(Luận văn thạc sĩ) kỹ thuật hồi phục mạng thông tin quang WDM luận văn ths kỹ thuật điện tử viễn thông 2 07 00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ

ĐỒN ANH TUẤN

Kỹ thuật hồi phục mạng thông tin quang WDM

luËn văn thạc sĩ K THUT IN T - VIN THễNG

Hà néi - 2006


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ

ĐỒN ANH TUẤN

Kỹ thuật hồi phục mạng thông tin quang WDM
Mã s

: 2.07.00

luận văn thạc sĩ K THUT IN T - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Cảnh Tuấn

Hµ néi - 2006


iii

MỤC LỤC
Trang


Lời cảm ơn ....…………………………………..……………………………… i



Lời cam đoan ....……………………………….……………………………… ii



Mục lục……………………………………………………………………….. iii



Danh mục các ký hiệu, các từ viết tắt ...………..…………………………........vi



Danh mục các bảng .……………………………....……………………........ xiv



Danh mục các hình vẽ, đồ thị ………………………………………….......... xv



Mở đầu ...........………………………………………………………………..xix

CHƢƠNG 1 : LÝ THUYẾT ĐỘ DUY TRÌ CỦA MẠNG VÀ DỊCH VỤ VIỄN
THƠNG ………………………………………………………………………........ 1
1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

Giới thiệu …………………………………………………………....... 1
1.1.1.

Một số khái niệm liên quan đến chất lƣợng mạng …….…….. 2

1.1.2.

Khái niệm độ duy trì của mạng và dịch vụ viễn thông ....…… 4

Hồi phục mạng .………………………………………………….…..... 7
1.2.1.

Giới thiệu .…………………………………………………..... 7

1.2.2.

Các phƣơng thức hồi phục mạng …………….…...….…........ 8

Khả năng duy trì tại các tầng mạng khác nhau ……………………… 15
1.3.1.

Giới thiệu ….......…………………………………………..... 15

1.3.2.

Kỹ thuật duy trì của tầng WDM ...........…………………….. 18

1.3.3.

Kỹ thuật duy trì của tầng SONET/SDH ..…………………... 22

1.3.4.

So sánh khả năng duy trì của các tầng mạng khác nhau ..….. 25

Các tham số đánh giá độ duy trì .....………………………………..... 26
1.4.1.

Các tham số độ duy trì của ngƣời sử dụng ………………..... 27

1.4.2.

Các tham số độ duy trì kỹ thuật ...........…………………….. 28

Độ duy trì trong mạng thơng tin quang WDM ……………………… 34
1.5.1

Giới thiệu chung ..………………………………………....... 34

1.5.2

Các khả năng thực thi ……………………………………..... 37


iv

CHƢƠNG 2 : CÁC KỊCH BẢN HỒI PHỤC MẠNG THÔNG TIN QUANG WDM
……………………..…………………..…………………..………………………..41
2.1.

2.2.

Các kịch bản hồi phục trong một số cấu trúc tơpơ mạng điển hình … 41
2.1.1.

Hồi phục mạng WDM có cấu trúc tơpơ line .……………….. 41

2.1.2.

Hồi phục mạng WDM có cấu trúc tơpơ ring ……………..... 42

2.1.3.

Hồi phục mạng WDM có cấu trúc tơpơ mesh ...…………..... 50

2.1.4.

Hồi phục trong kiến trúc liên kết giữa các miền quang ..….... 58

2.1.5.

Nhận xét ƣu nhƣợc điểm của các kịch bản hồi phục .….….... 68

Phân tích độ tin cậy và độ khả dụng của các cấu trúc bảo vệ mạng ..... 71
2.2.1.

Các cấu trúc bảo vệ mạng cơ bản ............................................ 71

2.2.2.

Các cấu trúc ring và P-cycle ................................................... 74

CHƢƠNG 3 : CÁC KỸ THUẬT THỰC THI HỒI PHỤC ………..…………........ 81
3.1.

3.2.

3.3.

Lỗi và tách lỗi trong mạng thông tin quang WDM .............................. 81
3.1.1.

Các lỗi và quản lý lỗi .............................................................. 81

3.1.2.

Các thông tin, cảnh báo giúp chuẩn đoán sự cố ...................... 85

3.1.3.

Giới thiệu một thuật toán định vị sự cố đơn giản .................... 88

Phân bổ lƣu lƣợng hồi phục mạng ........................................................ 93
3.2.1.

Các mẫu nhu cầu quang ......................................................... 93

3.2.2.

Phân bổ lƣu lƣợng trong các ring quang bảo vệ riêng ............ 95

3.2.3.

Phân bổ lƣu lƣợng trong các ring quang bảo vệ chia sẻ ......... 99

Vấn đề điều khiển và trao đổi thông tin hồi phục mạng .................... 103
3.3.1

Các phƣơng thức và chức năng OAM của tầng quang ......... 103

3.3.2.

Giao thức chuyển mạch bảo vệ quang (OAPS) ..................... 112

3.3.3

Tƣơng tác tín hiệu trong q trình hồi phục sự cố ................ 115

CHƢƠNG 4 : MẠNG THÔNG TIN QUANG WDM ĐƢỜNG TRỤC QUỐC GIA
.…………………………………………………………………………………... 120
4.1.

Cấu trúc mạng thông tin quang quốc gia ........................................... 120
4.1.1.

Cấu hình mạng hiện tại .…………………………………... 120


v

4.1.2.
4.2.

4.3.

Xu hƣớng phát triển .............................................................. 128

Khảo sát kỹ thuật hồi phục mạng DWDM hiện tại ............................ 130
4.2.1.

Khả năng hỗ trợ của thiết bị mạng đƣờng trục ..................... 130

4.2.2.

Các kỹ thuật bảo vệ đang đƣợc áp dụng ................................132

Các giải pháp tăng cƣờng độ duy trì của mạng WDM .........................135
4.1.1.

Giải pháp nâng cấp mạng hiện tại ......................................... 135

4.1.2.

Xem xét một số cấu hình mạng tƣơng lai ............................. 136



Kết luận và kiến nghị ……………………………………………………… 147



Danh mục các cơng trình của tác giả ……………………………………… 149



Tài liệu tham khảo .……………………………………………………….... 149



Phụ lục
A.

Các công thức cơ bản tính độ tin cậy và độ khả dụng

B.

Các cấu hình bảo vệ mạng thiết bị DX-140 hỗ trợ

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADM

Add Drop Multiplexer

Bộ ghép kênh xen/rẽ

AIS

Alarm Indication Signal

Tín hiệu chỉ thị cảnh báo

ANN

Artificial Neural Network

Mạng thần kinh nhân tạo

ANSI

Americal National Standards
Institute

Viện các tiêu chuẩn quốc gia
Hoa Kỳ

APS

Automatic Protection Switching

Chuyển mạch bảo vệ tự động

ARC

Alarm Reporting Control

Điều khiển báo cáo cảnh báo

ASON

Automatic switched optical
networks

Mạng quang chuyển mạch tự
động

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Phƣơng thức chuyển giao
không đồng bộ

AU-n

Administrative Unit (level) n

Khối quản lý n

BDI

Backward Defect Indication

Chỉ thị sƣ cố tải tin về phía sau

BEI

Backward Error Indication

Chỉ thị lỗi về phía sau

BER

Bit Error Ratio

Tỷ số lỗi bit

BIP-n

Bit Interleaved Parity Order - n

Từ mã kiểm tra chẵn xen bit n

CCU

Central Control Unit

Bộ phận điều khiển trung tâm

CDC

Cycle Double Covers

Kỹ thuật phủ vịng kép

COMMS
OH

General management
communications overhead

Mào đầu truyền thơng quản lý
chung

CPU

Central Processing Unit

Khối xử lý trung tâm

CRC-10

Cyclic Redundancy Check 10

Kiểm tra dƣ chu trình-10

DEG

Degraded performance

Phát hiện suy giảm hiệu năng


vii

DLE

Dynamic Lightpath
Establishment

Thiết lập tuyến quang động

DLP

Dedecated line Protection

Bảo vệ đoạn riêng

DPP

Dedecated Path Protection

Bảo vệ tuyến riêng

DPWSHR

Dedicated-path-switched WDM
self-healing ring

Ring WDM tự hồi phục chuyển
mạch bảo vệ tuyến riêng

DRCL

Distributed Relative Capacity
Loss

Tổn thất dung lƣợng phân tán
liên quan

DS-n

Digital Signal level n

Tín hiệu số mức n

DXC

Digital Cross Connect

Bộ kết nối chéo số

EB

Errored Blocks

Lỗi khối

EDC

Error Defect Code

Mã tách lỗi

EDFA

Erbium Doped Fibre Amplifier

Bộ khuếch đại quang sợi

EMS

Element Management System

Hệ thống quản lý thành phần

ETSI

European Telecommunications
Standards Institute

Viện các tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu

FEC

Forward Error Correction

Phƣơng thức điều khiển lỗi
trƣớc

FEBE

Far End Block Error

Lỗi khối đầu xa

FERF

Far End Receive Fail

Mất thu đầu xa

FDI

Forward Defect Indication

Chỉ thị sƣ cố tải tin về phía
trƣớc

FMS

Fault Management System

Hệ thống quản lý sự cố

FOP

Failure Of Protocol

Sự cố giao thức

GTE

Global Testing Equipment

Thiết bị kiểm tra chung

GCC0

General Communication Channel
0

Kênh thông tin chung


viii

HF

Hard Failures

Sự cố cứng

IAE SM

Incoming Alignment Error
Section Monitoring

Lỗi đồng chỉnh đầu vào giám
sát phiên

ICC

ITU Carrier Code

Mã sóng mang ITU

ILP

Integer Linear Program

Chƣơng trình tuyến tính
ngun

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ITE

Individual Testing Equipment

Thiết bị kiểm tra riêng

LCP

Least-congested-path

Tuyến it xung đột nhất

LOF

Loss Of Frame

Mất khung

LOG

Logging function

Chức năng ghi nhật ký

LOM

Loss Of Multiframe

Mất đa khung

LOP

Loss Of Pointer

Mất con trỏ

LOS

Loss Of Signal

Mất tín hiệu

LSA

Link State Advertisement

Thơng báo trạng thái tuyến

LTP

Line Terminal Point

Điểm kết cuối đƣờng dây

MFAS

MultiFrame Alignment Signal

Tín hiệu đồng chỉnh đa khung

MIB

Management Information Base

(Cấu trúc cây) dựa trên thông
tin quản lý

MPLS

MultiProtocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao
thức

MPS

MultiProtocol Lambda Switching

Chuyển mạch bƣớc sóng đa
giao thức

MS

Multiplex Section

Đoạn ghép kênh

MSTE

Multiplex Section Terminating
Element

Thiết bị kết cuối phần ghép
kênh

ix

MWSHR

Multiple WDM Self Healing
Ring Protection

Bảo vệ đa ring WDM tự hồi
phục

NC&M

Network Control and
Management

Quản lý và đIều khiển mạng

NE

Network Element

Phần tử mạng

NEA

Network Element Alarms
function

Chức năng cảnh báo phần tử
mạng

NEL

Network Element Layer

Tầng thành phần mạng

NEML

Network Element Management
Layer

Tầng quản lý thành phần mạng

NMI

Network Management Interface

Giao diện quản lý mạng

NML

Network Management Layer

Tầng quản lý mạng

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lý mạng

NVS

Network Visualisation Service

(Tầng) dịch vụ mạng ảo

OA

Optical Amplifier

Bộ khuếch đại quang

OADM

Optical Add Drop Multiplexer

Bộ ghép kênh xen/rẽ quang

OA&M

Operation, Administration and
Maintenance

Vận hành, quản lý và bảo
dƣỡng

OCG

Optical Channel Group

Nhóm kênh quang

OCh

Optical Channel

Kênh quang

OChDPRing

Optical Channel Dedicated
Protection Ring

Ring bảo vệ riêng kênh quang

OChSPRing

Optical Channel Shared
Protection Ring

Ring bảo vệ chia sẻ kênh quang

OCh-OH

Optical Channel non-associated
Overhead

Mào đầu không liên kết kênh
quang

ODU

Optical Channel Data Unit

Khối dữ liệu kênh quang


x

O-E-O

Optical-Electronical-Optical

Biến đổi quang-điện-quang

OLT

Optical Line Terminal

Kết cuối đƣờng dây quang

OMS

Optical Multiplex Section

Tầng ghép kênh quang

OMSDPRing

Optical Multiplex Dedicated
Protection Ring

Ring bảo vệ riêng đoạn ghép
kênh quang

OMSOH

Optical Multiplex Section
Overhead

Mào đầu phần ghép kênh
quang

OMSP

Optical Multiplex Section
Protection

Bảo vệ đoạn ghép kênh quang

OMSSPRing

Optical Multiplex Shared
Protection Ring

Ring bảo vệ chia sẻ đoạn ghép

kênh quang

OOS

OTM Overhead Signal

Tín hiệu mào đầu OTM

OPS

Operational State function

Chức năng trạng thái vận hành

OPUkOH

Optical Channel Payload Unit
Overhead

Mào đầu khối tải tin kênh
quang

OS

Operation System

Hệ thống khai thác

OSC

Optical Supervisory Channel

Kênh điều khiển và giám sát
quang

OSNR

Optical Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
quang

OTM

Optical Transport Module

Mơ-dul truyền tải quang

OTN

Optical Transport Network

Mạng truyền dẫn quang

OTS

Optical Transport Section

Tầng truyền tải quang

OTS-OH

Optical Transmission Section
overhead

Mào đầu phần truyền tải quang

OTUkOH

Optical Channel Transport Unit
Overhead

Mào đầu khối truyền tải kênh
quang


xi

OULSR

Optical unidirectional lineswitched ring

Ring chuyển mạch bảo vệ đoạn
đơn hƣớng

OUPSR

Optical unidirectional pathswitched ring

Ring chuyển mạch bảo vệ

tuyến đơn hƣớng

OXC

Optical Cross-connect

Thiết bị kết nối chéo quang

P-cycle

preconfigured protection cycle

Vòng bảo vệ cấu hình trƣớc

PDH

Plesiochronous Digital Hierarchy

Phân cấp số cận đồng bộ

PLM

Payload Type Mýmatch

Tín hiệu khơng tƣơng thích
kiểu tải tin

PMI

Payload Missing Indication

Chỉ thị mất tải tin

PRS

Fault Cause Persistency function

Chức năng lƣu nguyên nhân
gây sự cố

PSI

Payload Structure Identifier

Nhận diện cấu trúc tải tin

PSM

Payload Structure Mismatch

Mất cấu trúc tải tin

PTE

Path Terminal Equipment

Thiết bị kết cuối tuyến

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

RCL

Relative Capacity Loss

Tổn thất dung lƣợng liên quan

RDI

Remote Defect Indication

Chỉ thị sự cố đầu xa

REI

Remote Error Indication

Chỉ thị lỗi khối đầu xa

REP

Reportable Failure function

Chức năng xử lý sự cố đƣợc
báo cáo

RFI

Remote Failure Indication

Chỉ thị mất thu đầu xa

RFWA

Routing Fiber and Wavelength
Assignment

Định tuyến sợi quang và cấp
phát bƣớc sóng

RS

Regenerator Section

Đoạn lặp

RSTE

Regenerator Section Terminating
Element

Thiết bị kết cuối phần phát đáp


xii

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức đăng ký trƣớc tài
nguyên

SA

Simulated Annealing

Công cụ mô phỏng

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SF

Soft Failures

Sự cố mềm

SLE

Static Lightpath Establishment

Thiết lập tuyến quang tĩnh

SLP

Shared-line protection

Bảo vệ đoạn chia sẻ

SLWSHR

Shared-line-switched WDM selfhealing ring

Ring WDM tự hồi phục chuyển
mạch bảo vệ đoạn

SML

Service Management Layer

Tầng quản lý dịch vụ

SN

Sub-network

Mạng con

SNC

Sub-network Connection

Kết nối mạng con

SNCP

Sub-network Connection
Protection

Bảo vệ kết nối mạng con

SNML

Sub-network Management Layer

Tầng quản lý mạng con

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SOA

Semiconductor Optical Amplifier

Bộ khuếch quang bán dẫn

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SPP

Shared-path protection

Bảo vệ tuyến chia sẻ

SPWSHR

Shared-path WDM self-healing
ring

Ring WDM tự hồi phục bảo vệ
tuyến chia sẻ

SRG

shared risk groups

Nhóm chia sẻ hiểm hoạ

STM-n

Synchronous Transport Module
level N

Mơ-dun truyền tải đồng bộ
mức n

TCM

Tandem Connection Monitoring

Giám sát nối chuyển tiếp

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải


xiii

TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TIM

Trace Identifier Mismatch

Giám sát tín hiệu nhận diện
luồng

TMN

Telecommunications
Management Network

Mạng quản lý viễn thơng

TTI

Trail Trace Identifier

Nhận diện bám luồng

TU-n

Tributary Unit-n

Khối nhánh n

TWP

Tuneable Wavelength Path

Cấp phát tuyến bƣớc sóng có
khả năng thay đổi

UNEQ

Unequipped indication

Chỉ thị khơng có thiết bị

VC

Virtual Connection

Kết nối ảo

VP

Virtual Path

Tuyến ảo

VWP

Virtual Wavelength Path

(Cấp phát) tuyến bƣớc sóng ảo

WDM

Wavelength Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bƣớc
sóng

WP

Wavelength Path

(Cấp phát) tuyến bƣớc sóng


xiv

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Phân loại các phƣơng thức hồi phục mạng……………………………… 8
Bảng 1.2: So sánh hai chiến lƣợc định tuyến động và theo kế hoạch định trƣớc… 11
Bảng 1.3: So sánh hai phƣơng pháp phục hồi………………………………………13
Bảng 1.4: So sánh giữa các tầng mạng (dịch vụ, logic, hệ thống, vật lý) ………… 17
Bảng 1.5: So sánh giữa các kiến trúc hồi phục mạng SONET/SDH……………… 23
Bảng 1.6: Các dịch vụ và thời gian gián đoạn cho phép……………………………24
Bảng 2.1: Các kỹ thuật bảo vệ trong mạng thông tin quang WDM ……………… 41
Bảng 2.2: So sánh các kỹ thuật phục hồi trong mạng lƣới WDM …………………70
Bảng 3.1: Các chức năng chính của các khối thiết bị khác nhau trong mối quan hệ
với ba tầng quang OTS, OMS và Och…………………………………………… 104
Bảng 3.2: Các cảnh báo phát ra từ ba tầng quang……………………………….. 105
Bảng 3.3: Liên hệ giữa dữ liệu bản tin TNM và tầng quang…………………….. 109
Bảng 3.4: Các tham số giao diện kênh OSC ngoài băng…………………………..110


xv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1: Các vấn đề chung trong thiết kế mạng viễn thơng ……………………….6
Hình 1.2: Các bƣớc cơ bản của một quá trình hồi phục …………………………… 8
Hình 1.3: Kiến trúc điều khiển……………………………………………………..10

Hình 1.4: Các luồng lƣu lƣợng đƣợc định tuyến lại………………………………..12
Hình 1.5: Cấu trúc bảo vệ tại tầng quang trong mơ hình lớp kết nối ……………..19
Hình 1.6: Kiến trúc của một nút trong ring WDM bảo vệ chia sẻ kênh quang …....21
Hình 1.7: Kiến trúc của một nút trong mạng ring WDM sử dụng bảo vệ OMSP….22

Hình 1.8: Các kiến trúc chuyển mạch bảo vệ SDH …………………………….. 23
Hình 1.9: Hàm mức độ duy trì mạng s(t) ………………………………………… 29
Hình 2.1: Cấu hình bảo vệ cho tuyến thơng tin quang điểm - điểm ……………… 42
Hình 2.2: OCh-DPRing hai sợi……………………………………………………. 42
Hình 2.3: Mơ hình chức năng của một nút OCh-DPRing………………………….43
Hình 2.4: OCh-SPRing khi bình thƣờng và trong điều kiện sự cố đoạn …………..44
Hình 2.5: Miêu tả các nút quang (a) nút quang với SDH ADM ở điều kiện bình
thƣờng, (b) (c) các nút kế cận với sự cố thực hiện chuyển mạch bảo vệ để định
tuyến lại lƣu lƣợng, (d) các nút khác khơng chuyển mạch ………………………. 44
Hình 2.6: Mơ hình chức năng của một nút OCh-SPRing kế cận với sự cố………...45
Hình 2.7: OMS-DPRing hai sợi ở điều kiện bình thƣờng và khi xảy ra sự cố đoạn
.................................................................................................................................. 46
Hình 2.8: Mơ hình chức năng của một nút OMS-DPRing hai sợi……………….... 46
Hình 2.9: OMS-2 SPRing……………………………………………………..........47


xvi

Hình 2.10: Mơ hình chức năng của một nút OMS-SPRing hai sợi kế cận với sự cố
...................................................................................................................................48
Hình 2.11: Cấu hình của một nút chuyển mạch quang............................................. 48
Hình 2.12: Cấu hình của một nút chuyển mạch quang cross-bar OMS-SPRing ......49
Hình 2.13: OMS-4 SPRING phục hồi sự cố đoạn/nút...............................................49
Hình 2.14: Thực thi hồi phục trong mạng meshbảo vệ chia sẻ kênh dự phịng ........51
Hình 2.15: Mạng mesh bảo vệ chia sẻ đoạn............................................................. 52

Hình 2.16: Phân tích cấu hình lƣới sử dụng kỹ thuật phủ vịng................................54
Hình 2.17: Ví dụ xây dựng ring cover sử dụng Spanning tree T ..............................54
Hình 2.18: Hai trƣờng hợp mạng lƣới WDM sử dụng kỹ thuật phủ vịng kép..........56
Hình 2.19: Ví dụ các vịng bảo vệ trên một đồ thị hai chiều.................................... 56
Hình 2.20: Thực thi bảo vệ trong kỹ thuật P-cycle .................................................. 57
Hình 2.21: Kỹ thuật bảo vệ dựa trên ngun lý tạo loop vịng................................. 57
Hình 2.22: Liên kết dual-homing dựa trên kiến trúc ring ảo.................................... 59
Hình 2.23: Kiến trúc ring ảo cải tiến........................................................................ 60
Hình 2.24: Kiến trúc OMS-SPRing hai mức với nút liên kết kép.............................62
Hình 2.25: Kiến trúc OMS-SPRing hai mức đáp ứng phục hồi hoàn toàn sự cố nút
sơ cấp trong ring 1 và đứt cáp trong ring 3............................................................... 63
Hình 2.26: Kiến trúc hai mức OMS-SPRing/lƣới quang ..........................................65
Hình 2.27: Kiến trúc hai mức lƣới quang/OMS_SPRing......................................... 67
Hình 2.28: Hệ thống bảo vệ riêng............................................................................. 72
Hình 2.29: Sơ đồ khối độ tin cậy của một kết nối đƣợc thiết lập trong UPSR .........73
Hình 2.30: Cấu trúc của hệ thống bảo vệ chia sẻ 1:N............................................... 74
Hình 2.31: Sơ đồ khối độ tin cậy của một kết nối 2-terminal truyền qua straddling span trong 1 p-cycle................................................................................................. 80
Hình 3.1: Hệ thống quản lý sự cố (FMS) ................................................................ 84
Hình 3.2: Mơ hình phân cấp tầng SDH thành ba mức tuyến, MS và RS ..................87
Hình 3.3: Một mơ hình mạng truyền dẫn ultra long haul WDM ............................. 89
Hình 3.4: Mơ hình lƣợc giảm của mạng ultra long haul WDM ...............................89


xvii

Hình 3.5: Cây nhị phân............................................................................................. 91
Hình 3.6: Cây nhị phân để định vị đa sự cố khơng lý tƣởng.....................................92
Hình 3.7: Đồ hình kết nối và ma trận nhu cầu của mẫu nhu cầu lƣới tồn phần...... 94
Hình 3.8: Đồ hình kết nối và ma trận nhu cầu của một mẫu nhu cầu hub đơn ........94
Hình 3.9: Đồ hình kết nối và ma trận nhu cầu của mẫu nhu cầu điều khiển kép .....95

Hình 3.10: Đồ hình kết nối và ma trận nhu cầu của một mẫu nhu cầu nút kề nút ... 95
Hình 3.11: Định tuyến các kênh hoạt động và bảo vệ ..............................................96
Hình 3.12: Các ring đơn hƣớng (a) và hai hƣớng (b) bảo vệ riêng kênh quang sử
dụng mẫu nhu cầu lƣới tồn phần. Các bƣớc sóng bảo vệ đƣợc in nét mảnh ...........97
Hình 3.13: OMS-DP Ring đơn hƣớng ở trạng thái hoạt động (a) và bảo vệ (b) sử
dụng mẫu nhu cầu lƣới toàn phần. Các bƣớc sóng bảo vệ đƣợc in nét mảnh ...........97
Hình 3.14: Các ring đơn hƣớng (a) và hai hƣớng (b) bảo vệ riêng kênh quang sử
dụng mẫu nhu cầu đơn hub. Các bƣớc sóng bảo vệ đƣợc in nét mảnh .....................98
Hình 3.15: Ring đơn hƣớng bảo vệ riêng sử dụng mẫu nhu cầu điều khiển kép...... 98
Hình 3.16: Ring hai hƣớng bảo vệ riêng kênh quang sử dụng mẫu nhu cầu điều
khiển kép với nút hub đƣợc đặt ở hai vị trí khác nhau .............................................99
Hình 3.17: Ring đơn hƣớng (a) và hai hƣớng (b) bảo vệ riêng kênh quang sử dụng
mẫu nhu cầu nút kề nút. Các bƣớc sóng bảo vệ đƣợc in nét mảnh .......................... 99
Hình 3.18: OMS-SPRing hai hƣớng với mẫu nhu cầu lƣới toàn phần, ở điều kiện
hoạt động (a) và bảo vệ (b). Các bƣớc sóng bảo vệ đƣợc in nét mảnh ...................100
Hình 3.19: Mơ tả phƣơng thức tính tải trên các chặng (đoạn sợi) của ring N nút...102
Hình 3.20: OMS-SPRing hai hƣớng với mẫu nhu cầu hub đơn. Các bƣớc sóng bảo
vệ đƣợc in nét mảnh, các chấm miêu tả các bƣớc sóng dành cho bảo vệ................102
Hình 3.21: Tổng quan về khả năng thực thi tín hiệu quản lý..................................107
Hình 3.22: Nguyên lý hoạt động của kênh OSC , EMF: chức năng quản lý phần tử,
MCF: chức năng trao đổi bản tin............................................................................ 108
Hình 3.23: Thực thi của nút OXC xử lý mào đầu quang đƣợc truyền tải trong các
byte mào đầu SOH chƣa cấp phát của tín hiệu SDH...............................................111
Hình 3.24: Cấu trúc gói OAPS................................................................................114


xviii

Hình 3.25: Báo hiệu và tƣơng tác giữa các thực thể bảo dƣỡng và các tầng trong
trƣờng hợp bị đứt cáp trên một đoạn liên kết WDM giữa các bộ khuyếch đại đƣờng

dây ......................................................................................................................... 117
Hình 3.26: Báo hiệu và tƣơng tác giữa các thực thể bảo dƣỡng và các tầng trong
trƣờng hợp bị đứt cáp trên một đoạn liên kết WDM giữa một bộ khuyếch đại đƣờng
dây và một OADM..................................................................................................118
Hình 3.27: Báo hiệu và tƣơng tác giữa các thực thể bảo dƣỡng và các tầng trong
trƣờng hợp bị đứt cáp trên một đoạn liên kết WDM sử dụng OLA, OXC, và
OADM
.................................................................................................................................119

Hình 4.1: Sơ đồ các tuyến cáp quang liên tỉnh và đƣờng trục quốc gia..............122
Hình 4.2: Cấu trúc phân cấp của mạng truyền dẫn đƣờng trục và liên tỉnh quốc
gia...
................................................................................................................................ 123
Hình 4.3: Cấu hình mạng truyền dẫn đƣờng trục của VTN ...................................125
Hình 4.4 : Các bƣớc sóng sử dụng trong mạng đƣờng trục 20 Gbit/s của VTN ....126

Hình 4.5 : Đƣờng đi của tín hiệu trong mạng DWDM ........................................127
Hình 4.6: Chế độ bảo vệ chuyển mạch SNCP trong mạng ..................................134
Hình 4.7: Cấu hình mạng đƣờng trục hai lớp, lớp trục chính gồm hai mạng chuỗi,
lớp khu vực gồm 14 ring con.................................................................................. 140
Hình 4.8: Cấu hình mạng đƣờng trục hai lớp, lớp trục chính gồm một mạng lƣới
sáu nút (áp dụng bảo vệ đồng thời cả hai phƣơng pháp SNCP 1:1 và kỹ thuật phủ
vịng),

lớp

khu

vực

gồm

14

con...................................................................................

ring
141

Hình 4.9: Lớp mạng trục chính cấu hình lƣới kết hợp cả bảo vệ SNCP 1+1 và bảo
vệ

theo

phƣơng

vịng.....................................................................................

pháp

phủ
142

Hình 4.10: Miêu tả việc sử dụng các thiết bị ADM, hoặc OPS tại các nút mạng đối
với từng trƣờng hợp kênh ảo cụ thể.........................................................................143


xix

Hình 4.11: Miêu tả bảo vệ riêng cho trƣờng hợp kênh ảo Hà Nội-Hồ Chí Minh ...144

Hình 4.12: Phục hồi mạng khi xảy ra sự cố đơn chặng Hà Nội-Vinh ....................145
Hình 4.13: Phục hồi mạng khi xảy ra sự cố kép chặng Hà Nội-Vinh, chặng Đà
Nẵng-BMT, và chặng Qui Nhơn-HCM ..................................................................146

MỞ ĐẦU
Trong vài thập kỷ gần đây, Công nghệ viễn thơng đã có sự phát triển bùng
nổ về dung lƣợng với nhiều loại hình dịch vụ phong phú đáp ứng mọi nhu cầu
truyền thông của xã hội ở nhiều cấp độ khác nhau. Xu hƣớng phát triển các công
nghệ và dịch vụ viễn thông băng rộng yêu cầu nâng cấp các đƣờng truyền dung
lƣợng cao. Nhu câu đó đã thúc đẩy việc triển khai các hệ thống truyền tải thông tin
quang dựa trên công nghệ WDM rộng khắp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam
nói riêng. Do những ƣu điểm nổi bật mà công nghệ này mang lại nhƣ tăng dung
lƣợng truyền tải thông tin trên sợi quang và là nên tảng để hƣớng tới mạng toàn
quang tƣơng lai.
Tuy nhiên, một vấn đề cần phải đặt ra khi triển khai mạng WDM là sự tiềm
ẩn những hiểm hoạ khôn lƣờng khi xảy ra sự cố tại tầng quang làm mất liên lạc rất
nhiều lƣu lƣợng, gây hậu quả nghiêm trọng cho hoạt động thơng tin của tồn doanh
nghiệp và xã hội. Do vậy ngƣời ta cần có các giải pháp bảo vệ và phục hồi mạng
lƣới hữu hiệu nhằm duy trì hoạt động liên tục của mạng trƣớc các sự cố.
Song song với việc mở rộng dịch vụ thì vấn đề chất lƣợng dịch vụ (Quanlity
of Service - QoS) ngày càng đƣợc quan tâm nhiều hơn. Nhà cung cấp dịch vụ có


xx

trách nhiệm phải tổ hợp các tham số chất lƣợng mạng khác nhau thành một bộ chỉ
tiêu để vừa đảm bảo các lợi ích kinh tế của mình đồng thời thoả mãn một cách tốt
nhất cho ngƣời sử dụng dịch vụ. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng mạng đƣợc sử
dụng phổ biến nhƣ: độ tin cậy, độ khả dụng, hiệu suất sử dụng, độ duy trì...
Thơng thƣờng ngƣời ta có thể ƣớc lƣợng thống kê đƣợc độ tin cậy của các

thành phần thiết bị rồi từ đó tính đƣợc độ tin cậy của một khối chức năng hay một
cấu trúc khối hệ thống. Thống kê đƣợc độ khả dụng của các nút và các chặng rồi từ
đó tính đƣợc độ khả dụng của một tuyến dịch vụ cụ thể. Nhƣng rất khó đánh giá
chính xác độ tin cậy hay độ khả dụng của tồn mạng. Bởi vì việc đánh giá đƣợc độ
tin cậy của một cấu trúc khối hệ thống và độ khả dụng của một tuyến dịch vụ trong
điều kiện mạng hoạt động bình thƣờng chƣa thể đảm bảo đƣợc khả năng duy trì các
dịch vụ cho khách hàng trong những điều kiện mạng bị sự cố. Do vậy cần thiết phải
chuyển sang phép đo độ duy trì để phân tích đánh giá khả năng duy trì chức năng
cung cấp dịch vụ của mạng thì phù hợp với thực tiễn hơn [2, 3, 7, 11, 19, 21, 22].
“Độ duy trì của mạng được xác định bằng tỷ lệ lưu lượng (traffic), dung
lượng (capacity) hoặc số lượng các kết nối (connections) cịn giữ lại được, được
duy trì và hồi phục khi xảy ra sự cố so với trước khi xảy ra sự cố hỏng hóc.”
Để đảm bảo khả năng hồi phục các sự cố mạng, ta phải áp dụng các kỹ thuật
duy trì mạng đƣợc thực hiện ở hai pha: pha một thiết kế mạng có khả năng duy trì,
pha hai thực hiện hồi phục mạng và dịch vụ khi xảy ra sự cố. Thiết kế mạng có khả
năng duy trì là sự kết hợp các chiến lƣợc duy trì trong pha thiết kế mạng nhằm
chống lại sự tác động của các kịch bản sự cố giả thiết xảy ra ở mức hệ thống. Hồi
phục mạng là định tuyến lại các luồng lƣu lƣợng bị ảnh hƣởng bởi sự cố để truyền
trên các tuyến dự phòng đã đƣợc dự trữ đủ dung lƣợng dự phòng ở pha thiết kế
mạng
Luận văn sử dụng lý thuyết độ duy trì của mạng và dịch vụ làm cơ sở khoa
học cho các kỹ thuật hồi phục mạng thông tin quang WDM. Mục tiêu của luận văn
nhằm nghiên cứu các kịch bản hồi phục trên các cấu trúc tơpơ mạng WDM điển
hình, và các kỹ thuật liên quan để thực thi các kỹ thuật hồi phục trên mạng thông


xxi

tin quang WDM. Sau đó áp dụng vào mạng thơng tin quang WDM đƣờng trục
quốc gia nhằm tìm ra những giải pháp phù hợp tăng cƣờng khả năng hồi phục cho

mạng.
Cấu trúc luận văn đƣợc chia thành bốn chƣơng:
– Chƣơng 1: trình bày lý thuyết độ duy trì của mạng và dịch vụ viễn thông bao
gồm các vấn đề cơ bản của độ duy trì, các kỹ thuật duy trì mạng, các tham số đánh
giá độ duy trì; sau đó xem xét độ duy trì trong mạng thơng tin quang WDM
– Chƣơng 2: trình bày các kịch bản hồi phục trong những cấu trúc tơpơ mạng
WDM điển hình, sau đó phân tích độ tin cậy và độ khả dụng của các cấu trúc mạng.
– Chƣơng 3: trình bày các kỹ thuật liên quan để để thực thi các kỹ thuật hồi
phục trên mạng thông tin quang WDM bao gồm các kỹ thuật chuẩn đoán và tách
lỗi, kỹ thuật phân bổ lƣu lƣợng hồi phục mạng, kỹ thuật điều khiển và trao đổi
thơng tin hồi phục mạng.
– Chƣơng 4: trình bày về mạng thông tin quang đƣờng trục quốc gia nhằm tìm
ra những giải pháp phù hợp tăng cƣờng khả năng hồi phục cho mạng.
Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho những
ngƣời làm công tác quy hoạch thiết kế và vận hành khai thác mạng WDM.


1

Chương 1: Lý thuyết độ duy trì của mạng và dịch vụ viễn thơng
1.1.

GIỚI THIỆU
Nhằm giảm chi phí đầu tư ban đầu và tăng hiệu suất sử dụng các phương

tiện truyền thông đắt đỏ, các mạng viễn thông được xây dựng trên nguyên tắc chia
sẻ tài nguyên để đáp ứng mọi nhu cầu khai thác các dịch vụ truyền thông của xã hội
ở nhiều cấp độ khác nhau. Song song với việc mở rộng dịch vụ thì vấn đề chất
lượng dịch vụ (Quanlity of Service – QoS) ngày càng được quan tâm nhiều hơn và
trở thành một vũ khí cạnh tranh thiết yếu của các nhà cung cấp dịch vụ.

QoS được xác định bằng các chỉ tiêu định tính và định lượng. Chỉ tiêu định
tính thể hiện mức độ hài lòng của khách hàng, còn chỉ tiêu định lượng được thể
hiện bằng các số liệu đo cụ thể. Mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ là
những cảm nhận của khách hàng về thực hiện dịch vụ ở các mặt: hỗ trợ dịch vụ,
khai thác dịch vụ, mức độ an toàn dịch vụ, và khả năng phục vụ. Trong đó khả năng
phục vụ là phần phụ thuộc vào đặc tính mạng nhiều nhất và bao gồm: khả năng truy
nhập tới dịch vụ, khả năng duy trì dịch vụ, và mức độ hoàn hảo của dịch vụ.
Mặt khác, khách hàng ln mong muốn nhà cung cấp dịch vụ có sự công
nhận cụ thể về chất lượng của các dịch vụ mà họ cung cấp. Theo quan điểm của
nhà cung cấp dịch vụ, khái niệm chất lượng mạng là một chuỗi tham số mạng có
thể được xác định, được đo và được điều chỉnh để đạt mức độ hài lòng của người
sử dụng về chất lượng dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có trách nhiệm tổ hợp các
tham số chất lượng mạng khác nhau thành một bộ chỉ tiêu để vừa đảm bảo các lợi
ích kinh tế của mình đồng thời thoả mãn một cách tốt nhất cho người sử dụng dịch
vụ.
Ta có thể hiểu việc đánh giá chất lượng mạng chính là đánh giá các chỉ tiêu,
các thơng số kỹ thuật có liên quan tới khả năng truyền thông tin của mạng với các
chủng loại thiết bị thuộc mạng đó. Các chỉ tiêu được sử dụng phổ biến như: độ tin
cậy, độ khả dụng, hiệu suất sử dụng, độ duy trì... Luận văn sử dụng lý thuyết độ


2

duy trì của mạng và dịch vụ làm cơ sở khoa học cho các kỹ thuật hồi phục mạng
thông tin quang WDM.
1.1.1. Một số khái niệm liên quan đến chất lượng mạng
1.1.1.1. Độ tin cậy (reliability)
Khái niệm về độ tin cậy gồm có: độ tin cậy thành phần, độ tin cậy dịch vụ,
độ tin cậy đầy đủ; chúng được đặc trưng bằng các tham số mang tính thống kê và
được tính tốn bằng phương pháp ước lượng gần đúng.

Theo ITU-T (E.800) định nghĩa “độ tin cậy của một đối tượng là xác suất
mà đối tượng có thể thực hiện chức năng yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất
định dưới những điều kiện làm việc xác định” [7]. Hay R(t) là xác suất để khơng có
sự cố nào xảy ra trong khoảng thời gian [0,t). Nếu T là thời gian thực hiện thì:
Rt   Pr T  t

(P.1.1)

R(t) là hàm thời gian t với những tính chất sau :
R0  1
 0  t1  t 2 R t 1   R t 2 

(P.1.2)

R   0

Các tham số cơ bản để đánh giá độ tin cậy gồm có: hàm tin cậy hay xác suất
làm việc khơng hỏng R(t), xác suất hỏng Q(t), mật độ xác suất hỏng f(t), tỷ lệ hỏng

(t), thời gian trung bình giữa các sai hỏng MTBF, thời gian trung bình dành cho
sửa chữa MTTR (phụ lục A.1). Người ta thường áp dụng các tham số này để tính độ
tin cậy của một khối chức năng. Trong luận văn này tôi áp dụng tính độ tin cậy của
một số cấu trúc bảo vệ mạng (mục 2.2).
Nếu xét trên quan điểm dịch vụ thì độ tin cậy được định nghĩa như sau: “độ
tin cậy dịch vụ RS là xác xuất có điều kiện để hệ thống thực sự có khả năng tích luỹ
đủ thời gian để thực hiện r đơn vị thời gian mà dịch vụ s yêu cầu, với giả thiết hệ
thống đã khởi động dịch vụ s ở thời điểm t”.
Độ tin cậy đầy đủ được định nghĩa như sau: “độ tin cậy đầy đủ là xác xuất
có điều kiện của một kết nối c yêu cầu r đơn vị thời gian để hoàn tất việc lưu

3

chuyển thơng tin, được mạng hồn tất ở thời điểm t’ t+r, với giả thiết kết nối c
được mạng chấp nhận ở thời điểm t”.
Nói chung ta rất khó đánh giá cụ thể độ tin cậy dịch vụ và độ tin cậy đầy đủ
nên phải sử dụng các công cụ tính tốn khác như độ khả dụng của dịch vụ, độ duy
trì của mạng, hiệu suất sử dụng thiết bị [2, 7].
Ý nghĩa thực tế của việc đánh giá độ tin cậy nhằm xây dựng bộ chỉ tiêu kỹ
thuật trong các tài liệu chào thầu, đấu thầu cung cấp thiết bị để đánh giá chất
lượng và giá thành thiết bị; lập kế hoạch đầu tư, quản lý khai thác: xác định thời
gian trung bình cho sửa chữa và chu kỳ bảo dưỡng phù hợp, thời gian khấu hao cho
mỗi thiết bị cần nhỏ hơn hoặc bằng MTBF, số lượng dự trữ thiết bị [2].
1.1.1.2. Độ khả dụng (availability)
Theo khuyến nghị M.60 (1988) và G.911 (1993) của ITU-T định nghĩa “độ
khả dụng của một đối tượng là trạng thái thực hiện chức năng yêu cầu tại thời điểm
bất kỳ trong khoảng thời gian quy định”. Độ khả dụng (A) phụ thuộc vào độ tin cậy
của thiết bị và hoạt động bảo dưỡng thiết bị [7].
A = P {hệ thống đang ở trạng thái hoạt động tại thời điểm t}

(P.1.3)

Giả sử trong chu kỳ quan sát có N lần bị sự cố, TTF(i) là khoảng thời gian
giữa hai sự cố liên tiếp thứ i-1 và thứ i, TTR(i) là khoảng thời gian để sửa chữa sự
cố thứ i, MTTR là thời gian trung bình dành cho sửa chữa,  = 1/MTTR là tốc độ
sửa chữa và  = 1/MTTF là cường độ hỏng (phụ lục A.1).
N

A

 TTFi 
i 1

Tobs

N



 TTFi 
i 1

N

N

i 1

i 1

 TTFi    TTRi 




MTTF

MTTF  MTTR   

(P.1.4)

Các tham số cơ bản để đánh giá độ khả dụng như: hàm độ khả dụng A(t), độ
không khả dụng U = 1 - A, độ tổn thất liên lạc trung bình ELT (expected loss of
traffic), xác suất để bị n lần ngừng chạy trong 1 năm (phụ lục A.1).
Khi xem xét vấn đề độ khả dụng trong mạng viễn thơng, ta rất khó đánh giá
được độ khả dụng tổng thể của cả một hệ thống mạng viễn thông nhưng nếu đứng


4

từ quan điểm của khách hàng thì sẽ có những đối tượng gần gũi hơn. Ví dụ khách
hàng muốn thuê một kết nối từ một mạng có độ khả dụng là 0,95 hay 0,999 thì độ
khả dụng của dịch vụ được cung cấp sẽ tiến tới độ đo mức khả dụng của tuyến dịch
vụ đó; nó phụ thuộc vào chiều dài của tuyến hay cụ thể là các chặng và các nút mà
tuyến đó đi qua.
1.1.1.3. Sự cần thiết của phép đo độ duy trì
Phần trên đã nêu lên các khái niệm độ tin cậy và độ khả dụng, chúng có liên
hệ gần gũi với nhau nhưng khơng bị trùng lặp. Trong một khoảng thời gian nhất
định, dưới điều kiện làm việc xác định, độ tin cậy đặc trưng cho khả năng có thể
thực hiện chức năng yêu cầu của đối tượng; độ khả dụng đặc trưng cho trạng thái
thực hiện chức năng yêu cầu của đối tượng [2, 7].
Thông thường người ta có thể ước lượng thống kê được độ tin cậy của các
thành phần thiết bị rồi từ đó tính được độ tin cậy của một khối chức năng hay một
cấu trúc khối hệ thống. Thống kê được độ khả dụng của các nút và các chặng rồi từ
đó tính được độ khả dụng của một tuyến dịch vụ cụ thể. Nhưng rất khó đánh giá
chính xác độ tin cậy hay độ khả dụng của toàn mạng. Bởi vì việc đánh giá được độ
tin cậy của một cấu trúc khối hệ thống và độ khả dụng của một tuyến dịch vụ trong
điều kiện mạng hoạt động bình thường chưa thể đảm bảo được khả năng duy trì các
dịch vụ cho khách hàng trong những điều kiện mạng bị sự cố. Do vậy cần thiết phải
có một phép đo khác để phân tích đánh giá khả năng duy trì chức năng cung cấp

dịch vụ của mạng thì phù hợp với thực tiễn hơn [2, 3, 7, 11, 19, 21, 22].
Cùng với sự ra đời của các công nghệ và dịch vụ viễn thông băng rộng, với
các đường truyền dung lượng cao, thì sự cố hỏng hóc của chỉ một liên kết đơn thơi
là đã có thể dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng, trong các trường hợp như vậy
người ta cần quan tâm đến khả năng duy trì, bảo vệ và hồi phục thông tin của mạng
lưới. Từ nhu cầu đó việc đánh giá độ duy trì (survivability) đã được nhiều tổ chức
nghiên cứu viễn thông khác nhau trên thế giới quan tâm và nhanh chóng trở thành
một trong những vấn đề quan trọng nhất của mạng viễn thông hiện đại.