Mạng quang - Công nghệ WDM
WDM là một công nghệ cho phép các tín hiệu quang khác nhau được truyền qua một sợi quang duy nhất. Nguyên tắc của nó về cơ bản giống như ghép kênh phân chia theo tần số (FDM). Đó là, một số tín hiệu được truyền bằng các sóng mang khác nhau, chiếm các phần không chồng chéo của phổ tần số. Trong trường hợp WDM, dải phổ được sử dụng nằm trong vùng 1300 hoặc 1550 nm, là hai cửa sổ bước sóng mà tại đó sợi quang có mức suy hao tín hiệu rất thấp.
Ban đầu, mỗi cửa sổ được sử dụng để truyền một tín hiệu kỹ thuật số duy nhất. Với sự tiên tiến của các thành phần quang học, chẳng hạn như laser phản hồi phân tán (DFB), Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA) và bộ dò tìm ảnh, người ta sớm nhận ra rằng mỗi cửa sổ truyền trên thực tế có thể được sử dụng bởi một số tín hiệu quang, mỗi tín hiệu chiếm một lực kéo nhỏ của cửa sổ tổng bước sóng có sẵn.
Trên thực tế, số lượng tín hiệu quang được ghép trong một cửa sổ chỉ bị giới hạn bởi độ chính xác của các thành phần này. Với công nghệ hiện tại, hơn 100 kênh quang có thể được ghép thành một sợi quang duy nhất. Công nghệ này sau đó được đặt tên là WDM dày đặc (DWDM).
WDM ở Long Haul
Năm 1995, các hãng vận tải đường dài ở Hoa Kỳ bắt đầu triển khai hệ thống truyền dẫn WDM điểm-điểm để nâng cấp dung lượng mạng của họ đồng thời tận dụng cơ sở hạ tầng cáp quang hiện có của họ. Kể từ đó, WDM cũng đã chiếm lĩnh thị trường đường dài như vũ bão. Công nghệ WDM cho phép đối phó với các yêu cầu dung lượng ngày càng tăng trong khi trì hoãn việc cạn kiệt chất xơ và tăng tính linh hoạt cho việc nâng cấp dung lượng.
Tuy nhiên, trình điều khiển phổ biến nhất là lợi thế về chi phí của giải pháp WDM so với các giải pháp cạnh tranh, chẳng hạn như Ghép kênh phân chia theo không gian (SDM) hoặc Ghép kênh phân chia theo thời gian nâng cao (TDM) để nâng cấp dung lượng mạng. Giải pháp WDM "mở", được minh họa trong hình sau sử dụng các bộ phát đáp trong bộ ghép kênh đầu cuối WDM (TM) và bộ khuếch đại quang nội tuyến được chia sẻ bởi nhiều kênh bước sóng.
Bộ phát đáp về bản chất là một bộ chuyển đổi quang điện (O / E / O) 3R, chuyển đổi tín hiệu quang tuân thủ tiêu chuẩn G.957 thành một kênh bước sóng thích hợp (và ngược lại) trong khi cấp nguồn, định hình lại và kích hoạt lại tín hiệu bằng điện . Giải pháp SDM sử dụng song song nhiều cặp sợi quang, mỗi cặp được trang bị bộ tái tạo SDH thay vì nhiều bước sóng chia sẻ cùng một bộ khuếch đại quang nội tuyến. Nâng cấp lên tốc độ TDM cao hơn (ví dụ: từ 2,5 Gb / s STM-16 lên 10 Gb / s STM-64) chỉ là một giải pháp ngắn hạn vì các suy giảm về đường truyền như phân tán không mở rộng quy mô tốt khi tăng tốc độ TDM, đặc biệt là trên tiêu chuẩn sợi đơn mode.
Một nghiên cứu điển hình đã chứng minh rằng hệ thống WDM điểm-điểm đường dài rõ ràng là một giải pháp hiệu quả hơn về chi phí so với SDM, ngay cả đối với ba kênh của STM-16. Hình trên minh họa hai so sánh chi phí liên kết cho lõi ban đầu của mạng lưới giao thông bao gồm 5000 km cáp quang với khoảng cách trung bình 300 km giữa hai thành phố truy cập. Lưu ý rằng điểm tham chiếu chi phí 100 phần trăm trong hình trên tương ứng với chi phí triển khai một kênh STM-16, bao gồm cả chi phí cáp quang. Hai kết luận có thể được rút ra từ hình trên.
Như thể hiện trong hình sau, nếu chỉ xem xét chi phí thiết bị truyền và tái tạo (tức là bộ tái tạo SDH trong trường hợp SDM và WDM TM với bộ phát đáp với bộ khuếch đại quang nội tuyến trong trường hợp WDM), thì chi phí liên kết ban đầu của việc sử dụng công nghệ WDM cao hơn gấp đôi so với SDH. Tuy nhiên, giải pháp WDM tiết kiệm chi phí hơn cho việc triển khai ba kênh trở lên trong mạng, vì sử dụng chung bộ khuếch đại quang nội tuyến.
Như trong hình sau, nếu ngoài yếu tố trên, chi phí sợi quang cũng được xem xét, thì lợi thế về chi phí của trường hợp WDM càng trở nên rõ ràng và được khuếch đại khi số lượng kênh tăng lên. Giải pháp WDM tiết kiệm chi phí hơn cho việc triển khai ba kênh và hơn thế nữa trong mạng.
WDM trong thời gian ngắn
Máy phát điện không cần thiết và sự suy giảm quang học ít ảnh hưởng hơn do khoảng cách hạn chế trong mạng đường ngắn, do đó lợi ích của WDM kém rõ ràng hơn so với các giải pháp SDM hoặc TDM nâng cao. Tuy nhiên, tình trạng cạn kiệt sợi quang và các thành phần quang học chi phí thấp hiện đang thúc đẩy WDM ở khu vực đô thị.
Ứng dụng đường ngắn liên quan đến sự kết nối giữa nhiều Điểm hiện diện (POP) trong cùng một thành phố. Chúng ta hãy xem xét một ví dụ. Hình dưới đây cho thấy mạng lưới giao thông có ít nhất hai POP cho mỗi thành phố, nơi các khách hàng có thể kết nối với nhau. Với các kỹ thuật kết nối nút kép, chẳng hạn như thả và tiếp tục, các mạng khách hàng có thể được kết nối với nhau với mạng truyền tải thông qua hai POP khác nhau.
Điều này dẫn đến một kiến trúc rất an toàn, thậm chí có thể tồn tại các lỗi POP mà không có bất kỳ tác động nào về lưu lượng. Do đó, luồng giao thông giữa hai POP trong một thành phố không chỉ bao gồm lưu lượng đi qua thành phố, mà còn bao gồm cả lưu lượng được kết thúc trong thành phố và được bảo vệ bằng cách sử dụng Drop và Continue. Những yêu cầu về năng lực nội thành tăng cao này đã dẫn đến việc triển khai WDM trong đoạn đường ngắn của mạng lưới giao thông.
Lý do chính khiến WDM được ưa chuộng hơn SDM là do các sợi quang trong thành phố phải được thuê từ bên thứ ba hoặc phải xây dựng mạng cáp quang. Cho thuê hoặc xây dựng cáp quang thành phố không chỉ là một quá trình tốn kém mà còn là một cách tiếp cận kém linh hoạt hơn để nâng cấp công suất. Trong một môi trường năng động, nơi phân phối lưu lượng và khối lượng phát triển nhanh chóng, số lượng cáp quang được cho thuê hoặc xây dựng khó có thể dự đoán trước. Do đó, sử dụng công nghệ WDM có ưu điểm linh hoạt rõ ràng vì các kênh bước sóng có thể được kích hoạt trong thời gian rất ngắn.
Mặc dù các hệ thống WDM đường ngắn cụ thể đã có sẵn trên thế giới, nhưng việc sử dụng cùng một loại hệ thống WDM cho mạng đường dài sẽ có lợi. Trong khi các hệ thống WDM đường ngắn ít tốn kém hơn so với các hệ thống đường dài và do có thể sử dụng các thành phần quang học giá rẻ, chúng dẫn đến một mạng không đồng nhất, không được ưa thích vì một số lý do. Thứ nhất, việc sử dụng hai hệ thống khác nhau dẫn đến tăng chi phí quản lý và vận hành. Ví dụ, một mạng không đồng nhất yêu cầu nhiều bộ phận thiết bị thay thế hơn một mạng đồng nhất. Thứ hai, việc liên kết giữa hai hệ thống khác nhau có thể gây ra vấn đề. Ví dụ, tắc nghẽn có thể xảy ra vì hệ thống WDM đường ngắn thường hỗ trợ ít bước sóng hơn hệ thống WDM đường dài.
Kiến trúc mạng truyền thông quang
Mạng truyền tải quang (OTN), như thể hiện trong hình sau, đại diện cho một bước tiếp theo tự nhiên trong sự phát triển của mạng vận tải. Từ quan điểm kiến trúc cấp cao, người ta sẽ không mong đợi các kiến trúc OTN khác biệt đáng kể so với các kiến trúc của SDH. Tuy nhiên, thực tế là SDH liên quan đến kỹ thuật mạng kỹ thuật số và OTN liên quan đến kỹ thuật mạng tương tự dẫn đến một số khác biệt đáng kể, nếu tinh tế. Khám phá những điểm khác biệt này giúp chúng ta hiểu được các khía cạnh của OTN có khả năng khác với các đối tác SDH của chúng.
Kiến trúc WDM OTN đang phát triển (bao gồm cấu trúc liên kết mạng và sơ đồ khả năng tồn tại) sẽ gần giống - nếu không phải là phản chiếu - những kiến trúc dành cho mạng SDH TDM. Tuy nhiên, điều này sẽ gây ngạc nhiên vì cả SDH và OTN đều là các mạng ghép kênh hướng kết nối. Sự khác biệt chính bắt nguồn từ hình thức của công nghệ ghép kênh: TDM kỹ thuật số cho SDH và WDM tương tự cho OTN.
Sự khác biệt giữa kỹ thuật số và tương tự có ảnh hưởng sâu sắc đến sự cân bằng chi phí / hiệu suất cơ bản trong nhiều khía cạnh của mạng OTN và thiết kế hệ thống. Đặc biệt, sự phức tạp liên quan đến kỹ thuật mạng tương tự và các tác động bảo trì chiếm phần lớn các thách thức liên quan đến OTN.
Để đáp ứng nhu cầu ngắn hạn về tăng dung lượng, hệ thống đường dây điểm-điểm WDM sẽ tiếp tục được triển khai trên quy mô lớn. Khi số lượng bước sóng và khoảng cách giữa các thiết bị đầu cuối tăng lên, ngày càng có nhu cầu thêm và / hoặc giảm bước sóng tại các vị trí trung gian. Do đó, các ADM quang học (OADM) có thể cấu hình lại linh hoạt sẽ trở thành yếu tố không thể thiếu của mạng WDM.
Khi nhiều bước sóng hơn được triển khai trong các mạng sóng mang, sẽ có nhu cầu tăng lên trong việc quản lý dung lượng và tín hiệu truyền giữa các mạng ở cấp độ kênh quang. Theo cách tương tự, DXC xuất hiện để quản lý dung lượng ở lớp điện, Kết nối chéo quang (OXC) sẽ xuất hiện để quản lý dung lượng ở lớp quang.
Ban đầu, nhu cầu quản lý băng thông lớp quang sẽ là cấp tính nhất trong môi trường mạng truyền tải lõi. Ở đây, kết nối dựa trên lưới logic sẽ được hỗ trợ thông qua cấu trúc liên kết vật lý bao gồm các vòng bảo vệ chia sẻ dựa trên OADM và kiến trúc khôi phục lưới dựa trên OXC. Sự lựa chọn sẽ phụ thuộc vào mức độ mong muốn của nhà cung cấp dịch vụ băng thông "vượt quá bản dựng" và yêu cầu về quy mô thời gian tồn tại.
Khi các yêu cầu quản lý băng thông tương tự xuất hiện cho các môi trường truy cập và liên văn phòng ở đô thị, các giải pháp dựa trên vòng OADM cũng sẽ được tối ưu hóa cho các ứng dụng này: vòng bảo vệ chia sẻ quang cho nhu cầu lưới và vòng bảo vệ chuyên dụng quang cho nhu cầu hubbed. Do đó, giống như OA là yếu tố thúc đẩy công nghệ cho sự xuất hiện của các hệ thống đường thẳng điểm-điểm WDM, các OADM và OXC sẽ là động lực cho sự xuất hiện của OTN.
Khi các phần tử mạng quang đảm nhận chức năng của lớp truyền tải do thiết bị SDH cung cấp truyền thống, lớp truyền tải quang sẽ đóng vai trò là lớp truyền tải thống nhất có khả năng hỗ trợ cả định dạng tín hiệu mạng lõi gói hội tụ và kế thừa. Tất nhiên, sự di chuyển của nhà cung cấp dịch vụ sang OTN sẽ được dự đoán khi chuyển chức năng lớp truyền tải "giống SDH" sang lớp quang, đồng thời với việc phát triển triết lý bảo trì và các tính năng bảo trì mạng liên quan cho lớp truyền tải quang mới nổi.
Khả năng sống sót là trọng tâm trong vai trò của mạng quang như là cơ sở hạ tầng giao thông thống nhất. Cũng như nhiều khía cạnh kiến trúc khác, khả năng sống sót của mạng quang sẽ tương đồng ở mức độ cao với khả năng sống sót của SDH, vì cấu trúc liên kết mạng và các loại phần tử mạng rất giống nhau. Trong lớp quang học, các cơ chế khả năng sống sót sẽ tiếp tục cung cấp khả năng khôi phục nhanh nhất có thể từ các vết đứt cáp quang và các lỗi phương tiện vật lý khác, cũng như cung cấp khả năng quản lý hiệu quả và linh hoạt khả năng bảo vệ.
OTN về mặt khái niệm tương tự như SDH, trong đó các lớp con được định nghĩa phản ánh mối quan hệ máy khách-máy chủ. Vì OTN và SDH đều là mạng ghép kênh định hướng kết nối, nên không có gì ngạc nhiên khi các sơ đồ khôi phục và bảo vệ cho cả hai đều tương tự nhau. Sự khác biệt tinh tế nhưng quan trọng đáng được nhắc lại: trong khi mạng TDM dựa trên thao tác khe thời gian kỹ thuật số, mạng OTN / WDM dựa trên thao tác khe tần số tương tự hoặc kênh quang (bước sóng). Do đó, mặc dù chúng ta có thể mong đợi kiến trúc bảo vệ và khôi phục tương tự có thể thực hiện được với cả hai công nghệ, nhưng các loại lỗi mạng mà người ta có thể cần tính đến trong bất kỳ sơ đồ khả năng sống sót cụ thể nào có thể khá khác nhau.
Khả năng sống sót của lớp quang học
Các mạng viễn thông được yêu cầu cung cấp dịch vụ không bị gián đoạn đáng tin cậy cho khách hàng của họ. Yêu cầu tổng thể về tính khả dụng là 99,999% hoặc cao hơn, có nghĩa là mạng trung bình không thể ngừng hoạt động hơn 6 phút / năm. Do đó, khả năng sống sót của mạng là một yếu tố chính ảnh hưởng đến cách các mạng này được thiết kế và vận hành. Các mạng cần được thiết kế để xử lý các đứt liên kết hoặc đứt cáp quang cũng như các lỗi thiết bị.
Mạng có thể được xem như bao gồm nhiều lớp hoạt động lẫn nhau, như trong hình trên. Các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau chọn các cách khác nhau để hiện thực hóa mạng của họ bằng cách sử dụng các kết hợp khác nhau của chiến lược phân lớp. Các nhà cung cấp dịch vụ đương nhiệm sử dụng cơ sở thiết bị SDH được lắp đặt lớn của họ và khả năng giám sát và chỉnh sửa rộng rãi của kết nối chéo kỹ thuật số.
Ngược lại, một nhà cung cấp dịch vụ cung cấp các dịch vụ dựa trên Giao thức Internet (IP) tìm cách có một cơ sở hạ tầng mạng được đơn giản hóa sử dụng IP làm lớp truyền tải cơ bản mà không sử dụng SDH. Các nhà cung cấp dịch vụ tự phân biệt dựa trên chất lượng (và sự đa dạng) của dịch vụ (QOS) có thể sử dụng ATM làm công nghệ vận tải của họ. Bên dưới các lớp này là lớp WDM quang học mới nổi hay còn gọi là lớp quang học.
Lớp quang học cung cấp các đường dẫn ánh sáng đến các lớp cao hơn, có thể được coi là lớp khách sử dụng dịch vụ do lớp quang cung cấp. Đường dẫn ánh sáng là các đường ống chuyển mạch mang lưu lượng ở tốc độ bit khá cao (ví dụ: 2,5 Gb / s hoặc 10 Gb / s). Các đường dẫn ánh sáng này thường được thiết lập để kết nối thiết bị lớp máy khách, chẳng hạn như ADM SDH, bộ định tuyến IP hoặc bộ chuyển mạch ATM. Khi chúng được thiết lập, chúng vẫn khá tĩnh theo thời gian.
Lớp quang học bao gồm các đầu cuối đường truyền quang (OLT), ADM quang (OADM) và kết nối chéo quang (OXC) như thể hiện trong hình sau. OLT ghép nhiều kênh thành một sợi đơn hoặc một cặp sợi. OADM giảm và thêm một số kênh nhỏ từ / vào một luồng WDM tổng hợp. Một OXC, chuyển đổi và quản lý số lượng lớn các kênh ở vị trí nút có lưu lượng truy cập cao.
Chúng ta xem xét sự bảo vệ của lớp quang từ góc độ dịch vụ, về các loại dịch vụ cần thiết được lớp quang cung cấp cho lớp cao hơn. Sau đó, chúng tôi so sánh các phương án bảo vệ lớp quang học khác nhau đã được đề xuất về chi phí và hiệu quả băng thông của chúng dựa trên kết hợp dịch vụ phải được hỗ trợ. Điều này hơi khác một chút, có xu hướng coi bảo vệ lớp quang học tương tự như bảo vệ lớp SDH.
Tại sao lại bảo vệ lớp quang học?
Các lớp IP, ATM và SDH được hiển thị trong hình trên, tất cả đều kết hợp các kỹ thuật bảo vệ và khôi phục. Mặc dù tất cả các lớp này đều được thiết kế để hoạt động với các lớp khác, nhưng chúng cũng có thể trực tiếp hoạt động trên sợi quang, và do đó không phụ thuộc vào các lớp khác để xử lý các chức năng bảo vệ và phục hồi. Kết quả là, mỗi lớp trong số này kết hợp các chức năng bảo vệ và phục hồi riêng của nó. Vì vậy, câu hỏi được đặt ra, tại sao chúng ta cần lớp quang học để cung cấp bộ cơ chế bảo vệ và phục hồi của riêng nó. Sau đây là một số lý do -
Một số lớp hoạt động bên trên lớp quang có thể không cung cấp đầy đủ tất cả các chức năng bảo vệ cần thiết trong mạng. Ví dụ, lớp SDH được thiết kế để bảo vệ toàn diện và do đó, sẽ không dựa vào lớp bảo vệ quang học. Tuy nhiên, bản thân các kỹ thuật bảo vệ ở các lớp khác (IP hoặc ATM) có thể không đủ để cung cấp đầy đủ tính khả dụng của mạng khi có sự cố.
Hiện tại có nhiều đề xuất để vận hành lớp IP trực tiếp trên lớp quang mà không cần sử dụng lớp SDH. Mặc dù IP kết hợp khả năng chịu lỗi ở cấp định tuyến, cơ chế này cồng kềnh và không đủ nhanh để cung cấp QOS đầy đủ. Trong trường hợp này, điều quan trọng là lớp quang học phải cung cấp khả năng bảo vệ nhanh chóng để đáp ứng các yêu cầu về tính khả dụng tổng thể từ lớp vận chuyển.
Hầu hết các nhà mạng đều đầu tư rất lớn vào các thiết bị kế thừa hoàn toàn không cung cấp cơ chế bảo vệ, nhưng không thể không kể đến. Sự ra đời liền mạch của lớp quang giữa thiết bị này và sợi thô giúp nâng cấp cơ sở hạ tầng với chi phí thấp qua các liên kết sợi dài với khả năng sống sót cao hơn.
Bảo vệ và khôi phục lớp quang học có thể được sử dụng để cung cấp thêm một mức khả năng phục hồi trong mạng. Ví dụ, nhiều mạng lưới vận tải được thiết kế để xử lý một lỗi duy nhất tại một thời điểm, nhưng không phải nhiều lỗi. Phục hồi quang học có thể được sử dụng để cung cấp khả năng phục hồi chống lại nhiều lần hỏng hóc.
Bảo vệ lớp quang học có thể hiệu quả hơn trong việc xử lý một số dạng hư hỏng, chẳng hạn như đứt cáp quang. Một sợi quang duy nhất mang nhiều bước sóng của lưu lượng (ví dụ: 16-32 luồng SDH). Do đó, việc cắt sợi quang dẫn đến tất cả 16-32 trong số các luồng SDH này được phục hồi một cách độc lập bởi lớp SDH. Hệ thống quản lý mạng tràn ngập với số lượng lớn các cảnh báo được tạo ra bởi mỗi thực thể độc lập này. Nếu việc cắt sợi quang được khôi phục đủ nhanh bởi lớp quang học thì có thể tránh được tình trạng hoạt động kém hiệu quả này.
Có thể tiết kiệm chi phí đáng kể bằng cách sử dụng bảo vệ và phục hồi lớp quang học.
Hạn chế - Bảo vệ lớp quang học
Sau đây là một số hạn chế của lớp bảo vệ quang học.
Nó không thể xử lý tất cả các loại lỗi trong mạng. Ví dụ, nó không thể xử lý lỗi laser trong bộ định tuyến IP hoặc ADM SDH được gắn vào mạng quang. Loại lỗi này phải được xử lý bởi lớp IP hoặc SDH tương ứng.
Nó có thể không phát hiện được tất cả các loại lỗi trong mạng. Các đường dẫn ánh sáng được cung cấp bởi lớp quang học có thể trong suốt để chúng mang dữ liệu ở nhiều tốc độ bit khác nhau. Lớp quang học trong trường hợp này trên thực tế có thể không biết chính xác những gì được mang trên các đường ánh sáng này. Do đó, nó không thể giám sát lưu lượng để cảm nhận sự suy giảm, chẳng hạn như tỷ lệ lỗi bit tăng lên, điều này thường sẽ gọi một công tắc bảo vệ.
Lớp quang học bảo vệ lưu lượng theo đơn vị đường đi của ánh sáng. Nó không thể cung cấp các mức độ bảo vệ khác nhau cho các phần khác nhau của giao thông đang được thực hiện trên đường đèn (một phần của giao thông có thể có mức độ ưu tiên cao, phần còn lại có mức độ ưu tiên thấp hơn). Chức năng này phải được thực hiện bởi một lớp cao hơn xử lý lưu lượng truy cập ở mức độ chi tiết tốt hơn.
Có thể có những ràng buộc về ngân sách liên kết làm hạn chế khả năng bảo vệ của lớp quang. Ví dụ, chiều dài của tuyến bảo vệ hoặc số lượng nút mà lưu lượng bảo vệ đi qua có thể bị hạn chế.
Nếu mạng tổng thể không được thiết kế cẩn thận, có thể có các điều kiện chạy đua khi lớp quang và lớp khách đều cố gắng bảo vệ lưu lượng truy cập khỏi sự cố đồng thời.
Công nghệ và kỹ thuật bảo vệ vẫn chưa được thử nghiệm tại hiện trường và do đó, việc triển khai trên quy mô toàn diện của các cơ chế bảo vệ mới này sẽ mất một vài năm để xảy ra.
Định nghĩa về các thực thể được bảo vệ
Trước khi đi vào chi tiết của các kỹ thuật bảo vệ và sự cân bằng giữa chúng, sẽ có lợi khi xác định các thực thể được bảo vệ bởi lớp quang học và lớp khách hàng. Các thực thể này được hiển thị trong hình sau.
Cổng thiết bị khách hàng
Các cổng trên thiết bị khách hàng có thể bị lỗi. Trong trường hợp này, lớp quang học không thể tự bảo vệ lớp khách hàng.
Kết nối Intrasite giữa Khách hàng và Thiết bị Quang học
Các dây cáp bên trong trang web có thể bị ngắt kết nối, chủ yếu do lỗi của con người. Đây được coi là một sự kiện tương đối có thể xảy ra. Một lần nữa, sự bảo vệ đầy đủ chống lại những sự cố như vậy chỉ có thể được hỗ trợ bởi kết hợp bảo vệ lớp máy khách và lớp quang học.
Thẻ phản hồi
Bộ phát tín hiệu là thẻ giao diện giữa thiết bị khách và lớp quang học. Các thẻ này chuyển đổi tín hiệu từ thiết bị khách thành bước sóng phù hợp để sử dụng bên trong mạng quang, sử dụng chuyển đổi quang thành điện sang quang. Vì vậy, tỷ lệ hỏng hóc của thẻ này không thể coi là không đáng kể. Với số lượng lớn các thẻ này trong một hệ thống (một thẻ trên mỗi bước sóng), cần phải hỗ trợ bảo vệ đặc biệt cho chúng.
Cơ sở vật chất bên ngoài
Cơ sở cáp quang này giữa các vị trí được coi là thành phần kém tin cậy nhất trong hệ thống. Cắt giảm chất xơ khá phổ biến. Loại này cũng bao gồm các bộ khuếch đại quang được triển khai dọc theo sợi quang.
Toàn bộ các nút
Toàn bộ nút có thể bị lỗi do lỗi của nhân viên bảo trì (ví dụ: vấp phải cầu dao điện) hoặc lỗi toàn bộ trang web. Các hư hỏng của công trường là tương đối hiếm và thường xảy ra do các thảm họa tự nhiên như hỏa hoạn, lũ lụt hoặc động đất. Lỗi nút có tác động đáng kể đến mạng và do đó, vẫn cần được bảo vệ chống lại, mặc dù xác suất xảy ra tương đối thấp.
Bảo vệ Vs Phục hồi
Protectionđược định nghĩa là cơ chế chính được sử dụng để giải quyết lỗi. Nó cần phải rất nhanh (thông thường lưu lượng truy cập không được gián đoạn quá 60 ms trong trường hợp mạng SDH bị lỗi). Do đó, các tuyến bảo vệ thường cần được lên kế hoạch trước để có thể chuyển giao thông từ các tuyến bình thường sang các tuyến bảo vệ một cách nhanh chóng.
Do yêu cầu về tốc độ, chức năng này thường được thực hiện theo cách phân tán bởi các phần tử mạng mà không dựa vào một thực thể quản lý tập trung để điều phối các hành động bảo vệ. Ngoại trừ các sơ đồ bảo vệ lưới nhanh gần đây (và chưa được chứng minh), các kỹ thuật bảo vệ có xu hướng khá đơn giản và được thực hiện trong cấu trúc liên kết tuyến tính hoặc vòng. Tất cả chúng đều sử dụng 100 phần trăm băng thông truy cập trong mạng.
Ngược lại, restorationkhông phải là một cơ chế chính được sử dụng để đối phó với thất bại. Sau khi hoàn thành chức năng bảo vệ, việc khôi phục được sử dụng để cung cấp các tuyến đường hiệu quả hoặc khả năng phục hồi bổ sung chống lại các hỏng hóc khác trước khi lỗi đầu tiên được khắc phục. Do đó, nó có thể khá chậm (đôi khi vài giây đến vài phút).
Các tuyến đường khôi phục không cần phải được lên kế hoạch trước và có thể được tính toán nhanh chóng bằng hệ thống quản lý tập trung mà không yêu cầu chức năng điều khiển phân tán. Các thuật toán phức tạp hơn có thể được sử dụng để giảm băng thông vượt quá yêu cầu và các cấu trúc liên kết lưới phức tạp hơn có thể được hỗ trợ.
Các lớp con trong lớp quang học
Lớp quang học bao gồm một số lớp con. Bảo vệ và phục hồi có thể được thực hiện ở các lớp khác nhau này. Chúng tôi có thể có các chương trình bảo vệ các đường dẫn ánh sáng hoặc các kênh quang học riêng lẻ. Các chương trình này xử lý sự cố đứt cáp quang cũng như sự cố của thiết bị đầu cuối, chẳng hạn như la-de hoặc máy thu.
Chúng ta có thể có các lược đồ hoạt động ở mức tín hiệu tổng hợp, tương ứng với lớp Phần ghép kênh quang (OMS). Các sơ đồ này không phân biệt giữa các đường ánh sáng khác nhau được ghép với nhau và khôi phục tất cả chúng đồng thời bằng cách chuyển đổi chúng thành một nhóm.
Thuật ngữ bảo vệ lớp đường dẫn được sử dụng để biểu thị các lược đồ hoạt động trên các kênh riêng lẻ hoặc đường dẫn ánh sáng và bảo vệ lớp đường truyền để biểu thị các lược đồ hoạt động ở lớp phần ghép kênh quang. Tham khảo Bảng 1 để so sánh giữa các thuộc tính của lược đồ lớp đường dẫn và đường, Bảng 2 và Bảng 3 cho các lược đồ đường dẫn và đường khác nhau.
Bảng 1: So sánh giữa bảo vệ đường dây và bảo vệ đường dẫn
| Tiêu chuẩn | Bảo vệ đường dây | Bảo vệ đường dẫn |
|---|---|---|
| Bảo vệ chống lại | Cơ sở văn phòng Lỗi trang / nút |
Cơ sở văn phòng Lỗi trang / nút Hỏng hóc thiết bị |
| Số lượng sợi | Bốn, nếu ghép kênh mức đơn được sử dụng | Hai |
| Có thể xử lý các lỗi / xuống cấp của một đường dẫn duy nhất | Không | Đúng |
| Hỗ trợ lưu lượng truy cập không được bảo vệ | Không | Đúng |
| Chi phí thiết bị | Thấp | Cao |
| Hiệu quả băng thông | Tốt cho giao thông được bảo vệ | Thấp cho các kênh không được bảo vệ |
Bảng 2: So sánh giữa các lược đồ lớp dòng
| Kế hoạch | Bảo vệ chống lại | Tôpô | Ràng buộc / Thiếu sót | Lợi ích của khách hàng |
|---|---|---|---|---|
| 1 + 1 dòng | Đường cắt | Điểm đến điểm | Tuyến đường đa dạng cần thiết để bảo vệ sợi | Đơn giản nhất để triển khai và vận hành |
| 1 + 1 dòng | Đường cắt | Điểm đến điểm | Tuyến đường đa dạng cần thiết để bảo vệ sợi | Hỗ trợ cho lưu lượng ưu tiên thấp Suy hao thấp hơn (khoảng 3 dB) |
| OULSR | Đường cắt Lỗi nút |
Vành đai đô thị | Suy giảm lớp quang học Mất điện hơn nữa tồn tại do cầu nối mức đường dây của tín hiệu |
Đơn giản để thực hiện và vận hành Có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các phần tử thụ động (thay vì công tắc quang) |
| OBLSR | Đường cắt Lỗi nút |
Vành đai đô thị | Suy giảm lớp quang học | Tái sử dụng băng thông bảo vệ Hỗ trợ cho lưu lượng ưu tiên thấp |
| Bảo vệ đường lưới | Đường cắt Lỗi nút |
Bất kì | Bị giới hạn bởi sự suy giảm lớp quang học Dựa trên kết nối chéo toàn quang Khó quản lý |
Có hiệu quả Giá thấp |
Bảng 3: So sánh giữa các lược đồ lớp đường dẫn
| Kế hoạch | Bảo vệ chống lại | Tôpô | Ràng buộc / Thiếu sót | Lợi ích của khách hàng |
|---|---|---|---|---|
| Bảo vệ lớp máy khách | Lỗi thiết bị khách hàng Tiện ích nội khu Lỗi bộ phát Cơ sở văn phòng Lỗi nút |
Bất kì | Yêu cầu các đường dẫn đa dạng trong mạng Đắt nhất |
Bảo vệ rộng rãi nhất |
| Bảo vệ thiết bị 1: N | Lỗi bộ phát | Tuyến tính hoặc vòng | Chi phí rất thấp Băng thông hiệu quả |
|
| 1 + 1 đường dẫn hoặc OUPSR | Cơ sở văn phòng Lỗi nút |
Bất kì | Yêu cầu các đường dẫn đa dạng trong mạng Tiêu thụ băng thông |
Tương tự với bảo vệ thân chủ Đơn giản để phát triển và vận hành |
| OBPSR | Cơ sở văn phòng Lỗi nút |
Vòng ảo | Tái sử dụng băng thông bảo vệ Hỗ trợ lưu lượng ưu tiên thấp |
|
| Bảo vệ đường dẫn lưới | Cơ sở văn phòng Lỗi nút |
Bất kì | Yêu cầu OXC Rất phức tạp để thực hiện và vận hành |
Hiệu quả cao |
Cấu trúc liên kết mạng vật lý có thể là bất kỳ lưới nào, truyền các đường ánh sáng giữa các nút thiết bị khách. Cấu trúc liên kết ảo từ quan điểm thiết bị khách bị hạn chế theo lớp khách (ví dụ: đổ chuông cho SDH). 2 Cấu trúc liên kết vật lý là bất kỳ lưới nào, trong khi cấu trúc liên kết ảo của các đường dẫn ánh sáng là một vòng.
Ví dụ, hãy xem xét hai chương trình bảo vệ được hiển thị trong các hình sau. Cả hai sơ đồ này có thể được coi là sơ đồ bảo vệ 1 + 1, nghĩa là, cả hai đều tách tín hiệu ở đầu phát và chọn bản sao tốt hơn ở đầu nhận. Hình. (A) mô tả bảo vệ lớp 1 + 1, trong đó cả việc tách và chọn được thực hiện cho toàn bộ tín hiệu WDM cùng nhau. Hình. (B) mô tả lớp bảo vệ lớp đường dẫn 1 + 1, trong đó việc tách và chọn được thực hiện riêng biệt cho từng đường ánh sáng.
Lớp Đường so với Bảo vệ Lớp Đường dẫn
Có sự khác biệt quan trọng về chi phí và độ phức tạp giữa hai cách tiếp cận. Bảo vệ đường dây yêu cầu một bộ chia bổ sung và chuyển sang hệ thống không được bảo vệ. Tuy nhiên, bảo vệ đường dẫn yêu cầu một bộ chia và chuyển đổi trên mỗi kênh. Quan trọng hơn, bảo vệ đường dẫn thường yêu cầu gấp đôi bộ phát đáp và gấp đôi tài nguyên mux / demux của bảo vệ đường truyền. Do đó, bảo vệ đường dẫn gần như đắt gấp đôi so với bảo vệ đường dây, nếu tất cả các kênh được bảo vệ. Tuy nhiên, câu chuyện sẽ thay đổi nếu tất cả các kênh không cần được bảo vệ.
Các sơ đồ bảo vệ cơ bản
Có thể tìm thấy so sánh các sơ đồ bảo vệ trong Bảng -1, 2 và 3. Các sơ đồ bảo vệ lớp quang học có thể được phân loại theo cách tương tự như các sơ đồ bảo vệ SDH và có thể được thực hiện ở cả lớp khách, lớp đường dẫn hoặc lớp đường .
Bảo vệ thân chủ
Một tùy chọn đơn giản là để cho lớp khách tự bảo vệ và không để lớp quang thực hiện bất kỳ biện pháp bảo vệ nào. Đây có thể là trường hợp của các lớp máy khách SDH. Mặc dù điều này đơn giản từ quan điểm của lớp quang học, nhưng lợi ích chi phí đáng kể và tiết kiệm băng thông có thể đạt được bằng cách thực hiện bảo vệ lớp quang học. Mặc dù phương pháp bảo vệ máy khách có thể hỗ trợ các mạng máy khách điểm-điểm, vòng hoặc lưới, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là từ quan điểm mạng quang, tất cả những điều này đều chuyển thành hỗ trợ lưới quang học, vì ngay cả một máy khách điểm-điểm liên kết có thể kéo dài toàn bộ mạng lưới quang học.
Trong bảo vệ lớp máy khách, các đường dẫn máy khách làm việc và bảo vệ được định tuyến hoàn toàn đa dạng thông qua lớp quang để không có điểm lỗi duy nhất. Ngoài ra, các đường dẫn khách làm việc và bảo vệ không được ánh xạ tới các bước sóng khác nhau trên cùng một liên kết WDM. Nếu liên kết WDM không thành công, cả hai đường dẫn sẽ bị mất.
Lược đồ lớp đường dẫn
Bảo vệ đường dẫn 1 + 1
Đề án này yêu cầu hai bước sóng trên toàn mạng, cũng như hai bộ phát đáp ở mỗi đầu. Khi được áp dụng cho một vòng, bảo vệ này còn được gọi là Vòng chuyển đổi đường dẫn một chiều quang học (OUPSR) hoặc Vòng bảo vệ chuyên dụng OCh (Vòng OCh / DP).
Implementation Notes- Việc kết nối thường được thực hiện thông qua bộ ghép quang, trong khi lựa chọn được thực hiện thông qua bộ chuyển mạch quang 1 x 2. Đầu nhận có thể quyết định chuyển sang đường dự phòng mà không cần phối hợp với nguồn.
Vòng được chuyển đổi đường dẫn hai chiều
Sơ đồ này dựa trên Vòng chuyển mạch đường dây hai chiều 4 sợi SDH (BLSR) và dựa trên băng thông bảo vệ được chia sẻ xung quanh vòng. Khi một đường dẫn ánh sáng hoạt động bị lỗi, các nút sẽ phối hợp và cố gắng gửi lưu lượng qua băng thông bảo vệ được chỉ định theo cùng một hướng xung quanh vòng (để khắc phục lỗi bộ phát đáp). Đây là một công tắc nhịp. Nếu điều này không thành công, các nút sẽ lặp lại lưu lượng truy cập xung quanh đường dẫn thay thế xung quanh vòng đến đầu kia của lỗi. Hành động này là một công tắc đổ chuông.
Đề án cho phép các đường dẫn ánh sáng không chồng chéo chia sẻ cùng một băng thông bảo vệ miễn là chúng không bị lỗi cùng nhau. Lược đồ này còn được gọi là vòng bảo vệ chia sẻ OCh (OCh / SPRing).
Implementation Notes- Lược đồ này có thể được thực hiện trong OXC hoặc thông qua các công tắc nhỏ hơn nhiều trong OADM. Bộ chuyển mạch là cần thiết cho mỗi kênh bảo vệ. Nó tương tự như tiêu chuẩn SDH BLSR.
Bảo vệ đường dẫn lưới
Sơ đồ này cho phép bảo vệ lưới toàn cầu với khả năng chuyển đổi rất nhanh (trong vòng chưa đầy 100 ms) cho mọi đường ánh sáng bị lỗi một cách riêng biệt thành đường dự phòng, được chia sẻ bởi nhiều đường dẫn ánh sáng có khả năng đi một đường khác nhau cho mỗi đường sáng. Trong trường hợp bị lỗi, nó được liên kết với tất cả các nút thích hợp thiết lập đường dẫn dự phòng.
Implementation Notes- Các chương trình này đang được thực hiện trong các OXC. Do hạn chế về thời gian, các đường dẫn sao lưu được xác định trước được lưu trữ trong các nút của mạng và được kích hoạt dựa trên các loại lỗi.
Khôi phục đường dẫn lưới
Không giống như bảo vệ đường dẫn lưới, lược đồ này không có các ràng buộc nghiêm ngặt về thời gian. Thiết bị này tính toán các tuyến đường thay thế bằng cách sử dụng cấu trúc liên kết của nó và phổ biến thông tin thiết lập mới cho các nút, các nút này sẽ thiết lập các tuyến đường này. Các nút không cần duy trì bất kỳ thông tin n / w nào.
Implementation Notes - Bản chất tập trung của sơ đồ này đảm bảo các tuyến bảo vệ được tối ưu hóa hơn và giảm độ phức tạp của việc thực hiện và bảo trì.
Bảo vệ thiết bị 1: N
Một trong những mô-đun phức tạp nhất (và do đó dễ xảy ra lỗi) trong thiết bị đầu cuối WDM điển hình là bộ phát đáp. Bảo vệ 1: N chỉ định một bộ phát đáp dự phòng tiếp nhận trong trường hợp bộ phát đáp thông thường bị lỗi.
Implementation Notes- Sơ đồ này thường dựa trên bước sóng được bảo vệ được chỉ định. Trong trường hợp không thành công, cả hai đầu phải chuyển đổi bằng cách sử dụng các giao thức báo hiệu nhanh, không giống như APS trong SDH.
Lược đồ lớp dòng
Bảo vệ tuyến tính 1 + 1
Đề án này dựa trên việc bắc cầu toàn bộ tín hiệu WDM hàng loạt vào một cặp cơ sở được định tuyến đa dạng. Đầu nhận của các cơ sở này sau đó chọn tín hiệu nào trong hai tín hiệu để nhận.
Bảo vệ tuyến tính 1: 1
Sơ đồ này yêu cầu cấu hình tương tự như sơ đồ trước (tức là 1 + 1 tuyến tính), tuy nhiên, tín hiệu được chuyển sang đường làm việc hoặc đường bảo vệ, nhưng không chuyển sang cả hai. Trong khi điều này làm tăng gánh nặng điều phối, nó cho phép chạy lưu lượng ưu tiên thấp trên đường dự phòng (cho đến khi cần bảo vệ đường làm việc). Nó cũng kéo theo tổn thất công suất quang thấp hơn do toàn bộ năng lượng tín hiệu được hướng đến một đường thay vì hai đường.
Implementation Notes- Việc chuyển mạch thường được thực hiện bằng bộ chuyển mạch quang học 1 × 2. Sự phối hợp được thực hiện thông qua một giao thức báo hiệu nhanh.
Vòng chuyển mạch đường truyền một chiều quang học (OULSR)
Lược đồ tương tự như lược đồ OUPSR ngoại trừ việc bắc cầu và lựa chọn tín hiệu được thực hiện cho tín hiệu WDM tổng hợp. Điều này cho phép thiết kế được tối ưu hóa hơn, chi phí thấp hơn và các cách triển khai rất khác nhau.
Implementation Notes- Việc triển khai chương trình này dựa trên các bộ ghép nối thụ động chạy vòng quang vào một phương tiện phát sóng. Thay vì sử dụng OADM, sơ đồ này dựa trên các OLT đơn giản, mỗi OLT được ghép thành cả hai vòng theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ, do đó mỗi bước sóng được truyền và nhận trên cả hai sợi. Trong điều kiện bình thường, liên kết bị ngắt kết nối giả tạo, dẫn đến một bus tuyến tính, khi liên kết cắt sợi quang được kết nối lại.
Vòng chuyển đổi đường hai chiều
Lược đồ này tương tự như lược đồ OBPSR trong cả khía cạnh giao thức và các hành động bảo vệ được sử dụng (chuyển mạch khoảng và vòng). Giống như tất cả các sơ đồ lớp đường, tín hiệu WDM tổng hợp được chuyển hàng loạt sang một sợi quang bảo vệ chuyên dụng (yêu cầu bốn sợi) hoặc sang một băng tần WDM khác trong một sợi đơn (chỉ cho phép hai sợi, nhưng yêu cầu sơ đồ mux quang hai tầng ). Lược đồ này còn được gọi là vòng bảo vệ chia sẻ OMS (OMS / SPRing).
Implementation Notes- Khi đường dự phòng chạy quanh toàn bộ vòng về mặt quang học, có thể cần các bộ khuếch đại đường quang dọc theo đường dự phòng để bù đắp cho các tổn thất. Chu vi của vòng cũng bị giới hạn bởi các suy giảm quang học khác. Do đó, tùy chọn này phù hợp nhất trong các ứng dụng đô thị.
Bảo vệ / Phục hồi đường lưới
Sơ đồ này dựa trên kết nối chéo toàn quang giúp chuyển hướng tín hiệu WDM từ một cơ sở bị lỗi sang một tuyến đường thay thế và quay trở lại đầu kia của cơ sở bị lỗi.
Implementation Notes - Giống như OBLSR, sơ đồ này bị hạn chế bởi sự suy giảm quang học có thể phát triển dọc theo các tuyến đường thay thế và yêu cầu thiết kế quang học cẩn thận.
Cân nhắc lựa chọn chương trình bảo vệ
Các tiêu chí có thể được sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ để chọn các sơ đồ bảo vệ được sử dụng trong mạng. Biểu đồ quyết định đơn giản cho việc này được mô tả trong hình sau với giả định cần cả thiết bị và bảo vệ đường dây.
Chi phí bảo vệ
Một tiêu chí khác từ quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ là chi phí của hệ thống ở ít nhất hai khía cạnh -
- Chi phí thiết bị
- Hiệu quả băng thông
Cả hai điều này phụ thuộc vào hỗn hợp dịch vụ của lưu lượng, nghĩa là, phần lưu lượng được bảo vệ bởi lớp quang học.
Hình dưới đây cho thấy chi phí thiết bị của các sơ đồ lớp đường dẫn và các sơ đồ lớp đường tương đương như một chức năng của hỗn hợp lưu lượng. Nếu tất cả lưu lượng cần được bảo vệ, các sơ đồ lớp đường dẫn yêu cầu thiết bị gấp đôi so với các sơ đồ lớp đường vì có ít sự chia sẻ các thiết bị chung hơn.
Tuy nhiên, chi phí bảo vệ lớp đường dẫn tỷ lệ thuận với số lượng kênh cần được bảo vệ, vì mỗi kênh yêu cầu một thiết bị kết cuối và mux / demux đi kèm. Do đó, chi phí bảo vệ lớp đường dẫn sẽ giảm xuống nếu phải bảo vệ ít kênh hơn. Trong trường hợp không có kênh nào cần được bảo vệ, sơ đồ lớp đường dẫn sẽ có giá tương đương với sơ đồ lớp đường, giả sử rằng không có thiết bị chung bổ sung nào được triển khai.
Câu chuyện khác với quan điểm về hiệu quả băng thông, như thể hiện trong hình sau. Trong hệ thống được bảo vệ bằng đường truyền, băng thông bảo vệ được sử dụng cho các đường ánh sáng cần bảo vệ cũng như cho những đường không cần bảo vệ. Trong hệ thống bảo vệ đường dẫn, các đường dẫn ánh sáng không yêu cầu bảo vệ có thể sử dụng băng thông, cho phép các đường dẫn ánh sáng không được bảo vệ khác sử dụng băng thông mà lẽ ra sẽ bị lãng phí cho việc bảo vệ không mong muốn.
Theo đó, nếu một phần lớn các đường dẫn ánh sáng có thể không được bảo vệ, thì bảo vệ lớp đường dẫn sẽ thu hồi chi phí bằng cách hỗ trợ nhiều lưu lượng truy cập làm việc hơn trên cùng một mạng so với bảo vệ lớp đường truyền.
