Truyền dẫn quang trong mạng ngn

Như vậy hệ thống mạng viễn thơng truyền thống cĩ rất nhiều nhược điểm mà quan trong nhất là: • Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng.. Theo đĩ cĩ thể định nghĩa khá

B Ộ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO T Ạ O TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

1.5 Các công nghệ ử ụ s d ng trong mạng NGN

1.1 Giới thiệu các mạng viễn thông

Mạng viễn thông có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng

Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối

Hình 1.1: Các thành phần chính của mạng viễn thông

Các mạng viễn thông truyền thống có đặc điểm là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ cho dịch vụ đó

• Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng các kí tự đã được mã hoá bằng 5 bit (mã Baudot) Có tốc độ truyền rất thấp (từ

75 đến 300 bit/s)

• Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POST (Plain Old Telephone Service): ở đây tiếng nói được số hoá và chuyển mạch

ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng

• Mạng truyền số liệu: bao gồm mạng chuyển mạch gói để trao đổi

số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên giao thức X.21

• Mạng tín hiệu truyền hình có thể được truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television) bằng cáp đồng trục hoặc qua hệ thống vệ tinh

• Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng LAN (Local Area Network) với các công nghệ mạng Ethernet, Token Bus và Token Ring

Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể được sử dụng cho các mục đích khác Ví dụ ta không thể truyền tín hiệu truyền hình qua mạng PSTN vì băng thông của mạng không đủ

Do đặc điểm các mạng viễn thông truyền thống tồn tại một cách độc lập với nhau, mỗi mạng lại yêu cầu một phương pháp thiết kế, vận hành bảo, dưỡng khác nhau Như vậy hệ thống mạng viễn thông truyền thống có rất nhiều nhược điểm mà quan trong nhất là:

• Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng

• Thiếu mềm dẻo: sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh

mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngoài ra sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai Mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau và các mạng truyền thống sẽ khó thích nghi được với các đòi hỏi này

• Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng

Mặt khác, mạng viễn thông hiện nay được thiết kế nhằm mục đích khai thác dịch vụ thoại là chủ yếu Sự bùng nổ lưu lượng thông tin đã cho thấy sự kém hiệu quả của chuyển mạch kênh TDM Chuyển mạch kênh truyền thống chỉ dùng để truyền các lưu lượng thoại có thể dự đoán trước, và nó không hỗ trợ lưu lượng dữ liệu tăng đột biến một cách hiệu quả Khi lượng dữ liệu tăng

vượt lưu lượng thoại, đặc biệt đối với dịch vụ truy cập Internet quay số trực tiếp, thường xảy ra nghẽn mạch do nguồn tài nguyên hạn hẹp Trong khi đó, chuyển mạch kênh làm lãng phí băng thông khi các mạch đều rỗi trong một khoảng thời gian mà không có tín hiệu nào được truyền đi

Trước những nhược điểm đó đòi hỏi phải có một cơ sở hạ tầng duy nhất

phương tiên,…) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay

1.2 Khái niệm về mạng NGN:

Mạng viễn thông thế hệ mới NGN (Next Generation Network) có nhiều tên gọi khác nhau, như:

• Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)

• Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và phi thoại, cấu trúc mạng hội tụ)

• Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)

• Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ lẫn nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM)

Theo đó có thể định nghĩa khái quát mạng NGN như sau: Mạng viễn thông thế hệ sau NGN là một mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ gói để có thể triển khai nhanh chóng các loại hình dịch vụ khác nhau dựa trên sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động

Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ mới là mạng tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể chuyển tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu lớn vào mạng IP, nhờ đó

1.3 Đặc điểm của mạng NGN:

Mạng NGN là một mạng có hạ tầng thông tin chung dựa trên cơ sở công nghệ chuyển mạch gói để có thể cung cấp các dịch vụ bao gồm các dịch vụ viễn thông, cung cấp các công nghệ truyền tải băng thông rộng và đảm bảo chất lượng dịch vụ( QOS), trong đó các chức năng liên quan đến dịch vụ độc lập với các công nghệ truyền tải lớp dưới NGN cung cấp khả năng truy nhập không hạn chế của người sử dụng đến nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau NGN hỗ trợ các dịch vụ di động nói chung, tức là người sử dụng có thể truy nhập ở mọi nơi với bất kỳ phương thức truy nhập nào

Theo đó, mạng NGN có những đặc điểm cơ bản sau:

- Chức năng điều khiển được tách khỏi chức năng truyền tải, cuộc gọi và dịch vụ

- Tách biệt dịch vụ và mạng, cung cấp các giao diện mở (APIs) nhằm hỗ trợ cho việc tạo các dịch vụ mới mà không phụ thuộc nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng

- Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ (dịch vụ thời gian thực, đa phương tiện, )

- Cung cấp dịch vụ băng rộng với sự trong suốt từ đầu cuối tới đầu cuối

- Hỗ trợ các dịch vụ và tính năng di động nói chung

- Người sử dụng không bị lệ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ khác nhau

1.4 CẤU TRÚC MẠNG NGN

1.4.1 Cấu trúc luận lí

Cho đến nay, Liên minh viễn thông thế giới ITU vẫn chưa có một khuyến nghị chính thức nào về cấu trúc của mạng NGN Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra các mô hình cấu trúc về mạng thế hệ mới như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Bên cạnh việc đưa ra nhiều mô hình cấu trúc mạng NGN khác nhau và kèm theo là các giải pháp mạng cũng như các sản phẩm thiết bị khác nhau

Nhìn chung từ các mô hình này, cấu trúc mạng thế hệ mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau:

Mô hình phân lớp chức năng của mạng NGN :

Xem xét từ góc độ kinh doanh vàcung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc mạng

thế hệ sau còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ Trong môi trường phát triển

cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp ứng

API

API Lớp điều khiển

Lớp truyền thông

Lớp truy nhập và

truyền dẫn

Lớp quản lý

Lớp điều khiển

Lớp truyền thông

Lớp truy nhập và truyền dẫn

Lớp quản lý

Lớp ứng dụng

Hình 1.2: Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN

- Phân tích :

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và số liệu

Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài truyền thống thành các lớp mạng riêng rẽ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn

Sự thông minh trong xử lí cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực chất là đã được tách ra từ ma trận chuyển mạch Bây giờ, sự thông minh ấy nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch)

và cũng được gọi là bộ điều khiển cổng truyền thông (Media Gateway Controller) hoặc là một tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong cấu trúc mạng mới Các giao diện mở hướng tới các ứng

tạo điều kiện dễ dàng cho việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ và đảm bảo đưa

ra thị trường trong thời gian ngắn nhất

Hình 1.3: Cấu trúc luận lí của mạng NGN

Tại lớp truyền thông, các cổng được đưa vào sử dụng để làm thích ứng thoại và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói Các Media Gateway này được sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách

hàng (RGW – Residental Gateway), với các mạng truy nhập (AGW – Access

tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khác nhau, như cung cấp các âm quay số hoặc thông báo Ngoài ra chúng còn có các chức năng tiên tiến hơn như: trả lời tiếng nói tương tác và biến đổi tiếng nói sang văn bản và văn bản sang tiếng nói

Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dịch vụ mới được giới thiệu nhanh chóng Đồng thời chúng cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc giới thiệu các phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thông hiện tại thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấp

Hệ thống chuyển mạch của NGN phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như hệ thống chuyển mạch kênh: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền tải Các giao diện

mở có sự khác biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chon lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN

2 Cấu trúc vật lí

NGN – Next Generation Network - Cần dược hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp chứ không phải là một mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo hướng NGN, người ta quan tâm tới việc kết nối mạng thế hệ sau với các mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng để đạt được hiệu quả khai thác tối đa

b Media Gateway Controller (MGC)

MGC là đơn vị chính của softswitch Nó đưa ra các quy luật xử lí cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó Nó điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS

MSG chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như

PSTN, SS7, mạng IP Nó chịu trách nhiệm quản lí lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau Nó còn được gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các bản tin

Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho softswitch

e Application Server/Feature Server

Server có đặc tính là server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương mại Vì hầu hết các Server này tự quản lí các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng

Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc MGC, hoặc cũng có thể thực hiên một cách độc lập Những ứng dụng này giao tiếp với MGC thông qua các giao thức như SIP, H.323,… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng

1.5 Các công nghệ sử dụng trong NGN

- Công nghệ truyền dẫn : Trong cấu trúc mạng NGN, truyền dẫn là

một thành phần quan trong của lớp kết nối (bao gồm truyền tải và truy nhập) Trong mạng NGN công nghệ truyền dẫn được sử dụng là SDH và WDM với khả năng hoạt động linh hoạt, mềm dẻo, thuận lợi cho khai thác điều hành và quản lý

- Công nghệ truy nhập mạng : Trong xu hướng phát triển mạng

NGN sẽ duy trì nhiều loại hình mạng truy nhập vào một môi trường truyền dẫn chung như : Mạng truy nhập quang, Mạng truy nhập vô tuyến, Các phương thức truy nhập cáp đồng: HDSL, ADSL, Xu hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng

- Công nghệ chuyển mạch : Chuyển mạch cũng là một thành phần

trong lớp mạng truyền tải của cấu trúc NGN Trong mạng NGN công nghệ chuyển mạch không phải là chuyển mạch kênh như trong các hệ thống TDM mà là công nghệ chuyển mạch gói như: IP, ATM, ATM/IP hay MPLS cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau

2.5 Các thành phần cơ bản của mạng WDM.

2.1 Giới thiệu hệ thống thông tin quang

Cách đây 20 năm, từ khi các hệ thống thông tin cáp sợi quang được chính thức đưa vào khai thác trên mạng viễn thông, mọi người đều thừa nhận rằng phương thức truyền dẫn quang đã thể hiện khả năng to lớn trong việc chuyển tải các dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại của nhân loại Các nhà sản xuất đã chế tạo ra những sợi quang đạt tới giá trị suy hao rất nhỏ, giá trị suy hao 0,154 dB/km tại bước sóng 1550 nm đã cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sợi quang trong hơn hai thập niên qua Cùng với

đó là sự tiến bộ lớn trong công nghệ chế tạo các nguồn phát quang và thu quang, để từ đó tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm trội hơn

so với các hệ thống thông tin cáp kim loại Dưới đây là những ưu điểm nổi trội của môi truờng truyền dẫn quang so với các môi trường truyền dẫn khác, đó là:

Suy hao truyền dẫn nhỏ

Băng tần truyền dẫn rất lớn

Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ

Có tính bảo mật tín hiệu thông tin cao

Độ tin cậy cao

Chính bởi các lý do trên mà hệ thống thông tin quang đã có sức hấp dẫn mạnh mẽ các nhà khai thác viễn thông Các hệ thống thông tin quang không những chỉ phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa, tuyến đường trục (backbone network), và tuyến trung kế … mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt với cấu trúc tin cậy và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tương lai

Mô hình chung của một tuyến thông tin quang như trong hình 2.1

Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang và phần thu quang Phần phát quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang (có thể là diode phát quang LED, hoặc Laser bán dẫn) và các mạch điện điều

Nguồn phát

Mạch điều khiển

Tín hiệu

điện vào

Sợi dẫn quang

Thu quang

Phát quang Trạm lặp

Khuếch đại quang Đầu thu quang Khôi phục tín hiệu

Khuếch đại

Bộ thu quang

Mạch điện

Tín hiệu điện ra

Mối hàn sợi

Bộ nối

Bộ phát quang

khiển liên kết với nhau Cáp sợi quang gồm có các sợi dẫn quang và các lớp

vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi quang khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài Phần thu quang do bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang còn có các bộ nối quang (connector), các mối hàn, bộ chia quang và các trạm lặp; tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh

Hình 2.1 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang

Với những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ điện tử và điều khiển, công nghệ vật liệu quang đã làm tăng lên rất nhiều năng lực của một hệ thống thông tin quang, dung lượng trên một tuyến đã lên tới cỡ Tetra bps đối với thực nghiệm, hàng trăm Gbit/s đối với các hệ thống và sản phẩm mạng quang thương mại đang được chào bán và triển khai ở châu Âu, Nhật

2.2 Một số đặt tính truyền dẫn của sợi quang:

2.2.1 Suy hao trong sợi quang:

Suy hao trên sợi quang là s suy gi m công su t ánh sáng trong suự ả ấ ốt quá trình truy n dề ọc theo sợi quang Có 3 nguyên nhân gây suy hao trên sợi

quang: do hấp thụ, do tán x , và do sạ ợi bị ố u n cong

0 0.5 1.0 1.5 2.0

Hình 2.2: Đặc tuyến suy hao của sợi quang

Trên đặc tuyến suy hao, ta c n chú ý đ n 3 c a sổ ầ ế ử suy hao:

- Cửa sổ thứ nhấ t ở bước sóng 850nm: đư c xem là bư c sóng có ợ ớsuy hao th p nhấ ấ ốt đ i v i nhớ ững sợi quang được chế ạ t o trong giai

thấp nhấ t

- Cửa ổ thứ ha b c s i ở ướ sóng 1300nm: suy hao ở ước sóng này b

độ tán s c r t th p nên đang đư c s d ng r ng rãi hi n nay ắ ấ ấ ợ ử ụ ộ ệ

- Cửa sổ thứ ba ở bước sóng 1550nm: cho đến nay suy hao ở bước sóng này là th p nhấ ất, có th dư i 0,2 dB/km Trong nh ng sợi ể ớ ữquang bình thư ng, đờ ộ tán s c ớc sóng 1550nm lớắ ởbư n hơn so vớ ởi

có thể ả gi m đ ộ tán sắc ở 1550nm đi r t nhiềấ u Khi đó s d ng cử ổ ử ụ a sthứ 3 s có đư c cảẽ ợ 2 l i điểm: suy hao th p và tán sợ ấ ắc nhỏ Do vậy,

bư c sóng 1550 ngày càng đướ ợc s d ng rộng rãi, nhất là trong các ử ụtuyến cáp quang thả bi n.ể

2.2.2 Tán sắc: (Dispersion)

Tương tự như tín hi u điệ ện, tín hi u quang truyền qua sợệ i quang cũng bị biến dạng Hiện tư ng này được g i là tán sợ ọ ắc Sự tán sắc làm méo dạng tín

hiệu analog và làm xung bị chồng l p trong quá trình truy n dấ ề ẫn quang

Có hai loại tán s c: tán sắ ắc mode (modal dispersion hay intermodal dispersion) và tán sắc s c thắ ể (chromatic dispersion)

chỉ có tán s c sắ ắc thể

- Tán sắc mode:

nhau Do đó khi đ n đế ầu thu, các mode này nhập lại nhưng ở ờ th i đi m chênh ể

lệch nhau gây ra sự dãn độ ộng xung r

Để gi m tán s c mode trên s i quang đa mode, ngư i ta ch tao s i ả ắ ợ ờ ế ợquang có chiết su t giấ ảm dần (GI – Graded index) Ở loại sợi quang này, lõi -

được ch t o vớế ạ i các chi t suế ất khác nhau sao cho các mode đi theo đường dài nhất thì có vận tốc lớn nhất và ngược lại với các mode đi theo đường ngắn nhất

Tuy nhiên có một giải pháp tốt hơn là dùng s i quang đơn mode để ạợ lo i

b ỏ hoàn toàn hiện tư ng tán sắc mode.ợ

- Tán sắc sắc thể:

Do tín hi u quang truy n trên s i không phệ ề ợ ải là đơn sắc mà g m m t ồ ộkhoảng bước sóng nhấ ịt đ nh Mỗi bước sóng lại có vậ ốn t c truy n khác nhau ềnên th i gian truyờ ền cũng khác nhau Tán s c sắc thể ắ bao gồm tán s c vắ ật liệu

Tán s c vắ ật liệu xuất hiện là do chiết su t cấ ủa thủy tinh thay đ i theo ổbước sóng nên vận tốc truy n c a ánh sáng có bư c sóng khác nhau cũng khác ề ủ ớ

nhau

Tán s c dắ ẫn sóng xuất hiện là do s phân bự ố năng lượng ánh sáng trong

nhóm vào bước sóng

Đố ớ ợi v i s i đơn mode (không có tan s c mode), tán s c t ng b ng tán s c ắ ắ ổ ằ ắ

vật liệu cộng ới tán sắc dẫn sóng v

2.2.3 Tính phi tuyến trong sợi quang:

thuộc vào cư ng đ ánh sáng, t c công suờ ộ ứ ất ánh sáng Đ i v i hố ớ ệ thống thông tin sợi quang, n u công su t quang không l n thì s i quangế ấ ớ ợ có tính năng truyền d n tuyẫ ến tính Đ tăng khoể ảng cách truy n d n mà không c n bề ẫ ầ ộ khuếch đ i, ngư i ta tăng công su t quang lên Tuy nhiên, khi đó sạ ờ ấ ợi quang sẽ xuất hiện các hiện tư ng phi tuy n gây ợ ế ảnh hư ng đở ến hiệu năng truy n dẫn ềSau đây ta sẽ tóm l c các hi n tư ng phi tuyếượ ệ ợ n đó:

-Khi cường đ ánh sáng thay đ i, đ l ch pha phi tuy n cũng thay đ i ộ ổ ộ ệ ế ổtheo và là một hàm theo thời gian Điều này làm cho t n sầ ố cũng thay đ i vì ổ

tần số là đạo hàm của đ ệch pha theo thời gian Mà tần số thay đổi thì sẽ làm ộ ldãn độ ộ r ng xung do sự tán s c s c th ắ ắ ể

2.2.3.2 Điều chế pha chéo (XPM – Cross phase modulation):

Hiện tư ng này x y ra ợ ả ở các h th ng đa kênh (multichannel) như WDM ệ ố

Có thể phát bi u như sau: đ l ch pha củể ộ ệ a m t kênộ h không những chỉ phụ thuộc vào cư ng đ tín hiệu củờ ộ a kênh đó mà còn ph ụ thuộc vào cư ng đ ờ ộ tín hiệu của các kênh khác Do đó XPM gây nh hưả ởng cho hệ thống nghiêm trọng hơn SPM

tốc đ cao (>10Gbit/s).ộ

2.2.3.3 Trộn 4 sóng (FWM – Four-wave mixing):

Với các hệ thống WDM, ta phải luôn chú ý đ n ảế nh hư ng của hiện ởtượng này Cơ ch cơ b n c a FWM là: khi 3 sóng đi n t cùng đư c truy n ế ả ủ ệ ừ ợ ềtrên một sợi cáp sẽ làm sinh ra sóng điệ ừ ứn t th tư do điện nạp của s i cáp χợ E

có chứa thành ph n phi tuy n Trên thầ ế ực tế, từ 3 bư c sóng ban đớ ầu có thể sinh ra r t nhiấ ều bước sóng khác ch không phứ ải chỉ ộ m t

Ảnh hư ng c a FWM lên h th ng ph thu c vào các tham s c a s i, s ở ủ ệ ố ụ ộ ố ủ ợ ố

kênh, kho ng cách kênh và công suả ất phát Do đó, một số cách đơn gi n đ ả ể

cách kênh, gi m công suả ất phát

Hiện tại FWM là hiện tư ng phi tuy n gây hợ ế ạn chế chủ ế y u nh t trong hấ ệ thống WDM

2.2.3.4 Tán xạ kích thích (Stimulated scattering):

Trong khi tán xạ tuy n tính đư c đ c trưng b i tần số ủế ợ ặ ở c a tia tán xạ ằ b ng

tần số ủa tia tới, còn tán xạ phi tuyến hay tán xạ kích thích thì tần số tia tán c

x ạ khác tần số tia tới Tán xạ phi tuyến làm tăng suy hao s i quang khi công ợsuất phát lớn

Brillouin kích thích (SBS)

SBS chủ ế y u tán xạ ngược về sau (backwards) gây ra do sự dao động cơ

học Thực chất tín hiệu quang là một trư ng đi n từ ất mạờ ệ r nh Chính trư ng ờ

điện từ này đã sinh ra dao động cơ học trên Tác đ ng củộ a SBS thường không đáng kể đố ớ i v i các h thệ ống WDM nhưng lại quan trọng đố ới v i các h th ng ệ ốđơn kênh

SRS gây ra bởi cơ ch tương t nhưng s dao đ ng ở đây là dao động ế ự ự ộphân tử ch ứ không phải dao đ ng cơ h c Tia tán x ộ ọ ạ SRS xuất hiện ở ả c 2

hướng tới và ngược v ề sau Ngượ ạc l i v i SBS, SRS có thể ỏớ b qua trong h ệ

thống đơn kênh nhưng l i là m t vạ ộ ấn đ trong h ống WDM Công suất luôn ề ệth

được truyền từ bước sóng ngắn hơn sang bư c sóng dài hơn (tớ ức là t ừ bước sóng có năng lượng cao đến bước sóng có năng lượng thấp) Đi u này tạo ra ềnhiễu cộng ở các bư c sóng dài hơn và nhiớ ễu trừ ở các bư c sóng ngắớ n hơn

2.3 Các thế hệ mạng quang :

Mạng quang với những ưu điểm vượt trội so với các mạng khác không những có khả năng cung cấp băng thông lớn mà còn cung cấp một kiến trúc hạ tầng chung cho các loại dịch vụ khác nhau Khi xem xét sự phát triển của mạng quang, có thể chia mạng quang thành hai thế hệ:

Thế hệ thứ nhất: chỉ dùng để truyền dẫn và cung cấp dung lượng Tất

cả các chức năng chuyển mạch và các chức năng mạng thông minh khác đều thực hiện bằng điện tử Ví dụ mạng của thế hệ này là SONET và SDH

Thế hệ thứ hai: tất cả các chức năng chuyển mạch, định tuyến và các

chức năng thông minh khác đều thực hiện ở lớp quang (optical layer)

Sự ra đời của mạng quang thế hệ thứ 2 đã bổ sung thêm một lớp, được gọi là lớp quang (optical layer) trong phân cấp giao thức Lớp quang là lớp phục vụ (server layer), cung cấp các dịch vụ cho các lớp khách hàng (client layers) Lớp quang cung cấp các đường quang cho nhiều lớp khách hàng khác nhau (hình 2.3) Các lớp khách hàng nằm trên lớp mạng quang thế hệ thứ hai bao gồm: IP, ATM, và SONET/SDH, cũng như các giao thức khác như: Gigabit Ethernet, ESCON (Enterprise Serial Connection-giao thức dùng để kết nối máy tính với các thiết bị lưu trữ hay kết nối với các máy tính khác), hoặc Fiber Channel (có chức năng như ESCON nhưng tốc độ cao hơn) Ngoài việc cung cấp các đường quang, mạng quang thế hệ thứ hai còn cung cấp các dịch vụ khác như: chuyển mạch gói theo mạch ảo (virtual circuit) hay datagram Các dịch vụ này có thể giao tiếp trực tiếp với các ứng dụng của người dùng như trên hình 2.3 Có thể kết hợp nhiều lớp khác nhau như IP trên SONET trên quang và ATM trên quang

Hình 2.3 Phân lớp của mạng có lớp mạng quang thế hệ thứ hai hỗ trợ mọi lớp

Các ứng dụng của người dùng

Các mạch ảo Datagrams

khách hàng khác nhau ở phía trên

Hình 2.4 Mạng WDM định tuyến bước sóng

Hình 2.4 là một minh họa cho mạng này Đây là mạng WDM toàn quang với các thiết bị chuyển mạch và định tuyến bước sóng Mạng trong trường hợp này gọi là mạng định tuyến bước sóng: mạng cung cấp các đường quang (lightpath) tới người sử dụng là các đầu cuối SDH (SONET) hay các bộ định tuyến IP Trên hình 1.4, có thể thấy các đường quang giữa B và C, D và E, E

và F, A và F Trong mạng định tuyến bước sóng này, tại các nút trung gian, các đường quang được định tuyến và chuyển mạch từ một liên kết này đến một liên kết khác Có thể xảy ra trường hợp biến đổi bước sóng Các phần tử quan trọng cho kết nối mạng quang là bộ kết cuối đường dây quang (OLT), bộ ghép kênh xen/rớt quang (OADM) và bộ kết nối chéo quang (OXC)

Nguyên lý cơ bản của k thu t WDM là truy n song song nhiều bước sóng ỹ ậ ềtrên cùng một sợi quang Mỗi bước sóng mang m t kênh dộ ữ ệ li u Các kênh tín hiệu khác nhau sẽ đư c chuyểợ n thành các bư c sóng khác nhau và đư c ớ ợghép vào một sợi quang tạ ầi đ u phát nhờ ộ b ghép kênh, và đư c tách ra trở ạợ l i

tạ ầi đ u thu nhờ ộ phân kênh Số lượ b ng bư c sóng mà ột sợi quang có thểớ mmang đồng thời b giớị i h n bởạ i tính ch t v t lý c a s i và k thuấ ậ ủ ợ ỹ ật dùng để

Đầu cuối SONET

IP router

ghép và tách các bước sóng Các k thu t đã đư c thương m i hóa hi n nay có ỹ ậ ợ ạ ệ

thể ỗ h ợ đếtr n 80 - 100 bước sóng trên một sợi quang và con s này còn có thố ể tăng lên trong một tương lai g n Mỗi kênh có tốầ c độ ừ t 2.5 Gb/s, 10 Gbps đ n ế

40 Gbps Để tránh xuyên nhi u giữa các kênh phải có kho ng cách nhễ ả ấ ịt đ nh Theo khuy n ngh G.692 cế ị ủa ITU-T đã đưa ra cụ th các kênh bưể ớc sóng và khoảng cách gi a các kênh này có thữ ể ự l a chọn 200 GHz , 100 GHz và 50 GHz

Theo th i gian khái niờ ệm WDM đư c thay bằợ ng khái niệm DWDM (Dense

khác biệt nào hai khái niệm trên, DWDM nói đến kho ng cách g n gi a các ả ầ ữkênh và ch ỉra một cách định tính số lượng kênh riêng rẽ (mậ ột đ kênh) trong

Hình 2.5 : Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM

H ệ thống WDM về cơ bản chia l m 2 loại : hệ thốà ng đơn hư ng vớ à h ệ thống song hư ng như minh hoớ ạ trên h nh 3.1 H thì ệ ống đơn huớng chỉ truyền theo

một chiều trên sợi quang Do vậy, đ truyền thông tin gữể a hai đi m cần 2 sợi ểquang Hệ th ng WDM song hư ng, ngư c lại, truyềố ớ ợ n 2 chi u trên mề ột sợi quang nên chỉ ầ c n 1 s i quang cợ ũng có th trao đ i thông tin giữể ổ a 2 đi m ể

Hình 2.6 : Hệ ố th ng ghép kênh bư c sĩng đơn hư ớ ớng và song hư ớng

C ả hai hệ thống đ u c nhữề ĩ ng ưu, như c đi m riêng Giả ử ằng cơng nghệợ ể s r

hiện tại chỉ cho phép tr ền n bước sĩng trên muy ột sợi quang, so sánh hai hệthống ta thấy :

 Xét về dung lượng, hệ thống đơn hư ng c khả năng cung cấp dung ớ ĩ lượng cao g p đơi so v i hệ thốấ ớ ng song hư ng Ngư c l i, s s i quang c n s ớ ợ ạ ố ợ ầ ử

dụng gấp đơi so v i hệ thốớ ng song hư ng.ớ

 Khi sự ố đứ c t cáp x y ra, h th ng sĩng hư ng khơng c n đén h th ng ả ệ ố ớ ầ ệ ốchuyển mạch bảo vệ ự độ t ng APS (Automatic Protection Switching) vì c ả hai

đầu c a liên k t đ u cĩ kh năng nh n bi t s c m t cách t c thì ủ ế ề ả ậ ế ự ố ộ ứ

 Đứng v íềkh a c nh thi t k m ng, h th ng song hư ng khĩ thi t k hơn ạ ế ế ạ ệ ố ớ ế ế

vì cịn phải x t thêm c c yếu tố như : vấé á n đ xuyên nhiễu do c nhiềề ĩ u bư c ớ

sĩng hơn trên một quang, đ m bảả o đ nh tuyến v phân bố bước s ng sao cho ị à ĩhai chiều trên s i quang khơng d ng chung mợ ù ột bước sĩng

 Các bộ khuếch đ i trong hệ thốạ ng song hư ng thư ng cớ ờ ĩ cấu tr c phức ú

tạp hơn trong h thốệ ng đơn hư ng Tuy nhiên, do số bước s ng khuếớ ĩ ch đ i ạtrong hệ th ng song hưố ớng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở ệ h thống song

hướng, các bộ khuếch đ i s cho cơng su t quang ngõ ra lớạ ẽ ấ n hơn so với h ệthống đơn hư ng ớ

RxN

.

ג ג 1, 2,… , n ג

ג ג 1, 2,… , n ג EDFAEDFA

RxN

ג ג 1, 2,… , n ג

ג ג 1, 2,… , n ג

EDFA EDFA

Hệ thống WDM đơn hướng

Hệ thống WDM song hướng

2.4 Chức năng của hệ thống WDM :

Hình 2.7 : Sơ đồ ch c năng h th ng WDM ứ ệ ố

Như minh họa trên hình 2.7, để đả m b o việc truyền nhiềả u bước sĩng trên m t ộ

Laser Hiện tại đã cĩ m t số ạộ lo i nguồn phát như : Laser điều chỉnh bước sĩng (Tunable Laser), Laser đa bước sĩng (Multiwavelenght Laser)… Yêu cầu

đối v i ngu n pháớ ồ t Laser l ph i cĩ r ng ph h p, bư c sĩà ả độ ộ ổ ẹ ớ ng ph t ra n á ổ

định, m c cơng su t phát đ nh, bư c sĩng trung tâm, đ r ng ph , đ r ng ứ ấ ỉ ớ ộ ộ ổ ộ ộchip phải nằm trong giới hạn cho phép

 Ghé áp/t ch t n hiệu : gh p t n hiệu WDM lí é í à s kự ết hợp một số nguồn

sáng kh c nhau th nh một luồng t n hiệu nh s ng tổng hợá à í á á p đ truyền dẫn qua ể

sợi quang T ch t n hiệu WDM lá í à s ự phân chia luồng t n hiệu nh s ng tổng í á á

hợp đ th nh cá íĩ à c t n hiệu nh s ng riêng rá á ẽ ạ t i m i cỗ ổng đầu ra bộ tách Hi n ệ

tại đã cĩ các bộ ch/gh p t n hiệu WDM như : bộ ọ tá é í l c màng m ng đi n mơi, ỏ ệ

cách tử Bragg sợi, c ch tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ ợp AWG, bộ ọc á h lFabry-Perot… Khi xét đến các bộ ch ghé tá p kênh WDM, ta phải xét đến các tham số như : kho ng c ch giả á ữa các kênh, độ ộ r ng băng t n củầ a kênh bư c ớ

sĩng, bước s ng trung tâm c a kênh, m c xuyên âm giĩ ủ ứ ữa các kênh, tính đồng

đều c a kênh, suy hao xen, suy hao ph n xủ ả ạ Bragg, xuyên âm đầu gần đ u ầxa…

 Truyền d n tín hi u : quá ìẫ ệ tr nh truy n tín hi u trong s i quang ch u s ề ệ ợ ị ự

ảnh hư ng c a nhi u y u t : suy hao s i quang, t n sở ủ ề ế ố ợ á ắc, các hiệu ứng phi

EDFA

Truyền tín hiệu trên Sợi quang

tuyến, vấn đ liên quan đ n khuếề ế ch đ i tạ ín hiệu… Mỗ ấi v n đ k trên đ u phụ ề ể ềthuộc rất nhi u v o y u tề à ế ố ợ s i quang (loại sợi quang, chất lượng sợi …)

tại 1310 nm và giá trị tán sắc lớn tại 1550nm (<17ps/nm.km) hiện nay vẫn

giá gần đây cho thấy rằng loại sợi có thể dùng cho hệ thống WDM tốc độ trung bình mà không làm suy giảm chất lượng tín hiệu qua các khoảng cách đáng kể nếu hệ thống có sử dụng sợi bù tán sắc hoặc các thiết bị bù tán sắc khác

sóng 1550 nm như ng không được khuyến nghị dùng cho hệ thống WDM do tác động của hiệu ứng phi tuyến nhất là FWM

là hiệu ứng trộn 4 bước sóng (FWM) đối với hệ thống là loại sợi được thiết

kế cho các hệ thống WDM

 Khuếch đ i tín hi u : h th ng hi n t i ch y u s d ng b khu ch đ i ạ ệ ệ ố ệ ạ ủ ế ử ụ ộ ế ạquang sợi EDFA Có 3 chế độ khuế ch đ i : khuếạ ch đại công su t, khuấ ếch đ i ạ

phả ải đ m bảo c c yêu c u sau :á ầ

 Độ ợ l i khu ch đ i đ ng đ u đ i v i t t c các kênh bư c sóng ế ạ ồ ề ố ớ ấ ả ớ

 S ự thay đổi số lượng kênh bư c s ng l m việớ ó à c không đư c gây ợ

ảnh hư ng đ n m c công su t đ u ra cở ế ứ ấ ầ ủa các kênh

 Có khả năng ph t hiện sự chênh lệch công suấ ầá t đ u v o để điều àchỉnh lại các hệ ố s khu ch đại nhế ằm đ m bảả o đặc tuyến khuếch đ i là bằng phẳạ ng đ i v i tố ớ ất cả các kênh

 Thu tín hiệu : thu t n hiệu trong c c hệ thống WDM cũng sử ụng c c í á d á

b táộ ch s ng quang như trong hệ thốó ng thông tin quang thông thư ng : PIN, ờ

APD

2.5 Các thành phần cơ bản của mạng WDM:

2.5.1 Thiết bị đầu cuối (OLT – Optical Line Terminal):

Thiết bị đầ u cu i là các phố ần tử m ng tương đ i đơn gi n vềạ ố ả mặt cấu trúc Chúng được dùng ở đầ u cu i c a m t liên k t đi m – ểố ủ ộ ế ể đi m đ ghép và phân ểkênh bước sĩng Một b ộ OLT thơng thường gồm cĩ 3 phần tử chức năng chính: bộ chuyển đổi tín hiệu (transponder), bộ ghép/phân kênh bư c sĩng ớ(wavelength multiplexer/demultiplexer), và bộ khuếch đại quang (optical amplifier)

O/E/O

Mux/Demux O/E/O

IP router

SONET

SONET

Laser Bộ thu

Hình 2-8: Sơ đồ khối thi t bế ị đầ u cu i OLT.ố

B ộ chuyển đ i tín hiệu giúp thích ứng tín hiệổ u đi vào m ng với tín hiệu sửạ

dụng trong mạng và ngư c lại Các bộ chuyển tiếp sẽ khơng cần thiết nếu thiết ợ

b ịkhách hàng cĩ thể truyền và nhận trực tiếp các tín hiệu tương thích v i các ớtuyến WDM

được mang trên một bư c sĩng riêng và đư c dùng đớ ợ ể giám sát ho t đ ng của ạ ộcác bộ khu ch đ i dọế ạ c theo liên kết, đ ng thờồ i cũng cung c p nhiềấ u chức năng quản lý khác

đại cho hư ng phát (Booster Amplifier) và c u hình ti n khuớ ấ ề ếch đ i cho ạhướng thu (Pre-Amplifier)

2.5.2 Bộ khuếch đại đường truyền quang (OLA – Optical Line

Amplifier):

Các bộ khu ch đ i đư ng quang có nhiế ạ ờ ệm v ụ nâng mức tín hiệu quang đã suy y u sau khi truyế ền qua m t kho ng cách dài Bộ ả ộ OLA được dùng ở giữa

km) Trong hệ ố th ng WDM, khi c ly truy n dự ề ẫn tăng lên, công su t quang ấkhông đủ thì c n phảầ i có s khuếự ch đ i tín hi u từ ạ ệ phía phát đến phía thu Nhất là khi công suất phát quang liên quan trực tiếp đến các hiệu ứng phi tuyến nên không thể đưa công suất phát lên quá cao Với mạng quang hiện nay, nh ng trữ ạm lặp 3R không thể đáp ng đư c tốứ ợ c đ ộ cao vì chúng gây ra

hiện tư ng “nút thợ ắt quang-điện” do ph i qua biả ến đổi quang-điện Những yếu

t ố trên đã thúc đẩy sự ra đời của các bộ khuếch đ i quang.ạ

Khuếch đ i quang là công nghạ ệ khuếch đ i tín hiệạ u quang một cách trực tiếp không thông qua biến đổi quang-điện Hiện nay có 4 lo i khuạ ếch đại quang, bao gồm: khuếch đại laser bán dẫn SLA, khuếch đ i Raman SRS-A, ạkhuếch đ i Brillouin SBS-A, khuếạ ch đ i sợi quang tr n Erbrium EDFA ạ ộ

Amplifier) là có thể đáp ng tứ ốt các yêu cầu của mạng WDM Khuếch đại này hoạt đ ng tốộ t đ i vớố i các bư c sóng ở băng C (1530-1565 nm) và băng L ớ(1565-1625 nm) Thành phần cơ b n củả a kh i khuố ếch đ i là sợi EDF mắc nối ạtiếp v i nhau Giớ ữa các bộ khuếch đ i có thểạ có b bù tán s c đ bù tán s c ộ ắ ể ắtích lũy dọc theo tuy n quang ế

OSC Tạ ầi đ u vào, khi chưa qua các kh i khuếố ch đ i, kênh giám sát đư c lọc ạ ợ

lại và đưa vào đ u thu OSC Tiếầ p đ n, sau khi khuếế ch đ i các kênh tín hiệu ạ

hiệu và truyền đi Như v y kênh OC không được khuậ ếch đ i bởạ i các OLA

Bộ bù tán sắc

W λ λ

λ1, 2, ,

Hình 2-9: Sơ đồ khối bộ khuế ch đ i đư ạ ờng quang

2.5.3 Bộ ghép/tách kênh quang (OADM – Optical Add / Drop

Multiplexer):

B ộ ghép/tách kênh quang cung cấp một phương th c tiếứ t kiệm đ x lý ể ửlưu lượng trong m ng quang, thư ng đư c s d ng c u hình m ng vịng ạ ờ ợ ử ụ ở ấ ạ(Ring) Chức năng c a bộủ ghép/tách kênh quang là đ ể ghép hay tách một số kênh bước sĩng nhấ ịt đ nh trong khi các kênh cịn lại vẫn cho đi qua

Add/Drop

Add/Drop (a)

(b)

Transponder

OADM

OLT

Hình 2 10: Ví d minh h a vai trị c- ụ ọ ủa OADM

Hình 2-7 minh họa cho vai trị và ích lợi của bộ OADM trong mạng

chỉ ử ụ s d ng các kỹ thu t lọậ c đơn gi n và chả ỉ ầ c n 2 b transponder Trong khi ộ cấu hình (a) cần đ n 8 b transponder, trong đĩ cĩ 6 b là khơng c n thi t ế ộ ộ ầ ếTrong ví d minh hụ ọa này, ta chỉ xét 4 bư c sĩng, trên thớ ực tế, số bước sĩng ghép trên s i quang là r t nhiợ ấ ều Điều này cho th y b OADM giúp giấ ộ ảm chi

Cấu tr c OADM có thể cấu h nh lại : ú ì

Khả năng c u h nh lấ ì ại rất cần thiết cho bộ OADM Kh năng này cho ảthấy sự ự l a chọn các bước s ng đểó xen/rớt không c n phầ ải lên kế ho ch và ạtriển khai thiết bị sao cho phù hợp Đi u nàề y cho ph p nh cung cấp dịch vụé à linh ho t khi lạ ập kế hoạch trong m ng v cho ph p cạ à é ác đường quang đư c ợthiết lập và kết thúc theo yêu cầu của ngườ ử ụi s d ng trong m ng ạ

גn

ג1 ג2

ג ג 1 2…… n ג

ג ג 1 2…… n ג

(d) OSw

Hình 3.1 C: ấu tr c OADM c thể ấú ó c u hình lại

Một OADM l tưởng sẽý có những đ c đi m sau : ặ ể

 Có khả năng cấu h nh để ớt một số ớn c c kênh.ì r l á

 Cho phép người sử ụng chọn c c kênh đặc biệ d á t đ xen rớt v đi ể à xuyên qua dướ ựi s ều khiển từđi xa b ng phần mềm, bao gồằ m c kh ả ả

năng điều khiển các Transponder, mà không ảnh hư ng đở ến s hoạt ự

hiệu đầu vào là tín hi u quang Phệ ần lõi của OXC có thể là điện hoặc toàn quang tuỳ thu c vào cấộ u hình mà nhà s n xuả ất quy đ nh Đ i với các mô hình ị ố

mạng đơn gi n như mô hình m ng tuyến tính hoặc mô hình mạng vòng, ả ạOADM là sự ự l a chọn tối ưu nếu xét v khía c nh kinh t , công ngh ch t o ề ạ ế ệ ế ạ

cầu về khả năng linh động trong việc cung ứng các d ch vị ụ tăng, đồng thời các

dịch vụ đa phương tiện đòi h i phảỏ i đáp ng đư c sự tăng băng thông đột biến ứ ợthì các mô hình m ng hi n tạ ệ ại không đáp ng đư c Khi đó cứ ợ ần tri n khai cể ấu hình m ng mạ ắc lưới (mesh) mà ph n t trung tâm là các bầ ử ộ OXC

OXC có 3 chức năng chính:

- Chuyển m ch s i quang (Fiber Switching): khạ ợ ả năng định tuy n tế ất

c ả bước sóng của sợi đi vào vào sợi đi ra

một số bước sóng từ ột sợi đi vào vào nhiều sợi đi ra m

- Chuyển đ i bư c sóng (Wavelength conversion): khảổ ớ năng chuy n ể

đổi m t bư c sóng ngõ vào thành m t bư c sóng khác ộ ớ ở ộ ớ ởngõ ra

Một OXC thư ng phảờ i đáp ng đư c các yêu cầu cơ bản sau: ứ ợ

- Cung cấp d ch v : OXC ph i h tr kh năng cung c p các lightpath ị ụ ả ỗ ợ ả ấtrong m ng mạ ột cách tự động mà không c n s can thi p c a nhà qu n lý, ầ ự ệ ủ ảchẳng hạn như kh năng đáp ng thêm kênh bưả ứ ớc sóng n u nhu cế ầu băng thông tăng lên…

- Giám sát chất lư ng truy n d n: cho phép trích tín hi u đ n qua m t ợ ề ẫ ệ ế ộ

cổng khác đ thực hiện chứể c năng đo đ c, xác đ nh và giám sát chấạ ị t lư ng ợtruyền dẫn

E/O E/O E/O E/O

O/E/O O/E/O O/E/O O/E/O

O/E/O O/E/O O/E/O O/E/O

O/E/O O/E/O O/E/O O/E/O

O/E/O O/E/O O/E/O O/E/O

O/E/O O/E/O O/E/O O/E/O

O/E/O O/E/O O/E/O O/E/O

OXC

Optical core

OXC

(d) (c) (b) (a)

Hình 2.13: Bộ ế k t nối chéo quang OXC

3.2 Trường h p có chuyợ ển đổi bư c sóng ớ3.3 Vấn đ ề định tuyến

3.4 Vấn đ gán bư c sóng ề ớ3.2 Định tuy n và gán bưế ớc sóng động

4.2 Vấn đề định tuyến

4.3 Vấn đ gán bư c sóng ề ớ

yêu cầu tĩnh và yêu c u đ ng Đ thi t lậầ ộ ể ế p các lightpath với m i loỗ ại yêu cầu này, ta cũng có 2 loại bài toán đ nh tuyếị n và gán bư c sóng tĩnh và đớ ộng tương ứng (S-RWA và D RWA) Trong ph n này s trình bày v bài toán - ầ ẽ ềRWA tĩnh trước Bài toán RWA đ ng s đư c trình bày trong ph n k ộ ẽ ợ ầ ế tiếp.

Giới thiệu bài toán S-RWA:

Bài toán Định tuy n và gán bư c sóng tĩnh S-RWA hay còn đư c g i là ế ớ ợ ọ

khái quát như sau:

- Thích hợp cho d ng tr ng thái lưu lưạ ạ ợng đư c biợ ết trước và có tính

ổn đ nh, s thay đ i ch di n ra trong kho ng th i gian dài (như ị ự ổ ỉ ễ ả ờtrong các mạng đường tr c) ụ

- Trong bài toán S-RWA, đường dẫn và bư c sóng đượớ c xác đ nh ịtrước cho t ng k t nốừ ế i, không ph thuộụ c vào s thay ự đổi thông tin trạng thái đang di n ra trên mể ạng Khi đường dẫn và bư c sóng đã ớđược xác định, các b OXC t i các nút m ng đư c l p trình đ thi t ộ ạ ạ ợ ậ ể ếlập các lightpath đã được ch ỉ định trước

Mục tiêu:

- Tối thiểu hóa số bước sóng cần sử ụng d

- Hoặ ốc t i đa số ế k t n i có th thi t l p ng v i m t s lư ng bư c ố ể ế ậ ứ ớ ộ ố ợ ớsóng và một tập kết nối cho trư c ớ

đồng th i c 2 ràng bu c: Ràng bu c v gán các kênh riêng bi t nhau (DCAC) ờ ả ộ ộ ề ệ

và Ràng buộc về tính liên t c bưụ ớc sóng (WCC) (m c 5.1) Vụ ới công ngh ệhiện t i, ta luôn có mạ ột gi i hớ ạn trên về ố s lư ng bước sóng có th có trong ợ ể một sợi quang (hay liên kết) Và nếu giải pháp tìm đư c sử ụợ d ng nhiều bư c ớsóng hơn giớ ại h n này thì xem như không khả thi trong th c t Vì v y việc ự ế ậgiải bài toán S-RWA cũng sẽ ả ờ tr l i câu hỏi liệu tôpô vật lý hiệ ại có thể đáp n t

ứng đư c yêu c u lưu lư ng đó hay không N u không thì ta ph i thêm vào ợ ầ ợ ế ả

xét các phương trình toán của mô hình nhằm th a m c tiêu t i thi u sốỏ ụ ố ể lư ng ợbước sóng sử ụ d ng trên một liên k t ế

Đặt λsdwlà lưu lượng (hay s yêu c u k t nốố ầ ế i) t m t nút nguừ ộ ồn s đến m t ộnút đích d sử ụ d ng bước sóng w Ta giả ử ằ s r ng có thể có 2 hay nhiều hơn các lightpath c n thiầ ết lập giữa mỗi cặp nút, nhưng mỗi lightpath phải sử ụ d ng

một bư c sóng riêng Do đó ớ λsdw ≤ 1 Đặt sdw

ij

nối) từ ột nút nguồn s đế m n m t nút đích d đi qua tuy n ij và s d ng bư c ộ ế ử ụ ớ

ij

được phép gán cho một lightpath Cho trước m t tôpô m ng vậộ ạ t lý, m t t p ộ ậcác bước sóng, và m t ma tr n lưu lư ng Λ trong đó m i ph n t Λộ ậ ợ ỗ ầ ử sd chỉ ố s

kết nối cần thiết lập giữa nguồn s và đích d Bài toán S RWA có thể được công thức hóa như sau:

-Mục tiêu: tối thiểu hóa Fmax

Sao cho:

1

1 , 0

) (

0

) (

) ( ,

,

, , max

sdw ij

sdw ij

sd w

sdw

sdw sdw k

sdw jk i

sdw ij

w d s

sdw ij

F F

j d j s

j d

j s F

F

j i F

F

λ

λ λ

Cách tiếp cận này đư c sử ụợ d ng đ t đưể đạ ợc số lư ng bư c sóng cần ợ ớdùng nhỏ nhất Hoặc với m t tộ ập bư c sóng cho trướ ớc, ta có th gi i mô hình ể ảnày xem thử có tìm đư c lời giải không Nếợ u không tìm đư c lời gi i thì thợ ả ử

lại với một tập bư c sóng lớn hơn, và ặp lạ ếớ l i đ n khi số bước sóng nhỏ nhất được tìm thấy

Với mục tiêu thứ hai (tối đa hoá s lượng kết nốố i đư c thiết lập cho một ợ

tập bư c sóng cố định và một tập các yêu cầu kết nốớ i cho trư c), ta cũng có ớthể có mô hình toán như sau:

Nsd : số lượng cặp nút ng ồ đích.u

n-L: số liên k t có trong mạng ế

W: số bư c sóng có thểớ có trên m t liên kết ộ

m = {mi}, i = 1, 2, …, Nsd : số ế k t nối được thi t lế ập cho mỗ ặp nguồn-i cđích i

ρ: tải yêu c u (s yêu c u k t n i) ầ ố ầ ế ố

q = {qi}, i = 1, 2, …, Nsd : tỉ ệ ả l t i đư c đáp ng Như vậy qợ ứ iρ = số ết k

nối đư c thiết lập cho mỗi cặp nút nguồn đích i ợ

P: tập các đư ng mà mộ ế ốờ t k t n i có thể đư c đ nh tuyến trên đó ợ ị

A = (aij): là một ma trận P x Nsd trong đó aij = 1 nếu đư ng I nằm giữa ờ

cặp nguồ đích i và an- ij= 0 nếu trái lại

B = (bij): là một ma trận P x L trong đó bij= 1 nếu liên k t j nế ằm trên đường I, và bij= 0 nếu trái lại

C = (cij): ma trận đ nh tuyếị n và gán bư c sóng P x W, trong đó cớ ij = 1 nếu

bư c sóng j đư c gán vào đư ng i, ngướ ợ ờ ợ ạc l i thì cij= 0

=

=Nsd

i i

m q

∈ ij

CTB ≤ 1 WxL

m ≤ 1 WCTA

mi q≤ iρ i = 1,2,…,Nsd

C0(ρ,q) là số ết nố k i đư c thiết lập trong mạng Bất phương trình Cợ TB ≤ 1 WxL

có nghĩa là một bư c sóng chỉ ợc dùng tốớ đư i đa 1 lần trong một liên k t 1ế WxL

là ma trận W x L trong đó các ph n tầ ử đều b ng 1 Bằ ất phương trình m ≤

1WCTA và mi q≤ iρ đảm bảo rằng số ết nố k i đư c thiết lập phải nhỏ hơn yêu ợcầu kết nối 1W là ma trận 1 x W trong đó các phầ ử đền t u bằng 1

Trường hợp có chuyển đổi bước sóng:

Trong mạng WDM định tuyến theo bước sóng, ràng buộc về tính liên t c ụ

bước sóng có thể ợđư c lo i b nạ ỏ ếu như ta có sử ụ d ng các b chuyểộ n đổi bư c ớsóng để chuyển dữ ệ li u đến trên một bư c sóng ở ộớ m t liên k t thành mộế t bư c ớsóng khác tại một nút trung gian trư c khi chuyển tiớ ếp đ n các liên kế ế tiếp ế t kCác mạng đ nh tuyếị n theo bư c sóng như v y đư c gọớ ậ ợ i là wavelength-convertible networks M t lightpath trong m ng này cóộ ạ thể ử ụ s d ng các bư c ớsóng khác nhau dọc theo đư ng đi Như đã đ c p ở ờ ề ậ trên, sự chuyển đổi bư c ớ

sóng làm cải thiện hiệu su t cấ ủa mạng b ng viằ ệc giải quyết vấn đ xung đ t ề ộ

bước sóng giữa các lightpath Thông thường, với m t gi i thu t đ nh tuyến ộ ả ậ ịcho sẵn, sự chuyển đổi bước sóng cung cấp một gi i hớ ạn dưới về xác suất tắc nghẽn có thể đạ t đư c ứợ ng với một gi i thuả ật gán bước sóng

Sau đây là mô hình toán của bài toán S RWA khi b- ỏ đi các ràng buộc v ềtính liên tục bư c sóng: ớ

Mục tiêu: tối thiểu hóa Fmax

0

) (

) (

, ,

, max

j d j s

j d

j s F

F

j i F

F

sdw sdw k

sdw jk i

sdw ij

w d s

sdw ij

λ λ

Trong đó λsdwlà lưu lượng (hay s yêu c u k t nối) từố ầ ế m t nút ngu n s ộ ồ

đến m t nút đích d s d ng bư c sóng w ộ ử ụ ớ sdw

ij

kết nối) từ ột nút nguồ m n s đ n mộế t nút đích d đi qua tuy n ij và sử ụế d ng bư c ớsóng w

toán định tuyến và bài toán gán bước sóng

nối thư ng đư c gán mộờ ợ t đư ng ngắn nhất nối 2 điểờ m đ u cu i (b ng các ầ ố ằ

suất thấp hơn N u có nhiế ều đường ngắn nhất giữa 2 đi m thì việc chọể n đư ng ờ

s mẽ ang tính ngẫu nhiên Thông thư ng, cấu hình tốờ i ưu thu đư c bằng cách ợ