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

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.

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 .