Thiết kế mô hình bảo vệ cho hệ thống wdm pon kết hợp truyền peer to peer

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

----------

TRẦN VĂN VIỆT

THIẾT KẾ MƠ HÌNH BẢO VỆ CHO HỆ THỐNG WDM-PON
KẾT HỢP TRUYỀN PEER-TO-PEER

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2012

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-------------------------------------

-----------------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: ........................................................... MSHV: ................................
Ngày, tháng, năm sinh: .................................................. Nơi sinh: .............................
Chuyên ngành: .............................................................. Mã số: .................................

I. TÊN ĐỀ TÀI: ..........................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ....................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …...………………...................................................
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …………………...................................
IV. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: .....................................................................................

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

Tp. HCM, ngày . . . .tháng.. . . năm 20....
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Phạm Quang Thái

TRƢỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)

i


LỜI CẢM ƠN
Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS. Phạm Quang Thái, thầy đã
hết sức tạo điều kiện, tận tình giúp đỡ, động viên, chỉ bảo cho em trong quá trình
thực hiện luận văn này. Qua những buổi hƣớng dẫn và giảng dạy của Thầy em đã

tiếp thu đƣợc rất nhiều kiến thức và từ đó có hƣớng thực hiện và hồn thành luận
văn của mình.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong Bộ môn Điện Điện Tử
Viễn Thông – Khoa Điện – Điện Tử đã chỉ bảo, dạy dỗ, truyền đạt cho em kiến thức
trong suốt khóa học.
Nhƣng do kiến thức cịn có hạn nên báo cáo khơng tránh khỏi những thiếu sót,
vậy nên em kính mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ để em tích
lũy thêm kiến thức, kinh nghiệm, để luận văn ngày càng hồn thiện hơn.

TP. Hồ Chí Mình, ngày 30 tháng 11 năm 2012
Học viên

Trần Văn Việt

ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn đƣợc bố cục trong 4 chƣơng trong đó:
Chƣơng 1: Nêu tổng quan hệ thống WDM-PON, nêu phƣơng pháp thực hiện luận
văn cũng nhƣ lý do chọn đề tài, những phân tích tổng quan về cơng nghệ truyền
dẫn, cơng nghệ mạng PON, phân tích ƣu và nhƣợc điểm của mạng PON. Chƣơng 1
nêu rõ lý do phải thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống WDM-PON cũng nhƣ những
lợi ích khi thiết kế mơ hình truyền P2P trên hệ thống WDM-PON.
Chƣơng 2: Nêu và phân tích tổng quan các nghiên cứu, triển khai thực tế, các mơ
hình bảo vệ cũng nhƣ truyền P2P trên hệ thống WDM-PON. Qua phân tích những
bài báo, các mơ hình bảo vệ và truyền P2P trên hệ thống WDM-PON từ đó nêu ra
đƣợc ƣu và nhƣợc điểm của hệ thống đã đề xuất từ đó đề xuất hƣớng thiết kế tối ƣu
hơn.
Chƣơng 3: Là phần thiết kế mơ hình bảo vệ và truyền P2P trên hệ thống WDMPON. Trong chƣơng này đƣa ra mơ hình phân tích các thơng số về thời gian chuyển

mạch của hệ thống bảo vệ và phân tích quỹ cơng suất trong truyền P2P. Phân tích
khả năng mở rộng mạng, khả năng đáp ứng của mô hình thiết kế khi số lƣợng user
tăng lên. Những đánh giá và kết quả của luận văn đƣợc mô phỏng bằng phần mềm
Optisystem.
Chƣơng 4: Là phần kết luận và nêu ra hƣớng phát triển của đề tài.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi,
khơng sao chép của bất kỳ ai, đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của Tiến
sĩ Phạm Quang Thái.
Các số liệu, các kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này hồn
tồn trung thực, luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu đƣợc đăng tải trên
các hội nghị, tạp chí, bài báo và trang web đƣợc đề cập trong mục tài liệu tham khảo
của luận văn.
Học viên

Trần Văn Việt

iv


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................iii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... iv
MỤC LỤC ........................................................................................................................ v

DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ xi
1. Giới thiệu tổng quan .................................................................................................... 1
1.1. Giới thiệu mạng WDM-PON ............................................................................ 1
1.2. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 4
1.3. Mục đích nghiên cứu đề tài ............................................................................... 4
1.4. Phạm vi và phƣơng thức nghiên cứu của đề tài................................................. 7
1.5. Những đóng góp của luận văn ........................................................................... 9
1.6. Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................... 10
2. Phân tích mạng WDM-PON các mơ hình bảo vệ và truyền P2P.............................. 11
2.1. Giới thiệu mạng WDM-PON .......................................................................... 11
2.1.1. Sợi quang … ......................................................................................... 12
2.1.2. Bộ chia công suất quang coupler … ..................................................... 13
2.1.3. OLT Optical line terminal …................................................................ 15
v


2.1.3.1. Phần lõi OLT …...................................................................... 15
2.1.3.2. Phần dịch vụ OLT … .............................................................. 16
2.1.3.3. Phần chung OLT … ................................................................ 17
2.1.4. Đơn vị mạng quang ONU Optical network unit … .............................. 17
2.1.4.1. Phần lõi ONU …..................................................................... 17
2.1.4.2. Phần dịch vụ ONU … ............................................................. 18
2.1.4.3. Phần chung ONU … ............................................................... 19
2.1.5. ODN … ................................................................................................. 19
2.2. Giới thiệu các mơ hình bảo vệ trong mạng WDM-PON ................................. 20
2.2.1. Bảo vệ riêng … ..................................................................................... 20
2.2.2. Bảo vệ chia sẻ ……… ......................................................................... 21
2.2.3. Bảo vệ đoạn ghép kênh quang ……… ................................................. 22

2.2.4. Bảo vệ kênh quang ……… ................................................................... 22
2.2.5. Bảo vệ 1:1……… ................................................................................. 23
2.2.6. Bảo vệ 1:N ……… ............................................................................... 24
2.3. Những điểm cần lƣu ý trong bảo vệ và phục hồi mạng WDM-PON .............. 24
2.3.1. Bảo vệ và phục hồi ………................................................................... 25
2.3.2. Mơ hình mạng ……… .......................................................................... 25
2.3.3. Đặc điểm mơ hình mạng ……… .......................................................... 26
2.3.4. Tài nguyên mạng cần bảo vệ ……… ................................................... 26
2.3.5. Số lỗi cần bảo vệ trên hệ thống mạng WDM-PON ……… ................. 27
vi


2.3.6. Tự động chuyển mạch bảo vệ ……… .................................................. 27
2.3.7. Hoạt động và quản lý mạng ……… ..................................................... 28
2.3.8. Thời gian phục bảo vệ ……… ............................................................. 28
2.3.9. Tối ƣu hệ thống ……… ........................................................................ 28
2.4. Các mơ hình bảo vệ trong mạng WDM-PON ................................................. 28
2.4.1. Mơ hình tree … ..................................................................................... 29
2.1.4.1. Mơ hình bảo vệ 1:1… ............................................................. 30
2.1.4.2. Mơ hình bảo vệ 1:N … ........................................................... 32
2.4.2. Mơ hình ring ……… ............................................................................ 36
2.4.3. Phƣơng thức bảo vệ kết hợp tree-ring ……… ..................................... 38
2.4.4. Mơ hình bảo vệ kết hợp C+L band ……… .......................................... 41
2.4.5. Mơ hình bảo vệ sử dụng bộ lọc thích nghi ……… .............................. 43
2.5. Truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON ................................................... 46
2.6. Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................... 49
3. Thiết kế mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON kết hợp truyền P2P ....................... 51
3.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 51
3.2. Hoạt động của mạng WDM-PON ................................................................... 51
3.2.1. Khối trung tâm điều khiển mạng CO … ............................................... 52

3.2.2. Khối thiết bị ngƣời dùng ONU ……… ................................................ 54
3.2.3. Khối truy nhập mạng RN … ................................................................. 55
3.3. Mơ hình và hoạt động bảo vệ trong mạng WDM-PON .................................. 56
vii


3.3.1. Bảo vệ đƣờng truyền chung „Feeder fiber‟… ....................................... 57
3.3.2. Mơ hình bảo vệ cho đƣờng truyền „ Distribution fiber‟… ................... 59
3.3.3. Kết quả mô phỏng trong bảo vệ mạng WDM-PON … ........................ 60
3.3.4. Thời gian trễ chuyển mạch trong mơ hình bảo vệ mạng WDM-PON
…..................................................................................................................... 61
3.4. Truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON ................................................... 62
3.4.1. Cấu tạo ONU trong trƣờng hợp truyền peer-to-peer … ....................... 64
3.4.2. Bộ chuyển mạch chéo OXC …............................................................. 64
3.4.3. Khối tách ghép kênh trong truyền peer-to-peer … ............................... 67
3.4.4. So sánh ƣu và nhực điểm của phƣơng pháp truyền peer-to-peer đề
xuất và những phƣơng pháp khác … .............................................................. 69
3.4.5. Thiết kế quỹ công suất cho hệ thống … ............................................... 71
3.4.6. Mở rộng mạng peer-to-peer … ............................................................. 75
3.5. Kết luận chƣơng 3 ........................................................................................... 79
4. Kết luận và kiến nghị hƣớng phát triển tiếp theo ...................................................... 80
4.1. Kết luận............................................................................................................ 80
4.2. Kiến nghị hƣớng phát triển tiếp theo ............................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 82

viii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của WDM-PON ..................................................................... 2

Hình 1.2. Cấu trúc sử dụng laser điều khiển đƣợc tại ONU ............................................ 3
Hình 1.3. Mơ hình truyền peer-to-peer ............................................................................ 6
Hình 1.4. Mơ hình Bảo vệ cho mạng WDM-PON kết hợp truyền P2P ........................... 7
Hình 2.1. Mơ hình tổng quát mạng WDM-PON............................................................ 11
Hình 2.2. Cấu tạo sợi quang ........................................................................................... 12
Hình 2.3. Cấu hình đơn giản của Coupler (a) chia công suất (b) nghép công suất (c)
ghép tách kênh quang ..................................................................................................... 13
Hình 2.4. Star coupler với 8 ngõ vào và 8 ngõ ra .......................................................... 14
Hình 2.5. (a) Coupler 4 ngăn 8x8 (b) Coupler 3 ngăn 8x8 ............................................ 14
Hình 2.6. Mơ hình OLT ................................................................................................. 15
Hình 2.7. Các khối chức năng trong OLT ...................................................................... 16
Hình 2.8. Các khối chức năng trong ONU ..................................................................... 18
Hình 2.9. Các giao diện quang ....................................................................................... 19
Hình 2.10. Hệ thống WDM cấu hình đƣờng thẳng chuyển mạch bảo vệ 1+1 ............... 23
Hình 2.11. Mạng lƣới WDM bảo vệ chia sẻ 1:N ........................................................... 24
Hình 2.12. Mơ hình switch bảo vệ theo khuyến nghị ITU-T G.983.1 ........................... 29
Hình 2.13. Mơ hình bảo vệ khi lỗi xẩy ra tại hai điểm trên đƣờng truyền quang .......... 30
Hình 2.14. Mơ hình bảo vệ cho dây dẫn quang từ CO tới RN....................................... 31
Hình 2.15. Mơ hình bảo vệ switch tại ONU .................................................................. 32

ix


Hình 2.16. Mơ hình bảo vệ switch tại OLT ................................................................... 33
Hình 2.17. Mơ hình 1:N với (N=2) ................................................................................ 34
Hình 2.18. (a) Mơ hình switch tại OLT (b) Mơ hình switch tại ONU ........................... 35
Hình 2.19. (a) CWDM (b) & (c) mơ hình chi tiết phƣơng pháp vảo vệ ........................ 37
Hình 2.20. (a) mơ hình bảo vệ star-shaped ring (b) sơ đồ bƣớc sóng (c) bƣớc sóng
bảo vệ khi một điểm bị đứt ............................................................................................ 38
Hình 2.21. (a) Lỗi xẩy ra tại fiber (b) kết nối chéo trong bộ AWG ............................... 39

Hình 2.22. Các trƣờng hợp lỗi xẩy ra trong mơ hình đƣa ra .......................................... 40
Hình 2.23. Mơ hình bảo vệ trong mạng WDM PON khi đƣờng truyền quang bị đứt ... 41
Hình 2.24. Mơ hình bảo vệ tại RN và ONU .................................................................. 43
Hình 2.25. (a) cấu trúc Rn, (b) lọc băng tần................................................................... 44
Hình 2.26. Mơ hình ONU .............................................................................................. 45
Hình 2.27. (a) Đƣờng lên của mạng WDM/TDM PON hỗ trợ P2P, (b) là cấu tạo của
US và (c) là cấu tạo của DS trong module CCS. ........................................................... 47
Hình 2.28. So sánh quãng đƣờng của tín hiệu P2P khi có và khơng có khối CCS ........ 49
Hình 3.1. Mơ hình Mạng WDM-PON ........................................................................... 51
Hình 3.2. Sơ đồ thu phát tại trung tâm mạng CO .......................................................... 53
Hình 3.3. Cấu tạo bộ thu và phát tín hiệu quang tại CO ................................................ 53
Hình 3.4. Sơ đồ cấu tạo khối ONU ................................................................................ 54
Hình 3.5. Khối truy nhập mạng RN ............................................................................... 56
Hình 3.6. Mơ hình mạng WDM-PON trong trạng thái hoạt động bảo vệ ..................... 57

x


Hình 3.7. Mơ hình bảo vệ đƣờng truyền quang “feeder fiber” ...................................... 58
Hình 3.8. Mơ hình bảo vệ cho sợi quang “Distribution fiber”. ...................................... 59
Hình 3.9. (a) BER trƣớc khi chuyển mạch bảo vệ (b) BER sau khi chuyển mạch bảo
vệ .................................................................................................................................... 60
Hình 3.10. Mơ hình truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON .................................. 62
Hình 3.11. Cấu trúc ONU trong truyền peer-to-peer. .................................................... 64
Hình 3.12 Mơ hình chuyển mạch NxN .......................................................................... 65
Hình 3.13. Mơ hình bộ chuyển mạch 16x16 dùng Switch 2x2...................................... 66
Hình 3.14. Mơ hình chuyển mạch 4x4 ........................................................................... 67
Hình 3.15. Sơ đồ tách ghép bƣớc sóng λP2P ................................................................... 68
Hình 3.16. (a) Đƣờng lên của mạng WDM/TDM PON hỗ trợ P2P, (b) là cấu tạo của
US và (c) là cấu tạo của DS trong module CCS ............................................................ 69

Hình 3.17. Kết quả BER với mơ hình peer-to-peer 3 ONU........................................... 76
Hình 3.18. Biểu đồ suy hao tƣơng ứng với số ONU ...................................................... 78

xi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng phân bổ bƣớc sóng cho ONU ............................................................... 34
Bảng 3.1. Thống kê thời gian trễ thiết bị ....................................................................... 61
Bảng 3.2. So sánh số lƣợng và giá thành thiết bị ........................................................... 70
Bảng 3.3. Tổng hợp suy hao thiết bị .............................................................................. 73
Bảng 3.4. Tỷ lệ lỗi bít BER ............................................................................................ 76

xii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

A/D

Analog-to-Digital

AN

Access Node

ASP

Automatic Protection Switching

ATM

Asynchronous Transfer Mode

AWG

Arrayed Waveguide Grating

BPON

Broadband Passive Optical network

CCS

Channel Combine/Splitting

CCP

C-band coupler

CP

Optical Coupler

CO

Central Office

CWDM

Coarse wavelength division multiplexing

D/A

Digital-to-Analog

DEMUX

Demultiplexer

DS

Downstream

DPSK

Differential Phase Shift Keying

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

EM

Electroabsorption Modulator

EPON

Ethernet Passive optical Network

FF

Feeder Fiber

FTTx

Fiber-to-the-x

GPON

Gigabit Passive Optical Network

HDTV

High Definition Television

IPTV

Internet Protocol Television

ITU-T

International Telecommunication Union

LCP

L-band coupler

LD

Laser Diode
xiii


MUX

Multiplexer

MZM

Mach-Zehnder Modulator

OADM

Optical add/drop Multiplexer

OAM

Operation, Administration, and

Management

OCh Optical Channel

OCh-DPRing

Optical Channel-Dedicated Protection
Ring

ODN

Optical Distribution Network

OLT

Optical Line Terminator

OMS

Optical Multiplex Section

OMS-DPRing

Optical Multiplex Section -Dedicated

ONU

Optical Network Unit

OSW

Optical Switch

OXC

Optical Cross Connect

P2P

Peer To Peer

PD

Photodiode

PON

Passive Optical Network

RN

Remote Node

Rx

Receiver

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

SNR

Signal-to-Noise Ratio

SPF

Sender Policy Framework

SOA

Semiconductor Optical Amplifier

TDM

Time Division Multiplexing

TDMA

Time Division Multiple Access

TLD

Tunable Laser Diode

TPON

Telephony Passive Optical Network

TU

Tributary Unit

Tx

Transmitter

UNI

User Network Interface
xiv


US

Upstream

VDSL

Very-High-Bit rate Digital Subscriber
Line

VP

Virtual Path

WC

WDM coupler

WDM

Wavelength Division Multiplexing

WS

Switch

xv


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

Chƣơng 1
Gới thiệu tổng quan
1.1 Giới thiệu mạng WDM-PON
Passive optical networks (PONs) trong những năm gần đây đang thu hút
nhiều những cơng trình nghiên cứu và hứa hẹn sẽ mang lại cho khách hàng dịch vụ
băng thông rộng với quy mô lớn. Trong những đặc trƣng của mạng PON, dịch vụ
đƣợc truyền từ OLT tại trung tâm điều khiển (CO) đƣợc truyền tải trên các đƣờng
truyền tải quang “feeder fiber” với khoảng cách từ 15-20 km, trƣớc khi công suất
quang đƣợc chia vào trong các “distribution fibers” thông qua bộ chia công suất
quang tại RN. Mỗi “distribution fiber” thƣờng có chiều dài nhỏ hơn 5 km, có chức
năng chuyển dịch vụ từ CO tới ONU, tại đây thì đƣờng truyền quang kết thúc, trƣớc
khi truyền dịch vụ tới từng khách hàng thông qua các chuẩn giao tiếp khác nhau ví
dụ nhƣ truyền tín hiệu trên dây đồng tới từng user. Với hệ thống truy cập quang sâu
rộng, chi phí của mạng PON là thấp và mang tính cạnh tranh cao. Đặc điểm của
mạng PON là mạng truy cập thụ động, và những chi phí về vận hành cũng nhƣ triển
khai giảm nhẹ, ngoài ra cả RN và ONU có cấu trúc khơng phức tạp và chi phí thấp.
Với sự phổ biến sâu rộng của Internet và những dịch vụ truyền thông đa
phƣơng tiện hiện tại thông thƣờng mạng PON sẽ truyền tải hai loại tín hiệu băng
rộng và chúng làm ảnh hƣởng lên nhau. Băng thông truy cập dịch vụ băng thông
rộng của những tổ chức hay cá nhân tăng mạnh và những dịch vụ truyền tải trên

mạng PON ngày càng phong phú và yêu cầu tốc đô cao. Những chuẩn cho mạng
PON đƣợc đƣa ra nhƣ B-PON [2], E-PON [2], và G-PON [3] đã đƣợc triển khai
rộng rãi nhằm cung cấp thêm nhiều tính năng cho truy cập dữ liệu. Với việc thời
điểm hiện tại khi mà giá thành các thiết bị quang đã hạ thấp, mạng PON xây dựng
trên nền WDM hứa hẹn là một thế hệ mới trong hệ thống truyền dẫn quang trong
tƣơng lai.

Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
1


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

Công nghệ mạng quang thụ động PON [1] cịn đƣợc hiểu là mạng cơng nghệ
quang truy nhập giúp tăng cƣờng kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung
cấp dịch vụ và ngƣời sử dụng. Cơng nghệ PON đƣợc biết tới đầu tiên đó là TPON
(Telephony PON) đƣợc triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng
BPON (Broadband PON) đƣợc chuẩn hóa dựa trên nền ATM. Hai năm 2003 và
2004 đánh dấu sự ra đời của hai dịng cơng nghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit
PON (GPON), có thể nói hai cơng nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp
dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới ngƣời sử dụng
đầu cuối. Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON (Wavelength
Division Multiplexer PON). Trong mạng WDM-PON mỗi ONU đƣợc cấp riêng một
bƣớc sóng kết nối tới OLT, mỗi ONU riêng biệt sẽ có những khoảng băng thơng
dành riêng. Nhƣ vậy dung lƣợng của hệ thống cũng nhƣ sự linh hoạt của hệ thống

đƣợc cải thiện rất nhiều.
Cấu trúc của WDM-PON đƣợc mơ tả nhƣ trong Hình 1.1. Trong đó, WDMPON có thể đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau nhƣ là FTTx, các ứng
dụng cho đƣờng dây thuê bao số tốc độ rất cao VDSL và các điểm truy nhập vô
tuyến từ xa. Các bộ thu WDM-PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn
sóng. Một bộ lọc quang ống dẫn sóng có thể đƣợc đặt ở mơi trƣờng trong nhà hoặc
ngồi trời.

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của WDM-PON
Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
2


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển đƣợc hoặc là một mảng bộ
thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn đề khó khăn cho các
nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bƣớc sóng của ONU thay vì chỉ có một loại
ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bƣớc sóng Laser của nó. Mỗi ONU sẽ sử
dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển đƣợc cho nên rất đắt tiền. Mặc khác,
nếu một bƣớc sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng PON,
ngày nay khi giá thành của thiết bị truyền dẫn quang ngày càng hạ, vấn đề lựa chọn
thiết bị khơng cịn là khó khăn lớn trong triển khai các giải pháp trên mạng WDMPON, việc sử dụng Laser điều khiển có thể khắc phục đƣợc vấn đề này hình 1.2 mơ
tả cấu trúc sử dụng laser điều khiển tại ONU.

Hình 1.2 Cấu trúc sử dụng laser điều khiển đƣợc tại ONU

Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
3


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

Ƣu điểm chính của WDM-PON là nó có khả năng cung cấp các dịch vụ dữ
liệu theo các cấu trúc khác nhau nhƣ (DS1/E1/DS3, 10/100/1000 Base Ethernet) tùy
theo yêu cầu về băng thông của khách hàng. Tuy nhiên, nhƣợc điểm chính của
WDM-PON là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những
bƣớc sóng khác nhau. WDM-PON cũng đƣợc triển khai kết hợp với các giao thức
TDMA PON để cải thiện băng thông truyền tin. WDM-PON đƣợc phát triển mạnh
ở Hàn Quốc, và các nƣớc Châu Âu và hứa hẹn là công nghệ truyền dẫn trong tƣơng
lai.
1.2 Lý do chọn đề tài
Trong hoạt động thực tế của mạng WDM-PON sợi quang dự phịng khi
khơng có lỗi xẩy ra sẽ đƣợc sử dụng cho mục đích khác nhƣ tận dụng truyền tín
hiệu mức ƣu tiên thấp, trong những mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON chỉ nêu
phƣơng pháp bảo vệ nhƣng chƣa đề xuất ra mơ hình tận dụng những sợi quang bảo
vệ cho việc truyền tín hiệu mức ƣu tiên thấp. Trong hoạt động bảo vệ cho mạng
WDM-PON lỗi hệ thống xẩy ra trên đƣờng truyền quang do nhiều nguyên nhân nhƣ
đứt dây dẫn quang hay suy hao quá lớn hoặc có thể do hỏng hóc thiết bị, lúc này
chức năng bảo vệ sẽ đƣợc sử dụng. Nếu trong trƣờng hợp đứt dây dẫn quang hay
suy hao quá lớn làm mất kết nối quang thì hệ thống bảo vệ sẽ hoạt động và tự động
chuyển mạch sang đƣờng truyền quang bảo vệ để kết nối tín hiệu quang hoạt động

trợ lại. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp mạng WDM-PON hoạt động bình thƣờng khi
khơng có lỗi xẩy ra việc duy trì đƣờng truyền quang bảo vệ mà khơng sử dụng vào
mục đích nào khác sẽ dẫn đến sử dụng không hiệu quả tài nguyên mạng. Do đó ý
tƣởng đề tài thiết kế mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON kết hợp truyền peer-topeer nhằm tận dụng tài nguyên bảo vệ trong trạng thái hoạt động thông thƣờng của
mạng WDM-PON. Trong trạng thái hoạt động bình thƣờng, dây dẫn quang dùng
trong mục đích bảo vệ không hoạt động và sẽ đƣợc tận dụng cho việc truyền peerto-peer.
1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài
Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
4


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

Mạng WDM-PON với nhiều ƣu điểm về băng thơng rộng cũng nhƣ khả
năng thích ứng các chuẩn dữ liệu khác nhau việc triển khai hệ thống cũng khơng
q khó khăn khi giá thành thiết bị truyền dẫn quang ngày càng hạ cho thấy công
nghệ WDM-PON hứa hẹn sẽ đƣợc triển khai sâu rộng, đáp ứng nhu cầu tốc độ,
băng thơng của ngƣời dùng.
Trong truyền dẫn quang nói chung và hoạt động của mạng WDM-PON nói
riêng việc thiết kế mơ hình bảo vệ cho hoạt động của mạng khi có sự cố là vơ cùng
quan trọng. Ngày nay khi khách hàng sử dụng dịch vụ internet ngày càng gia tăng,
các ngân hàng, trung tâm dữ liệu, các dịch vụ giải trí nhƣ truyền hình, game ln
địi hỏi băng thông tốc độ cao, mạng hoạt động liên tục, dữ liệu xun suốt nên việc
thiết kế mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON là rất cần thiết. Trong những năm
gần đây việc thiết kế mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON thu hút đƣợc nhiều sự

quan tâm nghiên cứu của nhiều ngƣời, hằng năm đều có bài báo, tạp chí đƣa ra các
mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON [3,4] cho thấy đây là vấn đề đang đƣợc xã
hội quan tâm.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là đƣa ra mơ hình bảo vệ cho mạng WDMPON khắc phục những nhƣợc điểm của những mơ hình trƣớc đây đã đƣa ra, tối ƣu
hóa thiết bị thời gian chuyển mạch bảo vệ cũng nhƣ sự linh hoạt của mơ hình.
Nhƣ ta đã biết mạng PON không hỗ trợ truyền peer-to-peer việc thiết kế mơ
hình truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON mạng lại nhiều tiện ích cho ngƣời
sử dụng. Những ứng dụng nổi bật trên mạng peer-to-peer đang đƣợc triển khai và
nghiên cứu ngày nay nhƣ:
 Hệ thống IPTV peer-to-peer.
Hệ thống IPTV cơ bản sử dụng mơ hình client/server để cung cấp dịch vụ
IPTV, tuy nhiên bị giới hạn của dịch vụ truyền thông nhƣ giới hạn băng thông, dung
lƣợng lƣu trữ, năng lực xử lý… và chỉ có khả năng phục vụ tốt cho một số lƣợng
nhất định thuê bao. Cho nên, hiện nay giải pháp P2P trên mạng WDM-PON đang
đƣợc xem xét nhƣ là một giải pháp tốt để xây dựng mạng với những ƣu thế riêng
Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
5


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

của nó qua việc giúp ngƣời sử dụng chia sẻ dịch vụ ngang hàng dễ dàng và thuận
lợi hơn trong việc mở rộng thuê bao khả năng cung cấp băng thông rộng. Những ƣu
điểm của hệ thống P2P cho mục đích chia sẻ dữ liệu mở ra con đƣờng dẫn tới một
ứng dụng hoàn hảo trên Internet là video trực tuyến P2P.

 Hệ thống truyền dữ liệu ngang hàng peer-to-peer.
Trong hệ thống này, tất cả các user đều đƣợc nối với nhau. Mỗi máy trong hệ thống
có vai trị nhƣ nhau. Trong tồn bộ hệ thống, khơng có user nào giữ vai trị điều
khiển. Hoạt động của hệ thống dựa trên các trao đổi trực tiếp giữa các peer nhờ
những liên kết đƣợc thiết lập giữa các peer tƣơng ứng.

Hình 1.3 Mơ hình truyền peer-to-peer
Ƣu điểm của hệ thống P2P là khả năng mở rộng đƣợc, bất kỳ nút nào cũng
có thể tham gia vào mạng và sau đó có thể truyền dữ liệu với các nút khác. Với mơ
hình này có thể áp dụng cho các công ty, chủ sở hay chi nhánh khi cần trao đổi,
Backup dữ liệu cho nhau dễ dàng.
Với những ƣu điểm của hệ thống P2P nhƣ trên việc thiết kế mô hình truyền
P2P ngày nay đang đƣợc sự quan tâm của nhiều ngƣời những bài báo, nghiên cứu
về truyền P2P trên mạng WDM-PON cũng đã đƣợc đƣa ra trong [9, 10]. Tuy nhiên
những mơ hình đã đề cập trong [9, 10] cịn nhiều bất cập, có những hạn chế và thiếu
sót trên mơ hình thiết kế cần đƣợc khắc phục để đƣa ra mơ hình truyền P2P tối ƣu
hơn. Việc thiết kế mơ hình truyền P2P trên mạng WDM-PON sẽ mang lại sự linh
Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
6


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

hoạt, khả năng khai thác tài nguyên mạng cũng nhƣ hiệu suất sử dụng mạng WDMPON tăng lên từ đó giá thành sử dụng dịch vụ của ngƣời dùng sẽ giảm xuống.
1.4 Phạm vi và phƣơng thức nghiên cứu của đề tài

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là thiết kế mơ hình bảo vệ và truyền P2P trên
mạng WDM-PON, những mơ hình mạng E-PON, G-PON… khơng nghiên cứu kỹ
trong đề tài này vì nhƣ ta thấy rằng công nghệ WDM-PON so sánh với những công
nghệ E-PON, G-PON…có nhiều ƣu điểm vƣợt trội và là mơ hình mạng mới đang
đƣợc sự quan tâm nghiên cứu của nhiều ngƣời và cũng là chủ đề nghiên cứu chính
trong bài luận văn. Trong mơ hình nghiên cứu đề xuất xem xét mơ hình mạng
WDM-PON với số lƣợng bƣớc sóng bằng 4 trong đó ba bƣớc sóng λ1, λ2, λ3 là
những bƣớc sóng sử dụng trong truyền tín hiệu WDM-PON và nghiên cứu trong mơ
hình bảo vệ, bƣớc sóng cịn lại λP2P sử dụng trong mơ hình truyền P2P. Mơ hình
nghiên cứu đề xuất đƣa ra trong hình 1.4.

Hình 1.4 Mơ hình Bảo vệ cho mạng WDM-PON kết hợp truyền P2P
Trên mơ hình đề xuất cho bảo vệ mạng WDM-PON sử dụng phƣơng thức
bảo vệ 1:1 với hai loại bảo vệ đƣợc nghiên cứu là bảo vệ cho sợi quang “feeder
fiber” và “distribution fiber” những mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON đã đƣợc
Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
7


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống
Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

đƣa ra [3,4] chƣa thực sự tối ƣu và cịn nhiều bất cập sẽ đƣợc phân tích trong các
chƣơng sau và từ đó cho thấy với mơ hình bảo vệ 1:1 cho ta sự linh hoạt trong thiết
kế mơ hình bảo vệ. Mơ hình bảo vệ cho sợi quang “feeder fiber” là rất quan trọng vì
sợi quang “feeder fiber” là sợi quang truyền tất cả các bƣớc sóng cung cấp cho phía

ngƣời dùng ONU, khi sợi quang này gặp sự có và mất kết nối thì tồn bộ ONU phía
ngƣời dùng khơng thu đƣợc tín hiệu cũng nhƣ khơng thực hiện truyền P2P trong mơ
hình P2P đƣợc. Mơ hình bảo vệ cho sợi quang “distribution fiber” cũng tƣơng tự
nhƣ mơ hình bảo vệ cho sợi quang “feeder fiber” sử dụng phƣơng pháp bảo vệ 1:1
nhƣ trên hình 1.4.
Trong mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON ngồi thiết kế mơ hình chuyển
mạch bảo vệ thành cơng khi có lỗi xẩy ra thì thơng số quan trọng khác cần quan tâm
là thời gian chuyển mạch giữa thời điểm ONU mất kết nới tới CO và thời điểm kết
nối trở lại. Những yếu tố ảnh hƣởng tới thời gian chuyển mạch chủ yếu là số lƣợng
chuyển mạch, số lƣợng thiết bị và quãng đƣờng tính từ vị trí mất kết nối tới bộ thu
Rx tại ONU. Nhƣ vậy muốn cho thời gian chuyển mạch giảm chỉ cịn cách thiết kế
mơ hình với số lƣợng chuyển mạch và thiết bị trên hệ thống phải tối ƣu.
Mơ hình truyền P2P kết hợp với mơ hình bảo vệ trong mạng WDM-PON
đƣợc đề xuất trong hình 1.4. Với bƣớc sóng λP2P đƣợc cấp từ CO, so sánh với mơ
hình truyền P2P trong [9] ta thấy mơ hình đề xuất linh hoạt hơn trong thiết kế và giá
thành thiết bị phía ngƣời sử dụng giảm xuống điều này rất quan trọng trong thiết kế
hệ thống mạng vì mơ hình thiết kế đƣa ra mà chi phí triển khai phía ngƣời dùng q
cao sẽ khó áp dụng và triển khai thực tế.
Việc thiết kế bƣớc sóng λP2P truyền từ CO ngồi việc làm giảm chi phí thiết
bị phía ngƣời dùng cịn tạo sự linh hoạt trong thiết kế mạng, ta thấy trong hoạt động
thông thƣờng, khi khơng có u cầu truyền P2P bƣớc sóng λP2P sẽ đƣợc thu hồi và
sử dụng cho mục đích dự phịng hay cấp cho user khác có yêu cầu truyền dữ liệu ƣu
tiên mức thấp. Trong mơ hình truyền P2P đề xuất sử dụng cả sợi quang hoạt động
Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
8


Thiết kế mơ hình bảo vệ cho hệ thống

Chƣơng 1

WDM-PON kết hợp truyền peer-to-peer

“working fiber” và sợi quang dự phòng “protection fiber” trong truyền P2P điều này
cho thấy mơ hình đƣa ra khai thác triệt để tài nguyên mạng sẵn có mang lại hiệu
suất sử dụng mạng cao.
Trong mơ hình thiết kế truyền P2P quỹ công suất là vấn đề cần quan tâm vì
khi mở rộng mạng sẽ ảnh hƣởng rất nhiều tới quỹ cơng suất hệ thống. Trong mơ
hình thiết kế trên hình 1.4 hai điểm ảnh hƣởng tới việc mở rộng mạng P2P là bộ
chia công suất 1:N và bộ chuyển mạch chéo OXC, trong khi bộ chia công suất là
thiết bị nhà sản xuất thiết kế với thơng số khơng thể thay đổi thì bộ nối chéo OXC
có độ suy hao cơng suất lớn hay nhỏ phụ thuộc vào mơ hình thiết kế bên trong bộ
OXC, việc thiết kế bộ OXC tối ƣu cũng là bài toán đặt ra và cần đƣợc quan tâm.
Những kết quả và thực nghiệm trong luận văn đƣợc thực hiện mô phỏng
bằng phần mềm Optisystem cộng với những phân tích kết quả từ những công thức
để cho ra kết quả cuối cùng trong luận văn. Vì điều kiện kinh tế cũng nhƣ những
khó khăn về cơ sở vật chất, giá thành thiết bị quang quá cao mà không thể thực hiện
các kết quả trên thiết bị thực đƣợc nhƣng những kết quả mơ phỏng từ phần mềm
Optisystem khá chính xác và đánh giá đƣợc bản chất của hệ thống.
1.5 Những đóng góp của luận văn
Những điểm chính trong luận văn đã thực hiện là:
 Thiết kế mơ hình bảo vệ cho mạng WDM-PON với trƣờng hợp bảo vệ cho
cả dây “feeder fiber” và “distribution fiber” với mơ hình bảo vệ 1:1, mơ hình
đề xuất đơn giản, tiết kiệm đƣợc số lƣợng thiết bị triển khai trên hệ thống,
linh hoạt trong kết hợp truyền P2P trên mạng WDM-PON.
 Thiết kế mơ hình truyền P2P trên mạng WDM-PON với nhiều ƣu điểm so
với mô hình đã đề xuất trong [9].

Trần Văn Việt

GVHD: TS. Phạm Quang Thái
9