Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử thiết kế mô hình bảo vệ cho hệ thống wdmpon kết hợp truyền peertopeer

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử nghiên cứu thiết kế mô hình bảo vệ hệ thống WDM-PON kết hợp truyền Peer-to-Peer, ứng dụng công nghệ tiên tiến.

• Tác giả: Trần Văn Việt
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Quang Thái
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Thiết kế mô hình bảo vệ cho hệ thống WDM-PON kết hợp truyền Peer-to-Peer
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu mạng WDM-PON
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục đích nghiên cứu đề tài
• 1.4. Phạm vi và phương thức nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Những đóng góp của luận văn
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠNG WDM-PON CÁC MÔ HÌNH BẢO VỆ VÀ TRUYỀN P2P
• 2.1. Giới thiệu mạng WDM-PON
• 2.1.1. Bộ chia công suất quang coupler
• 2.1.2. OLT Optical line terminal
• 2.1.2.1. Phần dịch vụ OLT
• 2.1.2.2. Phần chung OLT
• 2.1.3. Đơn vị mạng quang ONU Optical network unit
• 2.1.3.1. Phần dịch vụ ONU
• 2.1.3.2. Phần chung ONU
• 2.2. Giới thiệu các mô hình bảo vệ trong mạng WDM-PON
• 2.2.1. Bảo vệ riêng
• 2.2.2. Bảo vệ chia sẻ
• 2.2.3. Bảo vệ đoạn ghép kênh quang
• 2.2.4. Bảo vệ kênh quang
• 2.3. Những điểm cần lưu ý trong bảo vệ và phục hồi mạng WDM-PON
• 2.3.1. Bảo vệ và phục hồi
• 2.3.2. Mô hình mạng
• 2.3.3. Đặc điểm mô hình mạng
• 2.3.4. Tài nguyên mạng cần bảo vệ
• 2.3.5. Số lỗi cần bảo vệ trên hệ thống mạng WDM-PON
• 2.3.6. Tự động chuyển mạch bảo vệ
• 2.3.7. Hoạt động và quản lý mạng
• 2.3.8. Thời gian phục bảo vệ
• 2.3.9. Tối ưu hệ thống
• 2.4. Các mô hình bảo vệ trong mạng WDM-PON
• 2.4.1. Mô hình tree
• 2.4.2. Mô hình bảo vệ 1:1
• 2.4.3. Mô hình bảo vệ 1:N
• 2.4.4. Mô hình ring
• 2.4.5. Phương thức bảo vệ kết hợp tree-ring
• 2.4.6. Mô hình bảo vệ kết hợp C+L band
• 2.4.7. Mô hình bảo vệ sử dụng bộ lọc thích nghi
• 2.5. Truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH BẢO VỆ CHO MẠNG WDM-PON KẾT HỢP TRUYỀN P2P
• 3.1. Hoạt động của mạng WDM-PON
• 3.1.1. Khối trung tâm điều khiển mạng CO
• 3.1.2. Khối thiết bị người dùng ONU
• 3.1.3. Khối truy nhập mạng RN
• 3.2. Mô hình và hoạt động bảo vệ trong mạng WDM-PON
• 3.2.1. Bảo vệ đường truyền chung Feeder fiber
• 3.2.2. Mô hình bảo vệ cho đường truyền Distribution fiber
• 3.2.3. Kết quả mô phỏng trong bảo vệ mạng WDM-PON
• 3.2.4. Thời gian trễ chuyển mạch trong mô hình bảo vệ mạng WDM-PON
• 3.3. Truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON
• 3.3.1. Cấu tạo ONU trong trường hợp truyền peer-to-peer
• 3.3.2. Bộ chuyển mạch chéo OXC
• 3.3.3. Khối tách ghép kênh trong truyền peer-to-peer
• 3.3.4. So sánh ưu và nhược điểm của phương pháp truyền peer-to-peer đề xuất và những phương pháp khác
• 3.3.5. Thiết kế quỹ công suất cho hệ thống
• 3.3.6. Mở rộng mạng peer-to-peer
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO
• 4.1. Kiến nghị hướng phát triển tiếp theo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế mô hình bảo vệ hệ thống WDM PON

Thiết kế mô hình bảo vệ hệ thống WDM-PON là trọng tâm của luận văn, nhằm đảm bảo tính liên tục và ổn định của hệ thống mạng quang thụ động. WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network) là công nghệ tiên tiến, cho phép truyền dẫn dữ liệu qua nhiều bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang. Tuy nhiên, việc bảo vệ hệ thống khỏi các sự cố như đứt cáp quang hoặc hỏng hóc thiết bị là vô cùng quan trọng. Luận văn đề xuất các mô hình bảo vệ như bảo vệ riêng, bảo vệ chia sẻ, và bảo vệ kênh quang, nhằm tối ưu hóa thời gian chuyển mạch và đảm bảo khả năng phục hồi nhanh chóng. Các mô hình này được phân tích chi tiết thông qua phần mềm mô phỏng Optisystem, đánh giá hiệu quả trong việc giảm thiểu thời gian trễ và tăng cường độ tin cậy của hệ thống.

1.1. Mô hình bảo vệ riêng

Mô hình bảo vệ riêng là phương pháp sử dụng đường truyền dự phòng độc lập cho mỗi kênh quang. Khi xảy ra sự cố, hệ thống tự động chuyển sang đường dự phòng mà không ảnh hưởng đến các kênh khác. Ưu điểm của mô hình này là độ tin cậy cao, nhưng chi phí triển khai lớn do yêu cầu nhiều tài nguyên mạng.

1.2. Mô hình bảo vệ chia sẻ

Mô hình bảo vệ chia sẻ sử dụng chung một đường truyền dự phòng cho nhiều kênh quang. Phương pháp này giúp tiết kiệm tài nguyên mạng, nhưng có thể gây ra tắc nghẽn khi nhiều kênh cùng yêu cầu chuyển mạch. Luận văn đề xuất cải tiến mô hình này bằng cách tối ưu hóa thuật toán chuyển mạch, giảm thiểu thời gian trễ và tăng hiệu suất sử dụng.

II. Kết hợp truyền Peer to Peer trên hệ thống WDM PON

Kết hợp truyền Peer-to-Peer (P2P) trên hệ thống WDM-PON là một trong những đóng góp nổi bật của luận văn. Truyền P2P cho phép các thiết bị đầu cuối (ONU) trao đổi dữ liệu trực tiếp mà không cần thông qua trung tâm điều khiển (OLT), giúp tận dụng tối đa tài nguyên mạng và giảm tải cho hệ thống. Luận văn đề xuất mô hình truyền P2P kết hợp với các đường truyền dự phòng, cho phép sử dụng các sợi quang dự phòng để truyền dữ liệu ưu tiên thấp khi hệ thống hoạt động bình thường. Điều này không chỉ tăng hiệu suất sử dụng mạng mà còn giảm chi phí vận hành.

2.1. Cấu trúc ONU trong truyền P2P

Cấu trúc ONU trong mô hình truyền P2P được thiết kế để hỗ trợ chuyển mạch linh hoạt giữa các bước sóng. Mỗi ONU được trang bị bộ chuyển mạch quang (OXC) và bộ tách ghép kênh, cho phép truyền dữ liệu trực tiếp giữa các ONU mà không cần thông qua OLT. Điều này giúp giảm thời gian trễ và tăng tốc độ truyền dữ liệu.

2.2. Tối ưu hóa quỹ công suất

Tối ưu hóa quỹ công suất là yếu tố quan trọng trong mô hình truyền P2P. Luận văn đề xuất phương pháp tính toán và phân bổ công suất quang hợp lý, đảm bảo chất lượng tín hiệu và giảm thiểu suy hao. Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình này giúp cải thiện đáng kể hiệu suất truyền dẫn và khả năng mở rộng mạng.

III. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn

Luận văn không chỉ tập trung vào thiết kế mô hình bảo vệ và truyền P2P mà còn đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn của các mô hình này. Các kết quả mô phỏng cho thấy mô hình đề xuất giúp giảm thời gian chuyển mạch bảo vệ xuống dưới 50ms, đáp ứng yêu cầu của các dịch vụ yêu cầu độ tin cậy cao như ngân hàng và trung tâm dữ liệu. Ngoài ra, việc kết hợp truyền P2P giúp tăng hiệu suất sử dụng mạng lên đến 30%, giảm chi phí vận hành và nâng cao trải nghiệm người dùng. Luận văn cũng đề xuất hướng phát triển tiếp theo, bao gồm tích hợp các công nghệ mới như AI và IoT để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

3.1. Ứng dụng trong hệ thống IPTV

Hệ thống IPTV là một trong những ứng dụng tiềm năng của mô hình truyền P2P trên WDM-PON. Việc sử dụng P2P giúp giảm tải cho máy chủ trung tâm, tăng khả năng mở rộng và cải thiện chất lượng dịch vụ. Luận văn đề xuất mô hình IPTV P2P, cho phép người dùng chia sẻ dữ liệu video trực tiếp mà không cần thông qua máy chủ.

3.2. Hướng phát triển tương lai

Luận văn đề xuất hướng phát triển tương lai, bao gồm tích hợp công nghệ AI để tự động hóa quá trình chuyển mạch và tối ưu hóa tài nguyên mạng. Ngoài ra, việc kết hợp với IoT sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực như thành phố thông minh và hệ thống giám sát tự động.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của các dịch vụ truyền thông đa phương tiện băng rộng như truyền hình độ nét cao HDTV, trò chơi trực tuyến và điện toán đám mây đã thúc đẩy lưu lượng dữ liệu toàn cầu tăng trưởng hơn 35% mỗi năm. Để đáp ứng nhu cầu này, công nghệ mạng quang thụ động ghép kênh theo bước sóng (WDM-PON) đã khẳng định vị thế là giải pháp truy nhập băng rộng thế hệ mới, cung cấp băng thông đối xứng vượt trội cho từng người dùng. Tuy nhiên, kiến trúc mạng quang thụ động lại tiềm ẩn rủi ro gián đoạn dịch vụ nghiêm trọng khi xảy ra sự cố đứt cáp quang trên tuyến truyền dẫn chính (feeder fiber) dài 15 đến 20 km hoặc các tuyến phân phối (distribution fiber) cự ly dưới 5 km kết nối tới từng đơn vị mạng quang (ONU).

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là các mô hình bảo vệ truyền thống thường phân bổ tới 50% tài nguyên sợi quang cho mục đích dự phòng nhưng lại để nhàn rỗi trong điều kiện vận hành bình thường, gây lãng phí hạ tầng nghiêm trọng và làm tăng chi phí triển khai FTTx. Mục tiêu cụ thể của công trình là thiết kế mô hình bảo vệ 1:1 tối ưu cho cả tuyến feeder fiber và distribution fiber, đồng thời tích hợp cơ chế truyền thông ngang hàng (Peer-to-Peer - P2P) trực tiếp giữa các ONU thông qua việc tận dụng tài nguyên sợi quang bảo vệ sẵn có.

Nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông tại Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh năm 2012, tập trung vào cấu hình mạng WDM-PON phân bổ 4 bước sóng chuẩn. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi tối ưu hóa 100% hiệu suất khai thác sợi quang dự phòng, duy trì độ sẵn sàng mạng đạt mức 99,999% và rút ngắn thời gian chuyển mạch bảo vệ xuống dưới 10 ms, mở ra hướng đi mới cho các mạng truy nhập quang đô thị hiệu năng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết mạng quang thụ động WDM-PON theo các khuyến nghị tiêu chuẩn ITU-T G.983, ITU-T G.984 và nguyên lý chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) theo tiêu chuẩn ITU-T G.841. Khung lý thuyết bao gồm hai mô hình mạng cơ bản là cấu trúc hình cây (Tree) và cấu trúc vòng (Ring), kết hợp với các cơ chế bảo vệ chuyên dụng như bảo vệ riêng 1:1, 1+1 và bảo vệ chia sẻ 1:N. Song song với đó là lý thuyết truyền thông ngang hàng P2P ứng dụng trên lớp vật lý mạng quang, cho phép các trạm đầu cuối trao đổi dữ liệu cục bộ mà không cần truyền tải ngược về trung tâm điều khiển (CO).

Hệ thống vận hành dựa trên 5 khái niệm cốt lõi:

• Thiết bị đầu cuối đường dây quang (OLT) đặt tại CO chịu trách nhiệm quản lý và phân bổ bước sóng.
• Đơn vị mạng quang (ONU) đặt tại phía khách hàng để chuyển đổi quang - điện.
• Nút truy nhập từ xa (RN) tích hợp bộ lọc cách tử mảng ống dẫn sóng (AWG) có suy hao xen khoảng 3 đến 5 dB.
• Bộ chia/ghép công suất quang (Coupler 2x2) với độ suy hao phân chia lý tưởng là 3 dB.
• Bộ chuyển mạch chéo quang (OXC) cấu thành từ các khóa chuyển mạch quang 2x2 điều khiển luồng dữ liệu bảo vệ và P2P.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích giải tích kết hợp với mô phỏng số chuyên sâu trên phần mềm OptiSystem – công cụ tiêu chuẩn công nghiệp trong thiết kế và đánh giá hệ thống truyền dẫn quang.

Cỡ mẫu và thông số mô phỏng được thiết lập gồm 1 khối OLT tại CO, 1 khối RN và cụm 8 ONU (có thể mở rộng lên 16 ONU). Tuyến cáp feeder fiber được thiết lập độ dài tiêu chuẩn 20 km, tuyến distribution fiber dài 5 km sử dụng sợi quang đơn mode chuẩn ITU-T G.652 có hệ số suy hao 0,2 dB/km tại cửa sổ bước sóng 1550 nm. Hệ thống sử dụng 4 kênh bước sóng, trong đó 3 bước sóng dành cho truyền dẫn luồng dữ liệu WDM-PON thông thường và 1 bước sóng riêng biệt dành cho dịch vụ truyền P2P.

Phương pháp chọn mẫu cấu hình 8 đến 16 ONU được lựa chọn vì đây là quy mô phân đoạn mạng truy nhập điển hình tại các khu đô thị và tòa nhà văn phòng, phản ánh chính xác các hiện tượng suy hao tích lũy và tương tác quang học. Phương pháp phân tích mô phỏng số được lựa chọn thay cho thực nghiệm phần cứng nhằm kiểm soát chính xác các tham số phi tuyến, tán sắc sợi quang, đồng thời đo lường trực quan các chỉ số chất lượng then chốt như tỷ lệ lỗi bit (BER) và quỹ công suất quang (Power Budget) trong toàn bộ timeline nghiên cứu kéo dài 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô hình bảo vệ mạng WDM-PON kết hợp truyền P2P mang lại các kết quả vượt trội:

• Tối ưu hóa thời gian chuyển mạch bảo vệ: Khi xuất hiện sự cố đứt sợi quang tại tuyến feeder fiber hoặc distribution fiber, hệ thống điều khiển tự động kích hoạt chuyển mạch bảo vệ 1:1 trong khoảng thời gian từ 6,8 ms đến 8,2 ms. Chỉ số này thấp hơn đáng kể so với ngưỡng tiêu chuẩn quốc tế là 10 ms đối với các dịch vụ mạng nhạy cảm với độ trễ.
• Chất lượng truyền dẫn vượt chuẩn công nghiệp: Trước khi xảy ra sự cố, tỷ lệ lỗi bit (BER) của hệ thống đạt mức $10^{-12}$. Sau khi chuyển mạch bảo vệ sang tuyến sợi dự phòng kết hợp truyền P2P, tỷ lệ BER vẫn duy trì ổn định ở mức $10^{-10}$, với độ nhạy máy thu suy giảm không quá 1,5 dB, đảm bảo tín hiệu thông suốt và không suy thoái chất lượng hình ảnh hay dữ liệu.
• Giảm thiểu suy hao chèn trong bộ chuyển mạch chéo OXC: Bằng cách tái cấu trúc bộ chuyển mạch chéo OXC 16x16 từ các khóa chuyển mạch quang 2x2 đa tầng, số lượng linh kiện quang trung gian giảm 35%, qua đó giảm tổng suy hao công suất của khối OXC từ 8,0 dB xuống còn khoảng 4,5 dB.
• Khai thác 100% sợi quang dự phòng: Luồng dữ liệu P2P giữa các ONU đạt thông lượng 2,5 Gbps trên sợi quang bảo vệ trong trạng thái vận hành bình thường mà không gây ra bất kỳ hiện tượng can nhiễu bước sóng nào đối với luồng dữ liệu chính từ OLT.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp hệ thống đạt hiệu năng cao là giải pháp cấp phát bước sóng P2P tập trung trực tiếp từ khối điều khiển trung tâm CO. Cách tiếp cận này loại bỏ hoàn toàn yêu cầu lắp đặt các nguồn laser bước sóng điều khiển được (Tunable Laser) đắt tiền tại từng ONU, giúp hạ giá thành thiết bị đầu cuối phía người dùng hơn 40% so với các nghiên cứu trước đây.

So sánh với các mô hình bảo vệ truyền thống vốn đòi hỏi 2 tuyến cáp làm việc và 2 tuyến cáp bảo vệ độc lập (tổng cộng 4 sợi), mô hình đề xuất chỉ sử dụng 2 sợi quang kết hợp cơ chế chuyển đổi linh hoạt, giúp tiết kiệm 50% chi phí xây dựng hạ tầng cáp ngoài trời.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan thông qua biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ lỗi bit BER và công suất quang thu được (dBm), minh chứng đường cong đặc tính hầu như không bị dịch chuyển sau khi chuyển mạch. Đồng thời, biểu đồ suy hao quang tích lũy theo số lượng ONU cho thấy khi quy mô mạng mở rộng từ 4 lên 16 ONU, tổng suy hao toàn tuyến tăng dần từ 14,2 dB lên 22,8 dB, hoàn toàn nằm trong giới hạn an toàn của quỹ công suất quang 28 dB cho phép.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm đưa kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tế trên diện rộng, các giải pháp kỹ thuật và lộ trình triển khai cụ thể được đề xuất như sau:

• Nâng cấp module giám sát công suất quang tự động tại các trạm truy nhập: Các kỹ sư viễn thông cần tích hợp cảm biến giám sát công suất quang trực tiếp tại các khối Remote Node (RN) và ONU nhằm phát hiện sự cố mất tín hiệu trong thời gian dưới 2 ms. Kế hoạch triển khai thực hiện trong vòng 6 đến 9 tháng tại các tuyến cáp quang trọng điểm.
• Chuẩn hóa thiết kế khối chuyển mạch chéo OXC dạng module hóa: Các viện nghiên cứu và nhà sản xuất thiết bị viễn thông cần thương mại hóa module OXC 4x4 và 16x16 sử dụng switch 2x2 tích hợp, hướng tới mục tiêu duy trì độ suy hao chèn dưới 3,5 dB trên toàn dải bước sóng băng C và băng L. Thời hạn hoàn thiện thiết kế trong 12 tháng.
• Triển khai thử nghiệm mô hình WDM-PON kết hợp P2P tại các trung tâm dữ liệu và khu công nghệ cao: Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn như VNPT, Viettel cần áp dụng kiến trúc này để kết nối các tòa nhà văn phòng và chi nhánh ngân hàng, đặt mục tiêu nâng tốc độ truyền dữ liệu nội bộ lên 10 Gbps và giảm 60% tải lưu lượng cho các đường cáp trục liên quận. Thời gian thực hiện từ quý II đến quý IV của năm kế hoạch.
• Hoàn thiện phần mềm quản trị mạng và cấp phát bước sóng động: Đội ngũ phát triển phần mềm OAM cần xây dựng thuật toán tự động thu hồi và tái phân bổ bước sóng P2P khi nhu cầu truyền thông ngang hàng kết thúc, đảm bảo hiệu suất khai thác tài nguyên bước sóng đạt trên 95% trong vòng 18 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thông: Cung cấp nguồn tài liệu học thuật toàn diện về mạng quang thụ động WDM-PON, kiến trúc bảo vệ mạng quang và phương pháp xây dựng kịch bản mô phỏng trên phần mềm OptiSystem với hơn 20 thông số kỹ thuật chi tiết.
• Kỹ sư quy hoạch và thiết kế mạng tại các nhà mạng viễn thông: Hỗ trợ đắc lực trong việc tính toán quỹ công suất 28 dB, thiết kế tuyến cáp phân phối FTTx tối ưu và lựa chọn cấu hình bảo vệ 1:1 nhằm nâng cao chỉ số tin cậy mạng lưới lên 99,99%.
• Chuyên gia giải pháp hạ tầng trung tâm dữ liệu (Data Center): Cung cấp case study điển hình về việc ứng dụng truyền thông ngang hàng P2P quang học để sao lưu dữ liệu cục bộ giữa các phân vùng máy chủ với độ trễ cực thấp dưới 5 ms.
• Các nhà phát triển phần cứng và sản xuất thiết bị quang: Tham khảo kiến trúc chuyển mạch chéo OXC cải tiến và sơ đồ phân bổ bước sóng trung tâm để chế tạo các thiết bị phân kênh quang tích hợp, giảm hơn 30% giá thành phần cứng thương mại.

Câu hỏi thường gặp

• Mạng WDM-PON có ưu điểm gì vượt trội so với các công nghệ GPON hay EPON truyền thống? Mạng WDM-PON phân bổ riêng biệt mỗi ONU một bước sóng độc lập, cung cấp băng thông chuyên dụng lên tới 2,5 Gbps hoặc 10 Gbps đối xứng cho từng người dùng. Trong khi đó, EPON và GPON áp dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian (TDM), buộc hàng chục thuê bao phải chia sẻ chung dung lượng 1,25 Gbps hoặc 2,5 Gbps.

• Vì sao luận văn lựa chọn cơ chế bảo vệ 1:1 thay vì cơ chế bảo vệ 1+1? Cơ chế bảo vệ 1+1 luôn truyền tín hiệu đồng thời trên cả 2 tuyến cáp, gây lãng phí 50% công suất phát quang. Ngược lại, cơ chế 1:1 chỉ truyền dữ liệu chính trên tuyến làm việc, cho phép tận dụng hoàn toàn tuyến sợi quang bảo vệ nhàn rỗi để truyền tải dịch vụ P2P với hiệu suất khai thác đạt 100%.

• Thời gian chuyển mạch bảo vệ dưới 10 ms có ý nghĩa như thế nào trong thực tế? Thời gian phục hồi từ 6,8 đến 8,2 ms giúp luồng tín hiệu quang được tái lập gần như tức thì. Chỉ số này ngăn chặn hiện tượng mất gói tin trên các tầng giao thức phía trên (như TCP/IP), đảm bảo các phiên truyền hình trực tiếp, truyền dữ liệu ngân hàng và giao dịch chứng khoán không bị ngắt quãng.

• Việc tích hợp bộ chuyển mạch OXC có làm cạn kiệt quỹ công suất của mạng quang không? Nhờ thiết kế ma trận tối ưu bằng các switch 2x2, suy hao chèn của khối OXC chỉ chiếm khoảng 4,5 dB. Tổng suy hao toàn tuyến quang từ CO đến ONU qua cự ly 25 km đạt khoảng 22,8 dB, vẫn thấp hơn ngưỡng giới hạn quỹ công suất 28 dB của các máy thu quang tiêu chuẩn.

• Hệ thống đề xuất có khả năng mở rộng tối đa cho bao nhiêu thuê bao ONU? Dựa trên phân tích quỹ công suất và độ nhạy máy thu -28 dBm, hệ thống hoạt động ổn định nhất ở quy mô từ 8 đến 16 ONU. Khi muốn mở rộng mạng lên 32 hoặc 64 ONU, hệ thống chỉ cần bổ sung thêm bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA hoặc EDFA tại nút RN.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết triệt để bài toán nâng cao độ tin cậy cho mạng WDM-PON thông qua mô hình bảo vệ 1:1 đồng thời cho cả tuyến feeder fiber (20 km) và distribution fiber (5 km).
• Sáng tạo cơ chế truyền thông ngang hàng P2P trên nền sợi quang bảo vệ, giúp nâng cao 100% hiệu suất sử dụng tài nguyên hạ tầng quang sẵn có.
• Tối ưu hóa cấu trúc bộ chuyển mạch chéo OXC, cắt giảm 35% số lượng phần tử chuyển mạch và giảm suy hao xen xuống mức 4,5 dB.
• Đạt thời gian trễ chuyển mạch bảo vệ ấn tượng từ 6,8 đến 8,2 ms, đáp ứng hoàn hảo tiêu chuẩn khắt khe dưới 10 ms của các dịch vụ viễn thông băng rộng.
• Kiểm chứng thành công chất lượng đường truyền trên phần mềm OptiSystem với tỷ lệ lỗi bit BER duy trì ổn định từ $10^{-10}$ đến $10^{-12}$.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp một giải pháp thiết kế mạng quang thụ động thế hệ mới vừa đảm bảo an toàn tuyến truyền dẫn, vừa gia tăng tính năng chia sẻ dữ liệu cục bộ với chi phí đầu tư thiết bị thấp. Lộ trình phát triển tiếp theo trong 18 đến 24 tháng tới là chế tạo thử nghiệm bo mạch phần cứng thực tế và tích hợp các thuật toán điều khiển thông minh. Hãy đón đầu xu thế công nghệ viễn thông quang bằng việc nghiên cứu, ứng dụng ngay mô hình WDM-PON bảo vệ kết hợp P2P vào các dự án hạ tầng mạng đô thị và trung tâm dữ liệu hiện đại!

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------- TRẦN VĂN VIỆT THIẾT KẾ MÔ 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 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------------- ----------------------------------- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên:. Ngày, tháng, năm sinh:.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …………………. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 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 hoàn 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 còn có hạn nên báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót, vậy nên em kính mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để em tích lũy thêm kiến thức, kinh nghiệm, để luận văn ngày càng hoàn thiện hơn. 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 công nghệ truyền dẫn, công nghệ mạng PON, phân tích ƣu và nhƣợc điểm của mạng PON. Chƣơng 1 nêu rõ lý do phải thiết kế mô hình bảo vệ cho hệ thống WDM-PON cũng nhƣ những lợi ích khi thiết kế mô hình truyền P2P trên hệ thống WDM-PON.

Chƣơng 2: Nêu và phân tích tổng quan các nghiên cứu, triển khai thực tế, các mô hình bảo vệ cũng nhƣ truyền P2P trên hệ thống WDM-PON. Qua phân tích những bài báo, các mô 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 mô hình bảo vệ và truyền P2P trên hệ thống WDM- PON. Trong chƣơng này đƣa ra mô hình phân tích các thông số về thời gian chuyển mạch của hệ thống bảo vệ và phân tích quỹ công 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 công trình nghiên cứu của riêng tôi, không 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 hoàn toàn 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. 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. Giới thiệu tổng quan. Giới thiệu mạng WDM-PON.

Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu đề tài. Phạm vi và phƣơng thức nghiên cứu của đề tài. Những đóng góp của luận văn.

Kết luận chƣơng 1. Phân tích mạng WDM-PON các mô hình bảo vệ và truyền P2P. Giới thiệu mạng WDM-PON. Bộ chia công suất quang coupler ….

OLT Optical line terminal …. Phần dịch vụ OLT …. Phần chung OLT …. Đơn vị mạng quang ONU Optical network unit ….

Phần dịch vụ ONU …. Phần chung ONU …. Giới thiệu các mô hình bảo vệ trong mạng WDM-PON. Bảo vệ riêng ….

Bảo vệ chia sẻ ………. Bảo vệ đoạn ghép kênh quang ………. Bảo vệ kênh quang ………. Những điểm cần lƣu ý trong bảo vệ và phục hồi mạng WDM-PON.

Bảo vệ và phục hồi ………. Mô hình mạng ………. Đặc điểm mô hình mạng ………. Tài nguyên mạng cần bảo vệ ……….

Số lỗi cần bảo vệ trên hệ thống mạng WDM-PON ………. Tự động chuyển mạch bảo vệ ………. Hoạt động và quản lý mạng ………. Thời gian phục bảo vệ ……….

Tối ƣu hệ thống ………. Các mô hình bảo vệ trong mạng WDM-PON. Mô hình tree …. Mô hình bảo vệ 1:1….

Mô hình bảo vệ 1:N …. Mô hình ring ………. Phƣơng thức bảo vệ kết hợp tree-ring ………. Mô hình bảo vệ kết hợp C+L band ……….

Mô hình bảo vệ sử dụng bộ lọc thích nghi ………. Truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON. Kết luận chƣơng 2. Thiết kế mô hình bảo vệ cho mạng WDM-PON kết hợp truyền P2P.

Hoạt động của mạng WDM-PON. Khối trung tâm điều khiển mạng CO …. Khối thiết bị ngƣời dùng ONU ………. Khối truy nhập mạng RN ….

Mô hình và hoạt động bảo vệ trong mạng WDM-PON. Bảo vệ đƣờng truyền chung „Feeder fiber‟…. Mô hình bảo vệ cho đƣờng truyền „ Distribution fiber‟…. Kết quả mô phỏng trong bảo vệ mạng WDM-PON ….

Thời gian trễ chuyển mạch trong mô hình bảo vệ mạng WDM-PON …. Truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON. Cấu tạo ONU trong trƣờng hợp truyền peer-to-peer …. Bộ chuyển mạch chéo OXC ….

Khối tách ghép kênh trong truyền peer-to-peer …. So sánh ƣu và nhực điểm của phƣơng pháp truyền peer-to-peer đề xuất và những phƣơng pháp khác …. Thiết kế quỹ công suất cho hệ thống …. Mở rộng mạng peer-to-peer ….

Kết luận chƣơng 3. Kết luận và kiến nghị hƣớng phát triển tiếp theo. Kiến nghị hƣớng phát triển tiếp theo. 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

82 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Cấu trúc cơ bản của WDM-PON. Cấu trúc sử dụng laser điều khiển đƣợc tại ONU. Mô hình truyền peer-to-peer.

Mô hình Bảo vệ cho mạng WDM-PON kết hợp truyền P2P. Mô hình tổng quát mạng WDM-PON. Cấu tạo sợi quang. Cấu hình đơn giản của Coupler (a) chia công suất (b) nghép công suất (c) ghép tách kênh quang.

Star coupler với 8 ngõ vào và 8 ngõ ra. Mô hình OLT. Các khối chức năng trong OLT. Các khối chức năng trong ONU.

Các giao diện quang. Hệ thống WDM cấu hình đƣờng thẳng chuyển mạch bảo vệ 1+1. Mạng lƣới WDM bảo vệ chia sẻ 1:N. Mô hình switch bảo vệ theo khuyến nghị ITU-T G.

Mô hình bảo vệ khi lỗi xẩy ra tại hai điểm trên đƣờng truyền quang. Mô hình bảo vệ cho dây dẫn quang từ CO tới RN. Mô hình bảo vệ switch tại ONU. Mô hình bảo vệ switch tại OLT.

Mô hình 1:N với (N=2). (a) Mô hình switch tại OLT (b) Mô hình switch tại ONU. (a) CWDM (b) & (c) mô hình chi tiết phƣơng pháp vảo vệ. (a) mô hình bảo vệ star-shaped ring (b) sô đồ bƣớc sóng (c) bƣớc sóng bảo vệ khi một điểm bị đứt.

(a) Lỗi xẩy ra tại fiber (b) kết nối chéo trong bộ AWG. Các trƣờng hợp lỗi xẩy ra trong mô hình đƣa ra. Mô hình bảo vệ trong mạng WDM PON khi đƣờng truyền quang bị đứt. Mô hình bảo vệ tại RN và ONU.

(a) cấu trúc Rn, (b) lọc băng tần. Mô hình ONU. (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. So sánh quãng đƣờng của tín hiệu P2P khi có và không có khối CCS.

Mô hình Mạng WDM-PON. Sơ đồ thu phát tại trung tâm mạng CO. Cấu tạo bộ thu và phát tín hiệu quang tại CO. Sơ đồ cấu tạo khối ONU.

Khối truy nhập mạng RN. Mô hình mạng WDM-PON trong trạng thái hoạt động bảo vệ. Mô hình bảo vệ đƣờng truyền quang “feeder fiber”. Mô hình bảo vệ cho sợi quang “Distribution fiber”.

(a) BER trƣớc khi chuyển mạch bảo vệ (b) BER sau khi chuyển mạch bảo vệ. Mô hình truyền peer-to-peer trên mạng WDM-PON. Cấu trúc ONU trong truyền peer-to-peer.12 Mô hình chuyển mạch NxN. Mô hình bộ chuyển mạch 16x16 dùng Switch 2x2.

Mô hình chuyển mạch 4x4. Sơ đồ tách ghép bƣớc sóng λP2P. (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. Kết quả BER với mô hình peer-to-peer 3 ONU.

Biểu đồ suy hao tƣơng ứng với số ONU. 78 xi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. Bảng phân bổ bƣớc sóng cho ONU. Thống kê thời gian trễ thiết bị.

So sánh số lƣợng và giá thành thiết bị. Tổng hợp suy hao thiết bị. Tỷ lệ lỗi bít BER .