ tuyến, một tuyến quang bảo vệ giữa hai nút được thiết lập để bảo vệ cho N tuyến quang hoạt động giữa hai nút. Bước sóng dự phòng dành riêng trên các đoạn của đường dự phòng có thể chia sẻ với các đường dự phòng khác. Giải pháp này giảm được chi phí nhưng phức tạp hơn về cách thức thực hiện do yêu cầu trao đổi thông tin báo hiệu và phải cấu hình lại các OXC kết cuối các kênh WDM chia sẻ. Đối với cấu trúc mạng quang WDM hình lưới (mesh) sử dụng các OXC để chuyển mạch quang trên toàn mạng. Có nhiều cách thực thi bảo vệ đoạn trong cấu hình mesh, nhưng trên thực tế có hai chiến lược cấp phát dung lượng dự phòng phổ biến: giải pháp sử dụng các vòng ring vu hồi và giải pháp tổng quát hoá vòng lặp ngược. Nguyên lý các vòng ring vu hồi áp dụng cho mạng lưới WDM như sau: trước hết mạng được phân tích thành một số nhóm con các sợi, mỗi nhóm con được quản lý như một v