Luận Văn Công nghệ truyền dẫn quang và kỹ thuật định tuyến trong truyền dẫn quang

MỞ ĐẦU
Trọng tâm của luận văn là tập trung nghiên cứu công nghệ truyền dẫn quang và
kỹ thuật định tuyến trong truyền dẫn quang, cụ thể là kỹ thuật lưu lượng trong mạng
quang sử dụng công nghệ MPLS.
Hiện nay, với những ưu điểm vượt trội của mình, các hệ thống thông tin quang
truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng thông hẹp và băng thông rộng, đáp ứng
yêu cầu của mạng số tích hợp dịch vụ ISDN. Hệ thống thông tin quang là một mũi
đột phá về tốc độ truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấp
cao. Vấn đề định tuyến và quản lý lưu lượng là một thành phần cốt yếu, không thể
thiếu được trong cấu trúc mạng, thiết kế mạng và điều hành mạng. Vấn đề đặt ra là
định tuyến đường đi cho ánh sáng như thế nào để đạt được một mạng tối ưu. Có rất
nhiều phương pháp định tuyến, nhưng phương pháp định tuyến sử dụng kỹ thuật lưu
lượng là một phương pháp rất hiệu quả trong truyền dẫn dữ liệu trong mạng, nó điều
khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài
nguyên và hiệu năng của mạng, từ đó làm tăng tính hiệu quả của mạng.
Trong luận văn này, em xin trình bày đề tài: “Công nghệ truyền dẫn quang và
kỹ thuật định tuyến trong truyền dẫn quang”. Nội dung của luận văn cụ thể như sau:
- Chương 1: Giới thiệu công nghệ truyền dẫn quang.
- Chương 2: Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) và kỹ thuật
định tuyến
- Chương 3: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
- Chương 4: Kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - TS Nguyễn Viết Nguyên, đã giúp đỡ và
tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đề tài này.




MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . .I
MỤC LỤC . II
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ . VII
DANH MỤC CÁC BẢNG . . X
DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT . .XI
MỞ ĐẦU . . 1
OPENING . . 2
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG . . 3
1.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . . 3
1.1.1. Khái quát chung . . 3
1.1.2. Cấu trúc hệ thống thông tin quang . . 4
1.1.3. Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang . . 5
1.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống thông tin quang . 7
1.1.4.1. Ưu điểm . 7
1.1.4.2. Nhược điểm . 8
1.2. THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . . 8
1.2.1. Cáp sợi quang . . 8
1.2.1.1. Cấu tạo . . 8
1.2.1.2. Phân loại sợi quang . 9
1.2.1.3. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang . . 9
1.2.1.4. Các đặc tính của sợi quang . . 10
1.2.1.4.1. Suy hao của sợi quang . 10
1.2.1.4.2. Đặc tuyến suy hao . . 12
1.2.1.4.3. Tán sắc . 13
1.2.1.4.4. Quan hệ giữa tán xạ và độ rộng băng truyền . . 15
1.2.1.5. Giới thiệu một số loại sợi quang đang sử dụng phổ biến . . 17
1.2.2. Phần phát quang . . 18
1.2.2.1. Yêu cầu đối với một nguồn quang trong hệ thống thông tin quang
. 18
1.2.2.2. Diode phát quang LED . . 18
1.2.2.3. Diode laser . 19
107




1.2.3. Khuếch đại quang . . 20
1.2.3.1. Giới thiệu khuếch đại quang . . 20
1.2.3.2. Nguyên lý khuếch đại quang . . 21
1.2.3.3. Các thông số kỹ thuật trong khuếch đại quang . . 23
1.2.3.3.1. Độ lợi (Gain) . 23
1.2.3.3.2. Băng thông độ lợi (Gain Bandwidth) . . 23
1.2.3.3.3. Công suất ngõ ra bão hòa (Saturation Output Power) 24
1.2.3.3.4. Hệ số nhiễu (Noise Figure) . . 24
1.2.3.4. Bộ khuếch đại EDFA . . 25
1.2.4. Phần thu quang . 28
1.2.4.1. Khái quát về nguồn thu quang . 28
1.2.4.2. Photo diode PIN . 28
1.2.4.3. Photo diode thác APD . 29
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG . . 31
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG (WDM)
VÀ KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN . 32
2.1. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG THEO THỜI GIAN TDM . 32
2.1.1. Tổng quan về hệ thống ghép kênh quang theo thời gian TDM . . 32
2.1.2. Nguyên lý hoạt động . 33
2.2. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG (WDM) . . 35
2.2.1. Tổng quan . . 35
2.2.2. Nguyên lý hoạt động . 36
2.2.3. Chức năng . . 36
2.2.4. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng . . 37
2.2.4.1. Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi . . 38
2.2.4.2. Truyền dẫn hai chiều trên một sợi . 38
2.2.5. Những vấn đề kỹ thuật trong hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng40
2.2.5.1. Ổn định bước sóng và độ rộng phổ của nguồn quang . 40
2.2.5.2. Số kênh được sử dụng . . 41
2.2.5.3. Khoảng cách giữa các kênh . 41
2.2.5.4. Ổn định bước sóng của nguồn quang . 43
2.2.5.5. Yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát . . 43
2.2.5.6. Hiện tượng suy hao và quỹ công suất của hệ thống WDM . . 44
2.2.5.7. Vấn đề xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang . . 44
108




2.2.6. Giải pháp hạn chế các hiệu ứng phi tuyến . . 45
2.2.7. Vấn đề chuyển đổi bước sóng . . 46
2.2.7.1. Vai trò của chuyển đổi bước sóng . 46
2.2.7.2. Phân loại . 47
2.2.8. Thành phần cơ bản trong mạng WDM . 48
2.2.8.1. Bộ đầu cuối đường quang (OLT) . . 48
2.2.8.1.1. Chức năng chuyển đổi tín hiệu . . 49
2.2.8.1.2. Chức năng ghép bước sóng . . 49
2.2.8.1.3. Chức năng khuếch đại tín hiệu . . 49
2.2.8.2. Bộ xen/rớt quang (OADM) . . 50
2.2.8.2.1. Tổng quan . . 50
2.2.8.2.2. Thuộc tính cơ bản của OADM . . 51
2.2.8.2.3. Cấu trúc OADM . 52
2.2.8.3. Bộ kết nối chéo quang (OXC) . 55
2.2.8.3.1. Tổng quan . . 55
2.2.8.3.2. Chức năng . . 56
2.2.8.3.3. Cấu trúc bộ OXC . . 56
2.2.9. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ WDM . . 57
2.2.9.1. Ưu điểm . . 57
2.2.9.2. Nhược điểm . . 58
2.3. KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG WDM . . 59
2.3.1. Giới thiệu . 59
2.3.2. Phân loại định tuyến . . 60
2.3.2.1. Dựa vào chức năng thích nghi với trạng thái hiện thời của mạng60
2.3.2.1.1. Định tuyến tĩnh . . 60
2.3.2.1.2. Định tuyến động . 60
2.3.2.2. Dựa vào phạm vi định tuyến . . 60
2.3.2.2.1. Định tuyến trong . 60
2.3.2.2.2. Định tuyến ngoài . . 61
2.3.3. Xây dựng và duy trì cơ sở thông tin định tuyến . . 61
2.3.4. Tính toán đường đi . 62
2.3.5. Những ràng buộc chuyển mạch . . 63
2.3.6. Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM . . 64
2.3.6.1. Định tuyến và gán bước sóng tĩnh . 64
2.3.6.1.1. Vấn đề định tuyến . . 65
109




2.3.6.1.2. Vấn đề gán bước sóng . 65
2.3.6.2. Định tuyến và gán bước sóng động . . 66
2.3.6.2.1. Vấn đề định tuyến . . 67
2.3.6.2.2. Vấn đề gán bước sóng . 70
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG . . 73
CHƯƠNG III: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS . . 75
3.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN . . 75
3.1.1. Khái niệm MPLS . 75
3.1.2. Miền MPLS (Domain) . . 75
3.1.3. Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) . . 76
3.1.4. Nhãn và ngăn xếp nhãn (Label and Label stack) . . 77
3.1.5. Hoán đổi nhãn (Label Swapping) . . 78
3.1.6. Đường chuyển mạch nhãn LSP . . 78
3.1.7. Chuyển gói qua miền MPLS . 79
3.2. ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA MPLS . . 80
3.2.1. Đơn giản hoá chức năng chuyển tiếp . . 80
3.2.2. Kỹ thuật lưu lượng . . 80
3.2.3. Định tuyến QoS từ nguồn . . 80
3.2.4. Dịch vụ mạng riêng ảo VPN . 80
3.2.5. Khả năng mở rộng (Scalability) . . 81
3.3. KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MPLS . 81
3.3.1. Giới thiệu . 81
3.3.2. Định tuyến cưỡng bức (Constrain-based Routing) . 81
3.3.3. Định tuyến tường minh (Explicit Routing) . . 83
3.3.4. Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol) . . 84
3.3.5. Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP) . 85
3.3.5.1. Mở rộng cho định tuyến cưỡng bức . 86
3.3.5.2. Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP) . . 86
3.3.6. Giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) . . 87
3.4. TỔNG KẾT CHƯƠNG . . 89
CHƯƠNG IV. KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MPLS-TE . . 90
4.1. TỔNG QUAN KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG . 90
4.1.1. Giới thiệu . 90
4.1.2. Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng . . 90
110




4.1.2.1. Phân loại . 90
4.1.2.1.1. Hướng lưu lượng . . 90
4.1.2.1.2. Hướng tài nguyên . . 90
4.1.2.2. Bài toán nghẽn . 90
4.1.3. Cấu trúc MPLS-TE . . 91
4.1.3.1. Ưu điểm . 91
4.1.3.2. Các thành phần của MPLS-TE . . 92
4.1.4. Trung kế lưu lượng (Traffic trunk) . . 93
4.1.4.1. Khái niệm . 93
4.1.4.2. Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource Class Affinity) . 94
4.1.4.3. Thuộc tính ưu tiên/lấn chiếm (Priority/Preemption) . . 94
4.1.4.4. Phân bố tải qua nhiều trung kế song song . 94
4.1.5. Tính toán đường cưỡng bức . . 94
4.1.5.1. Quảng bá các thuộc tính của link . . 94
4.1.5.2. Giải thuật chọn đường đi . . 95
4.1.5.3. Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng . 96
4.1.6. Tái tối ưu hoá . 98
4.2. BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG DẪN TRONG MPLS . . 98
4.2.1. Giới thiệu . 98
4.2.2. Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục . 99
4.2.2.1. Sửa chữa toàn cục và sửa chữa cục bộ . . 99
4.2.2.2. Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ . . 100
4.2.2.3. Ba cách khôi phục bảo vệ tái định tuyến . 100
4.2.2.3.1. Phục hồi liên kết . . 100
4.2.2.3.2. Phục hồi một phần đường LSP . 101
4.2.2.3.3. Phục hồi toàn bộ đường liên kết . . 101
4.2.3. Mô hình Makam . . 102
4.2.4. Mô hình Haskin (Reverse Backup) . 102
4.2.5. Mô hình Hundessa . . 103
4.2.6. Mô hình Shortest-Dynamic . 103
4.2.7. Mô hình Simple-Dynamic . . 104
4.2.8. Mô hình Simple-Static . . 104
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG TRIỂN KHAI ĐỀ TÀI . 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO.