bảo vệ trong mạng truyền tải quang wdm

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADM Add Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ
AOTN All Optical Transport Network Mạng truyền tải toàn quang
APD Avalance Photodiode Diôt tách sóng thác
APS Automatic Protection
Switching
Chuyển mạch bảo vệ tự động
ARC Alarm Reporting Control Điều khiển báo cảnh báo
ASE Amplified Spontaneous
Emission
Phát xạ tự phát được khuyếch
đại
AST Alarm Status Function Chức năng trạng thái cảnh báo
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ
CTP Connection Termination Point Điểm đầu cuối kết nối
DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh
DLE Dynamic Lightpath
Establishment
Thiết lập tuyến quang động
DLP Dedecated Line Protection Bảo vệ đoạn riêng
DPP Dedecated Path Protection Bảo vệ tuyến riêng
DP-WSHR Dedecated-Path-Switched
WDM self-healing ring
Ring WDM tự hồi phục chuyển
mạch bảo vệ tuyến riêng
EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuyếch đại sợi có pha tạp
Erbium
FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn bước sóng
HP Higher order Path Tuyến bậc cao
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ITU International

Telecommunications Union
Liên minh viễn thông quốc tế
LC Link Connection Kết nối tuyến
LOS Loss Of Signal Mất tín hiệu
LP Lower order Path Tuyến bậc thấp
LSA Link State Advertisement Thông báo trạng thái tuyến
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MP
λ
S MultiProtocol Labda Switching Chuyển mạch bước sóng đa
giao thức
MS Multiplex Section Đoạn ghép kênh
i
M-WSHR Multiple WDM Self Healing
Ring Protection
Bảo vệ đa ring WDM tự hồi
phục
MUX Multiplexer Bộ ghép kênh
NZ-DSF Non-ZeroDispersion Shifted
Fibre
Sợi dịch tán sắc khác không
OA Optical Amplier Bộ khuếch đại quang
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang
OBPSR Optical Bi-directional
Protection Switching Ring
Ring chuyển mạch bảo vệ tuyến
hai hướng
OBS Optical Bust Switching Chuyển mạch cụm quang
OC Optical Carrier Truyền tải quang
OC-DPRing Optical Carrier-Dedicated

Protection Ring
Ring bảo vệ dành riêng ở truyền
tải quang
OCG Optical Channel Group Nhóm kênh quang
OCh Optical Channel Kênh quang
OCh-
DPRing
Optical Channel-Dedicated
Protection Ring
Ring bảo vệ dành riêng ở kênh
quang
OCh-
SPRing
Optical Channel Shared
Protection Ring
Ring bảo vệ chia sẻ kênh quang
O-E-O Optical-Enectronical-Optical Biến đổi quang-điện-quang
OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép kênh quang
OMS-
DPRing
Optical Multiplex Section
-Dedicated Protection Ring
Ring bảo vệ dành riêng ở đoạn
ghép kênh quang
OMSP Optical Multiplex Section
Protection
Bảo vệ đoạn ghép kênh
OMS-
SPRing
Optical Multiplex Section –

Shared Protection Ring
Ring bảo vệ dùng chung ở đoạn
ghép kênh quang
OS Optical Source Nguồn quang
OSNCP Optical Subnet Connection
Protection
Bảo vệ kết nối mạng con quang
OTDM Optical Time Division
Multiplexing
Ghép kênh quang phân chia
theo thời gian
OTM Optical Termination
Multiplexer
Bộ đầu cuối ghép kênh quang
OTS Optical Transmission Section Đoạn truyền dẫn quang
OXC Optical Crossconnect Nối chéo quang
ii
PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã
PDH Plesiochronous Digital
Hierachy
Phân cấp số cận đồng bộ
PIN Positive Intrinsic Negative Cấu trúc bán dẫn P-N có lớp tự
dẫn bên trong
PPS Path Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tuyến
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ
SNCP SubNet Connection Protection Bảo vệ kết nối mạng con
SNR Signal-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gian
TWP Tuneable Wavelength Path Tuyến bước sóng đường hầm
VC Virtual Carrier Mạch ảo
VRA Virtual Ring Architecture Kiến trúc Ring ảo
VWP Virtual Wavelength Path Tuyến bước sóng ảo
WC Wavelength Converter Bộ chuyển đổi bước sóng
WDM Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo bước
sóng
WP Wavelength Path Tuyến bước sóng
WR Wavelength Receiver Bộ nhận bước sóng
iii
LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội phát triển kéo theo nhiều ngành khác phát triển mạnh mẽ, trong đó
có viễn thông và công nghệ thông tin nhằm đáp ứng những nhu cầu ngày càng
nhiều và càng cao của con người. Khách hàng ngày càng được cung cấp nhiều
dịch vụ mới với chất lượng và tốc độ được cải tiến. Điều đó đồng nghĩa với việc
các nhà cung cấp phải cải thiện các công nghệ cũ và nghiên cứu các công nghệ
mới để đảm bảo cung cấp cho khách hàng các dịch vụ: đảm bảo chất lượng mà
giá thành thấp. Một trong các giải pháp được đưa ra là công nghệ ghép kênh
theo bước sóng (công nghệ ghép kênh quang WDM). Khái niệm ghép kênh
quang đã xuất hiện từ năm 1958, nhưng mãi đến năm 1997 Tomlinson và
Aumiller mới đưa vào ứng dụng đầu tiên trong thực tế. Ghép bước sóng quang
hay còn gọi là ghép kênh quang theo tần số là một phương thức truyền dẫn mang
lại nhiều lợi ích về kinh tế và vấn đề quản lý mạng. Chính vì vậy mà phạm vi
ứng dụng của nó đã mở rộng một cách nhanh chóng. Các nhà tổ chức thế vận
hội Olympic mùa đông 1992 đã sử dụng tuyến cáp quang ghép bước sóng để
truyền các chương trình giữa các địa điểm thi đấu đến thành phố Alberville.
Hiện ghép bước sóng quang đã được ứng dụng rộng rãi trên các mạng truyền

dẫn như hệ thống truyền hình cáp, trong mạng nội hạt, trong mạng truy nhập
thuê bao và chủ yếu là trong các hệ thống cáp quang biển.
iv
Ở Việt Nam, mạng lưới truyền tải quang trong những năm qua đã đáp ứng
được nhu cầu của người sử dụng. Nhưng với xu hướng phát triển các dịch vụ đa
phương tiện (yêu cầu băng thông lớn) thì mạng truyền tải đó sẽ sớm rơi vào tình
trạng quá tải. Chính vì vậy, công nghệ ghép bước sóng quang (WDM) được
chọn làm giải pháp để giải quyết vấn đề đó. Tháng 4 năm 1998, Việt Nam bắt
đầu triển khai xây dựng trạm cập bờ tuyến cáp quang biển SEA – ME – WE 3
nối 33 quốc gia khác nhau của Châu Á và Tây Âu có tốc độ bit vào cuối năm
1999 lên tới 40 Gbit/s. Đây là tuyến thông tin quang ứng dụng công nghệ ghép
bước sóng quang đầu tiên tại Việt Nam.
Băng tần truyền dẫn của sợi đơn mode rất rộng. Vì vậy giải pháp ghép kênh
theo bước (WDM) sóng sẽ làm tăng dung lượng và giá thành lại thấp. Hơn nữa
ghép kênh theo bước sóng còn được áp dụng trong định tuyến và chuyển mạch
quang.
Để triển khai một hệ thống truyền dẫn WDM cần phải giải quyết rất nhiều
các vấn đề đặt ra như là định cấu hình mạng, thiết kế tuyến, bảo vệ mạng, định
tuyến và phân bổ bước sóng … Để duy trì hoạt động an toàn mạng thì một
trong những vấn đề đặt ra đó là cần phải nghiên cứu vấn đề bảo vệ và phục hồi
cho mạng. Vì vậy trong đồ án này em sẽ tìm hiểu những giải pháp bảo vệ, phục
hồi phù hợp cho mạng truyền tải quang WDM. Để đạt được mục tiêu đó trong
đồ án của em đi vào tìm hiểu những vấn đề chính:
 Tổng quan về công nghệ WDM
 Bảo vệ trong mạng truyền tải quang WDM
 Phục hồi mạng và phân bổ lại tài nguyên
Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng chắc hẳn các vấn đề nêu ra trong phạm
vi đồ án này chưa thể hoàn chỉnh về một vấn đề hết sức quan trọng như vậy. Nội
dung của đồ án vẫn còn có các vấn đề cần phải xem xét thêm và không thể tránh
v

khỏi những khiếm khuyết. Rất mong được các Thầy Cô giáo chỉ bảo, các bạn
sinh viên và các bạn đọc quan tâm tới vấn đề này góp ý, chỉ dẫn thêm.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM
1.1.Giới thiệu
Những năm gần đây, các dịch vụ thông tin tăng trưởng ngày càng nhanh
chóng, yêu cầu về dung lượng truyền dẫn ngày càng lớn, đồng thời yêu cầu về
chất lượng truyền dẫn cũng ngày càng khắt khe hơn.
Để thích ứng với sự tăng trưởng không ngừng đó và thoả mãn yêu cầu tính
linh hoạt của mạng, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã được nghiên cứu,
triển khai thử nghiệm và đưa vào ứng dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ
TDM, WDM, OTDM, Soliton.
Với công nghệ TDM, dung lượng hệ thống có thể đạt tới 5 Gbps, tuy nhiên
đây cũng là giới hạn dung lượng của công nghệ này. Với những gì không đạt
được của hệ thống TDM về mặt dung lượng thì hệ thống thông tin quang dựa
trên công nghệ WDM lại đáp ứng được.
Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang (WDM - Wavelength Division
Multiplexing) là công nghệ truyền đồng thời nhiều bước sóng khác nhau trên
một sợi quang, với dung lượng trên mỗi bước sóng quang điển hình là 2,5 Gbps.
Số lượng ghép thường là (2 – 16) bước sóng (trong tuơng lai, con số này còn lớn
hơn). Ở đầu vào, các bước sóng quang mang thông tin (các kênh quang) được
vi
ghép trên cùng một sợi quang và được truyền dẫn tới đầu thu. Tại đầu thu, các
bước sóng ghép đó được tách ra bằng các bộ tách kênh quang. Dọc theo tuyến
truyền dẫn có thể có các bộ khuếch đại quang để bù lại suy hao truyền dẫn. Công
nghệ này thực sự cho hiệu quả truyền dẫn rất cao mà không quá phức tạp.
Dưới đây là một tính toán cho thấy sự hấp dẫn của công nghệ WDM
Băng tần truyền dẫn của sợi quang là rất lớn; Chỉ với riêng cửa sổ quang
1550 nm thì dải bước sóng có thể sử dụng là 1500 nm – 1600 nm, tương ứng với
dải tần rộng cỡ 12,5 THz.

Sử dụng cho tốc độ truyền tin cỡ 10 Gbps thì chỉ cần sử dụng một phần rất
nhỏ trong băng tần truyền dẫn này. Rõ ràng, có thể thấy dung lượng yêu cầu cỡ
hàng trăm Gbps là hoàn toàn nằm trong khả năng của hệ thống WDM. Thêm vào
đó, hệ thống còn rất mềm dẻo khi có các phần tử như bộ tách ghép quang, bộ nối
chéo quang, chuyển mạch quang, các bộ lọc quang thực hiện lựa chọn kênh động
hoặc tĩnh…
Các công nghệ khác như OTDM, truyền dẫn Soliton thì dung lượng được
đáp ứng rất tốt nhưng lại quá phức tạp, bởi thế mà giá thành hệ thống lại trở
thành vấn đề đáng quan tâm.
Công nghệ WDM với sự nâng cấp mở rộng dung lượng phát triển dịch vụ
băng rộng, khai thác đầy đủ tiềm năng băng rộng của sợi quang, thực hiện truyền
dẫn thông tin siêu tốc, có ý nghĩa rất quan trọng trong truyền dẫn cáp sợi quang
Pha của một
nguồn quang
α [dB]
Băng tần cửa sổ 1550 nm
Hình 1.1 Băng tần truyền dẫn sợi quang.
λ [µm]
0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
1,5 1,6
vii
nói riêng, trong công nghiệp viễn thông nói chung. Thực sự, nó là công nghệ
đáng được quan tâm, nghiên cứu và triển khai ứng dụng rộng rãi.
1.2.Tiến trình phát triển mạng truyền tải
Để thấy rõ được xu hướng phát triển mạng trong tương lai, trước hết nhìn
lại lịch sử phát triển của công nghệ mạng truyền tải. Công nghệ mạng đã trải qua
các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ phân cấp số cận đồng bộ(PDH)
sang phân cáp số đồng bộ (SDH) và gần đây là từ SDH sang WDM (ghép kênh
phân chia theo bước sóng). Để hỗ trợ và tương thích hoàn toàn với công nghệ cũ
thì công nghệ chuyển mạch mới phải thích hợp với công nghệ truyền dẫn trước.

Chẳng hạn công nghệ PCM có chuyển mạch ở mức 64Kbit/s và truyền dẫn ở
mức 2Mbit/s; khi chuyển lên PDH thì nối chéo ở mức 2Mbit/s và truyền dẫn ở
mức 140Mbit/s; và khi lên đến SDH thì nối chéo ở mức 155Mbit/s và truyền dẫn
ở mức 10Mbit/s. Còn với công nghệ WDM thì chưa được xác định rõ nhưng
theo dự đoán thì tốc độ chuyển mạch cơ sở cỡ 300Gbit/s tương ứng với dung
lượng truyền dẫn 10Tbit/s. Dựa theo lịch sử phát triển và nhu cầu hiện tại thì
công nghệ WDM ít nhất cũng đáp ứng được trong một thập kỷ. Trong tương lai,
sớm hay muộn thì cũng cần có công nghệ WDM phát triển hơn và có lẽ được kết
hợp với các kỹ thuật xử lý tín hiệu quang như ghép kênh theo thời gian
quang(OTDM) và chuyển mạch gói quang cùng với các trạm lặp quang 3R để
mở rộng độ trong suốt của mạng. Trong tương lai xu hướng tiến tới mạng toàn
quang (photonic).
Để xây dựng nên một mạng truyền tải photonic khả thi và có lợi về kinh tế
thì ngoài thách thức ban đầu về các công nghệ đường truyền quang chất lượng
cao, các bộ nối chéo, và các nút chuyển mạch quang thì còn cần phải vượt qua
thách thức về cấu trúc mạng. Yêu cầu quan trọng nhất của một mạng truyền tải
đó là nó cần có cấu trúc tốt. Yêu cầu này cũng được thực hiện tương tự như của
các mạng SDH hiện nay. Các thành phần cấu trúc sơ bản đó là các topo Ring và
Mesh và có thể tổ hợp theo vài cách như kết hợp Ring/Mesh, phân cấp đa
viii
Ring…. Hình 1.2 chỉ ra xu hướng phát triển có thể của mạng truyền tải photonic
tương ứng với sự phát triển công nghệ các khối cơ bản.
Khi xây dựng mạng thì cũng cần có sự giám sát xem cái gì sẽ xảy ra trong
mạng. Trong khi khai thác chắc chắn sẽ gặp phải các sự kiện được dự liệu trước
và các sự kiện không xác định trước và đôi khi không mong muốn. Do đó cần có
hệ thống báo hiệu và giám sát cho mạng. So với mạng SDH, thì có rất nhiều vấn
đề cần phải được đề cập trong mạng WDM. Ví dụ giám sát tỷ lệ lỗi bít quang rõ
ràng làm dễ dàng hơn cho hoạt động của mạng WDM. Cần có các tiêu chuẩn về
mào đầu và báo hiệu để phát triển các thiết bị mạng WDM.
ix

Ring WDM kết nối đầy đủ
Ring WDM kết nối tập trung
OADMOADM
Truyền dẫn WDM điểm-điểm
Truyền dẫn WDM chuỗi có OADM
OADM
OADM
OADMOADM
OADM
OADM
OADM
OADMOADM
OADM
oxc
oxc
oxc
oxc
oxc
Topo Mesh và kết nối các Ring
Xu hướng phát triển công nghệ
1996
1998 2000 2002
Hình 1.2 Xu hướng phát triển kiến trúc mạng
Rào cản quan trọng tiếp theo cần vượt đó là phát triển một mô hình thông
tin hiệu quả để trích và xử lý tất cả các trừơng thông tin nhận từ mạng. Các thử
nghiệm đã chỉ ra rằng áp dụng thẳng cách tiếp cận mô hình phân lớp được phát
triển cho mạng SDH đã nảy ra một số vấn đề đối với mạng WDM. Khi phát triển
các hệ thống quản lý các mạng WDM có bản chất tương tự với nhiều hiệu ứng
vẫn chưa được xác định rõ đã nảy ra các thách thức mới cho nghiên cứu.
1.3.Công nghệ WDM

1.3.1 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM
So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy
những ưu điểm nổi trội:
 Dung lượng lớn truyền dẫn lớn
Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với
tốc độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn
hơn nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với
mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là
200Gbit/s đã được thử nghiệm thành công. Trong khi đó thử nghiệm hệ thống
TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s).
x
• Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ
thống TDM đơn kênh tốc độ cao.
Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn
tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng
(kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. Điều này làm giảm đáng kể
tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc… Do đó tránh được sự
phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao.
• Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thậm chí ngay cả
khi hệ thống vẫn đang hoạt động
Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của các mạng hiện có mà
không phải lắp đặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang). Bên cạnh đó nó cũng
mở ra một thị trường mới đó là thuê kênh quang (hay bước sóng quang) ngoài
việc thuê sợi hoặc cáp. Việc nâng cấp chỉ đơn giản là cắm thêm các Card mới
trong khi hệ thống vẫn hoạt động (plug-in-play).
• Quản lý băng tần hiệu quả và tái cấu hình mềm dẻo và linh hoạt
Nhờ việc định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM nên nó có
khả năng quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng
trong chu kỳ sống của hệ thống mà không cần đi lại cáp hoặc thiết kế lại mạng
hiện tại.

• Giảm chi phí đầu tư mới
Bên cạnh những ưu điểm trên WDM cũng bộc lộ một số mặt hạn chế nằm
ở ngay bản thân công nghệ. Đây cũng chính là những thách thức cho công nghệ
này
• Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang
Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng
nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang. Cho dù
xi
công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị tới
hạn.
• Chi phí cho khai thác và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt
động hơn.
1.3.2 Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ cơ bản để tạo nên mạng
quang. Kỹ thuật này tận dụng băng tần của sợi quang bằng cách truyền nhiều
kênh bước sóng quang độc lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi bước
sóng biểu thị cho một kênh quang trong sợi, ta có thể hiểu là mỗi một màu sắc
khác nhau là một kênh thông tin quang khác nhau. Và như vậy tín hiệu truyền
trên hệ thống WDM sẽ giống như một chiếc “cầu vồng”. Mặc dù bước sóng ứng
dụng trong thông tin là những bước sóng không nhìn thấy, song đây là một cách
thức rất trực quan để mô tả nguyên lý này.

Trên một sợi quang hoặc một hệ thống thông tin quang ta có thể ghép bước
sóng quang theo một hướng đi hoặc cả hai hướng đi và hướng về.
Theo thời gian, khái niệm WDM được thay bằng khái niệm DWDM. Về
nguyên lý không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm này, DWDM nói đến
khoảng cách gần giữa các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng kênh riêng
rẽ (mật độ kênh) trong hệ thống. Những kênh quang trong hệ thống DWDM
xii
Hình 1.3 Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM

.
.
.
λn
.
.
.
.
.
.
λ1λ2 λnλ1λ2 λn
M
U
X
D
E
M
U
X
λ1
λn
λ2

λ1
λ2
thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550 nm vì môi trường ứng
dụng hệ thống này là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài và dung lượng
truyền dẫn lớn. Công nghệ hiện nay đã cho phép chế tạo phần tử và hệ thống
DWDM 80 kênh với khoảng cách kênh rất nhỏ (xấp xỉ 0,5 nm). Để thuận tiện
chúng ta dùng thuật ngữ WDM để chỉ chung cho cả hai khái niệm WDM và

DWDM.
Nhìn bên ngoài, một hệ thống truyền dẫn WDM và một hệ thống truyền
dẫn quang SDH có rất nhiều điểm tương tự. Cả hai hệ thống đều có:
• Các thiết bị ghép tách kênh đầu cuối (MUX, DEMUX).
• Các thiết bị khuếch đại đường truyền hoặc lặp (Line Amplifier,
Regenerator).
• Các thiết bị xen/rẽ kênh (ADM).
• Các thiết bị đấu chéo (Cross-Connect Equipment).
• Sợi quang.
Tuy nhiên khác biệt quan trọng giữa chúng là ở chỗ: Hệ thống truyền dẫn
SDH chỉ dùng một bước sóng quang cho mỗi hướng phát, còn hệ thống WDM
thì dùng nhiều bước sóng (từ hai bước sóng trở lên); đối tượng làm việc của hệ
thống SDH là các luồng tín hiệu số PDH/SDH, còn của hệ thống WDM là các
bước sóng và các bước sóng này không nhất thiết chuyển tải tín hiệu số. Mỗi
bước sóng có chức năng như một sợi quang cung cấp môi trường truyền tín hiệu
cho hệ thống khác và vì vậy gọi là sợi “quang ảo”.
WDM ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tăng vọt về băng thông do sự phát
triển chưa từng thấy của mạng máy tính toàn cầu Internet, sự ra đời của các ứng
dụng và dịch vụ mới trên nền tảng Internet. Trước WDM, người ta tập trung mọi
nỗ lực để nâng cao tốc độ truyền dẫn của các hệ thống SDH nhưng kết quả thu
được không mang tính đột phá vì công nghệ xử lý tín hiệu điện tại tốc độ cao đã
dần đến giới hạn. Khi tốc độ đạt tới hàng chục Gbit/s bản thân các mạch điện tử
xiii
không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực kì hẹp. Thêm vào đó chi phí
cho các giải pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động khá phức tạp, đòi hỏi
công nghệ rất cao. Trong khi đó băng thông cực lớn của sợi quang mới được sử
dụng một phần nhỏ. Tuy nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM rất gần với
nguyên lý ghép kênh theo tần số FDM, nhưng các hệ thống WDM chỉ được
thương mại hoá khi một số công nghệ xử lý tín hiệu quang trở nên chín muồi,
trong đó phải kể đến thành công trong chế tạo các laser phổ hẹp, các bộ lọc

quang, và đặc biệt là các bộ khuếch đại đường truyền quang dải rộng (khuếch
đại quang sợi EDFA, khuếch đại Raman).
Các laser phổ hẹp có tác dụng giảm tối đa ảnh hưởng lẫn nhau của các
bước sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang. Các bộ lọc quang dùng để
tách một bước sóng ra khỏi các bước sóng khác. Các bộ khuếch đại đường
truyền dải rộng cần để tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng gồm nhiều bước
sóng, nếu không có các bộ khuếch đại này thì các điểm cần tăng công suất tín
hiệu người ta phải tách các bước sóng ra từ tín hiệu tổng, sau đó hoặc là khuếch
đại riêng rẽ từng bước sóng rồi ghép chúng trở lại, hoặc là phải thực hiện các
bước chuyển đổi quang- điện-quang trên từng bước sóng rồi mới ghép, và như
vậy thì tốn kém và làm cho hệ thống trở nên kém tin cậy.
1.3.3 Cấu trúc mạng WDM
1.3.3.1. Mô hình phân lớp
Trong dự thảo khuyến nghị G.otn của ITU-T thì mạng quang sẽ được phân
chia thành ba lớp, nằm dưới lớp đoạn lặp trong mô hình SDH.
Electronic Layer (Lớp điện)
W
D
M
OCh - Lớp kênh quang
OMS - Lớp đoạn ghép kênh quang
OTS - Lớp đoạn truyền dẫn quang
xiv
• Lớp kênh quang, còn gọi là lớp tuyến quang (OCh – Optical Channel).
Lớp này có chức năng định tuyến từ đầu đến cuối các tuyến quang. Mối OCh đi
qua một số đoạn khuếch đại trong mạng và mỗi đoạn khuếch đại mang nhiều
bước sóng.
• Lớp đoạn ghép kênh quang(OMS – Optical Multiplex Section) được sử
dụng để mô tả một chặng điểm nối điểm dọc tuyến quang. Mỗi OMS bao gồm
một số đoạn lặp nằm giữa hai bộ khuếch đại.

• Lớp đoạn truyền dẫn quang, hay còn gọi là lớp khuếch đại quang(OTS –
Optical Transmission Section). Điều đó cho ta thấy mỗi đoạn ghép kênh quang
thuộc về lớp khuếch đại quang.
Trong mô hình phân lớp giao thức ở mạng truyền tải dưới đây thì quan hệ
lớp ATM; SDH với lớp WDM là quan hệ giữa lớp client và lớp server. Các tín
hiệu SDH và ATM dại diên cho dịch vụ ở lớp client mà được mang trên hệ
thống WDM. Nếu xét đến khái niệm phân lớp mạng thì hệ thống WDM được
xem như phương tiện vật lý, cùng với sợi quang tạo thành lớp “kênh quang”
xv
Bộ khuyếch đại quang
Kết nối
Đoạn
khuếch đại
Đoạn ghép
Kênh
Đoạn
khuếch đại
Đoạn ghép
Kênh
Đoạn
khuếch đại
Đoạn ghép
Đoạn
khuếch đại
Nút
WDM
Hình 1.4 Các lớp con trong lớp quang của mạng WDM

Nút
WDM

Nút
WDM
Dưới góc độ phát triển hệ thống thì WDM cùng với thiết bị xen/rẽ kênh
quang (OADM) và bộ nối chéo quang (OXC) sẽ tạo thành một lớp mạng quang.
Sự phát triển này tiến tới một mạng truyền dẫn sử dụng kênh bước sóng hay nói
ngắn gọn là lớp mạng quang ở dưới lớp client, tức là sẽ tách mạng truyền dẫn về
topo thành hai lớp quang và điện trong đó hệ thống WDM là hạt nhân của “lớp
mạng quang”.
xvi
Lớp mạch điện
(như ATM, IP )
Lớp kênh SDH
Lớp kênh
quang WDM
Hình 1.5 Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền tải

OXC và OADM
Bộ định tuyến
và chuyển
mạch ATM
DXC và ADM
Với sự phát triển mạnh của các thiết bị chuyển mạch quang và chuyển đổi
bước sóng thì xu hường tiến tới mạng toàn quang là không xa.
xvii
WDM/OTN
Voice, IP
ATM

SDH

Voice, IP
MPLS
Giao diện quang mở
SDH ATM
IP
WDM/OTN
Mạng quang tương lai Mạng quang hiện tại
Hình 1.6 Xu hướng mạng truyền tải quang trong tương lai
1.3.3.2 Các phần tử trong mạng quang WDM
Cấu trúc chung và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang WDM
được thể hiện trong hình 1.7.
Nói chung, hệ thống WDM bao gồm nguồn quang, bộ ghép/tách kênh
quang (MUX/DEMUX), sợi quang, các bộ khuếch đại quang (EDFA), các bộ
nối chéo quang (OXC), các bộ tách kênh xen rẽ quang (OADM), chuyển mạch
quang và các bộ lọc, Ngoài ra, còn có thêm các hệ thống kênh tín hiệu điều
khiển giám sát và hệ thống quản lý.
• Nguồn phát: Nguồn phát sử dụng trong các hệ thống WDM thường là
laser như sử dụng trong các hệ thống khoảng cách lớn thông thường. Tuy
nhiên, chúng phải đáp ứng được các yêu cầu nghiêm ngặt hơn.
• Bộ thu: Bộ thu có chức năng biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện
và phải hoàn toàn tương thích với bộ phát cả về bước sóng và các đặc tính điều
chế. Có 2 loại bộ thu thường được sử dụng cho các hệ thống WDM là diode PIN
xviii
Hình 1.7 Cấu trúc của một hệ thống WDM đơn giản
và photodiode thác APD. PIN hoạt động với nguồn công suất thấp hơn (5V)
nhưng lại có độ nhạy thấp và băng tần hẹp hơn APD. APD phù hợp cho các ứng
dụng cự ly lớn. Các tham số cơ bản để đánh giá 1 bộ thu gồm: đáp ứng phổ, độ
nhạy, băng tần phổ và điện, dải động và nhiễu.
• Sợi quang: Sợi quang là thành phần cơ bản của một mạng quang. Sợi
đơn mode chuẩn (G.652) có bước sóng tán sắc bằng 0 tại 1310nm và giá trị tán

sắc lớn tại 1550nm (18ps/nm.km) hiện nay vẫn được sử dụng làm môi trường
truyền dẫn cho các hệ thống WDM. Mặc dù có đặc tính không tương thích với
cửa sổ EDFA tại 1550nm này nhưng các phép đánh giá gần đây đã cho thấy
rằng loại sợi này có thể dùng cho các 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. Sợi tán sắc
dịch chuyển, DSF, (G.653) tuy có tán sắc bằng 0 tại bước sóng 1550nm nhưng
không được khuyến nghị dùng cho các hệ thống WDM do hiệu ứng FWM. Sợi
tán sắc dịch chuyển khác 0, NZ-DSF, (G.655) có giá trị tán sắc nhỏ ở vùng cửa
sổ 1550nm, do vậy hạn chế được các ảnh hưởng phi tuyến đặc biệt là hiệu ứng
trộn 4 bước sóng (FWM) đối với hệ thống là loại sợi được thiết kế cho các hệ
thống WDM. Loại sợi này có lượng tán sắc nhỏ trong vùng bước sóng từ
1530nm đến 1565nm (từ hơn 3ps/nm.km tại 1530nm và xuống còn nhỏ hơn 0,7
tại 1560nm). Giá trị này đủ để loại bỏ được hiệu ứng FWM mà vẫn cho phép
truyền được các kênh có tốc độ ít nhất 2,5Gbit/s qua khoảng cách 1000km.
• Bộ khuếch đại quang: Một trong những yếu tố tạo nên sự thành công
của WDM đã dẫn đến sự ra đời của các bộ khuếch đại quang pha erbium
(EDFA). Thiết bị này sử dụng năng lượng từ 1 laser bơm để khuếch đại tất cả
các bước sóng tín hiệu có mặt tại lối vào của chúng. 1 EDFA gồm 1 chiều dài
sợi quang đã được pha tạp với erbium , do vậy chúng có thể biến đổi năng lượng
từ phát xạ bơm riêng biệt thành các bước sóng đến, tức là đã khuếch đại các tín
hiệu. Với 1 thiết kế EDFA đơn giản nhất thì sự khuếch đại xảy ra qua 1 vùng
xix
bước sóng tương đối hẹp từ 1525nm đến 1565nm. Dải 40nm cũng đủ để xử lý 1
số lượng lớn các kênh quang. EDFA “trong suốt” với giao thức, dạng, tốc độ bit
của tín hiệu, và trong giới hạn nào đó cả với bước sóng tín hiệu quang. Do đó,
các kênh quang có thể được xen hoặc rẽ trên tuyến tại bất cứ thời điểm nào.
Việc sử dụng EDFA đã cho phép thiết lập được các hệ thống truyền dẫn cự ly
lớn với ít các thành phần điện tử hơn, tuy nhiên cũng làm xuất hiện 1 số vấn đề
mới. Đó là vấn đề về độ khuếch đại phổ không đồng đều và nhiễu phát xạ tự

phát khuếch đại (ASE). Các nghiên cứu mới về nguyên lý bơm EDFA công suất
lớn đã tập trung vào việc mở rộng vùng khuếch đại của các EDFA từ 1570 đến
1630nm- tức là băng L.
• Các bộ ghép kênh xen rẽ quang:

Bộ OADM có các giao diện quang hai hướng Đông và Tây, cũng như các
cổng Xen và Rẽ cho hai hướng Đông và Tây của OADM. Các luồng quang
Đông-Tây và Tây-Đông bao gồm tín hiệu quang ghép kênh theo bước sóng bao
gồm N sóng mang. Bộ OADM cho phép tách và chèn một sóng mang (tại bước
sóng λ
j
) trong các luồng quang Đông-Tây và Tây-Đông. Các bước sóng còn lại
của luồng ghép kênh sẽ được cho qua bộ OADM mà không bị tác động gì. Các
cổng Xen và Rẽ có thể cần tới bộ phát đáp để chuyển đổi bước sóng hoặc giao
diện thích nghi quang của các hệ thống không theo khuyến nghị G.691.
xx
λ
j
λ
j
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N
λ
1

λ
N
λ
1
λ
N
OADM
TâyĐông
Hình 1.8 Cấu trúc bộ ghếp kênh xen rẽ quang
Các chức năng khác của OADM là:
 Bù tán sắc.
 Điều chỉnh mức công suất (khuếch đại/suy hao).
 Chèn, tách và xử lý các thông tin mào đầu của ghép kênh phân đoạn
quang (nếu cần tới giao diện thích nghi quang, ví dụ G.957 tới G.mcs).
 Chèn, tách và xử lý các thông tin mào đầu của ghép kênh phân đoạn
quang.
 Tách, chèn, và xử lý các thông tin mào đầu của truyền dẫn phân
đoạn quang.
 Hỗ trợ kênh giám sát và các kênh thông tin người sử dụng.
 Kiểm soát tín hiệu quang.
• Thiết bị nối chéo quang:
xxi
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N

Hình 1.10 Thiết bị nối chéo quang.
λ
j

k
λ
j

k
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N
.
.
.
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N
.
.

.
M sợi đầu vào M sợi đầu ra
Lớp OTS
Lớp OMS
OTS
OMS
OTS
OMS
OTS
OMS
OTS
OMS
Hình 1.9 Các chức năng của OADM theo mô hình phân lớp
Thiết bị nối chéo qang (OXC) có M sợi đầu vào, M sợi đầu ra và các cổng
xen rẽ. Mỗi sợi đầu vào và đầu ra mang một tín hiệu ghép kênh N bước sóng.
Các cổng xen và rẽ cho phép chèn và tách một số bước sóng.
OXC thực hiện các chức năng sau đây: ghép và tách kênh, ghép kênh xen
rẽ, chuyển mạch không gian, và có thể là cả chuyển đổi bước sóng. Điều này
cho phép thực hiện nối xuyên các tín hiệu quang giữa các sợi đầu vào và đầu ra
(và có thể nối xuyên giữa bước sóng vào và bước sóng ra).
xxii
Lớp OCh
Lớp OTS
Lớp OMS
OMS
OMS
OMS
OMS
Hình 1.11 Chức năng của OXC theo mô hình phân lớp
OTS

OTS
OTS OTS
OCh
OCh
OCh
OCh
Các chức năng khác của OXC là:
 Bù tán sắc.
 Điều chỉnh mức công suất (khuếch đại/suy hao).
 Chèn, tách và xử lý các thông tin mào đầu của ghép kênh phân đoạn
quang (nếu cần tới giao diện thích nghi quang, ví dụ G.957 tới
G.mcs).
 Chèn, tách và xử lý các thông tin mào đầu của ghép kênh phân đoạn
quang.
 Tách, chèn, và xử lý các thông tin mào đầu của truyền dẫn phân
đoạn quang.
 Kiểm soát tín hiệu quang.
• Các bộ đầu cuối ghép kênh quang: Một bộ đầu cuối ghép kênh quang
(OTM) được biểu diễn như hình 1.12.
xxiii
Ch
N
.
.
.
Ch
2
Ch
1
Ch

N
.
.
.
Ch
2
Ch
1
λ
1

N
λ
1

N
Hình 1.12 Cấu trúc bộ ghép kênh quang
OTM là một phần tử mạng hai chiều. Trong hướng truyền đi, nó có khả
năng tiếp nhận N kênh quang, mỗi kênh có một mức công suất tín hiệu quang và
tỷ số SNR theo chỉ tiêu kỹ thuật đã xác định. OTM xác định bước sóng cho từng
kênh quang tại đầu vào theo các bước sóng đã được định nghĩa từ trước, và đầu
ra thiết bị này chứa tín hiệu ghép kênh bao gồm N bước sóng (sóng mang). Tín
hiệu đầu ra đặc trưng bởi băng tần quang tổng, công suất quang tổng, công suất
mang trên mỗi sóng mang và tỷ số SNR của mỗi sóng mang.
Trong hướng thu, bộ OTM nhận tín hiệu ghép kênh theo bước sóng, tách tín
hiệu đó thành các sóng mang như ở đầu vào bộ ghép kênh, và đưa N kênh quang
đó tới các đầu ra riêng biệt.
Bước sóng của từng kênh quang có thể thay đổi so với khi nó được chèn
vào hay tách ra từ các bộ ghép/tách kênh. Vì thế, trong OTM có thể cần đến một
bộ chuyển đổi bước sóng. Điều này đặc biệt có ý nghĩa nếu có một số hệ thống

SDH cùng tồn tại (giao diện quang G.957) được ghép kênh cùng với nhau, trong
trường hợp đó, các bước sóng của một vài hệ thống sẽ phải thay đổi cho phù hợp
để đưa vào các kênh của OTM. Hiện tại với công nghệ này, việc thay đổi bước
sóng được thực hiện chủ yếu nhờ bộ chuyển đổi O/E/O. Các bộ chuyển đổi bước
sóng photonic ít được sử dụng hơn. Thay đổi bước sóng có thể được thực hiện
nhờ bộ phát đáp đứng độc lập, tách biệt với bộ ghép kênh của nó.
Các chức năng khác có thể có của OTM là:
 Bù tán sắc.
 Điều chỉnh mức công suất (khuếch đại/ suy giảm).
 Chèn, tách, và xử lý các thông tin mào đầu của lớp kênh quang (nếu
cần đến giao diện thích nghi quang, ví dụ: G.957 hoặc G.mcs).
xxiv
 Tách, chèn và xử lý các thông tin mào đầu của đoạn truyền dẫn
quang.
 Hỗ trợ các kênh giám sát và kênh thông tin người sử dụng.
 Kiểm soát tín hiệu quang.
Có hai cấu hình cơ bản truyền dẫn dùng cho hệ thống WDM:
• Cấu hình truyền dẫn hai hướng trên cùng một sợi quang: Ở cấu hình
này, các kênh quang ở cả hai hướng truyền dẫn (đi và về) được ghép chung chỉ
trên một sợi quang. Cấu hình này còn được gọi là cấu hình hệ thống truyền dẫn
song công.
• Cấu hình truyền dẫn hai hướng trên hai sợi quang: Ở cấu hình này,
theo mỗi hướng truyền dẫn, các kênh quang được ghép trên một sợi quang
riêng biệt và mỗi sợi quang đó đảm nhiệm truyền dẫn chỉ theo một hướng (đi
hoặc về). Đôi khi, cấu hình này được gọi là cấu hình hệ thống truyền dẫn đơn
công
Về mặt phát triển và ứng dụng, hệ thống WDM đơn công được sử dụng
tương đối rộng rãi, còn hệ thống WDM song công thì có những yêu cầu cao
hơn, đó là vì trong thiết kế và ứng dụng hệ thống WDM song công cần phải xem
xét đến các yếu tố then chốt của hệ thống như để hạn chế can nhiễu nhiều kênh

(MPI), cần chú ý đến các vấn đề ảnh hưởng của phản xạ quang, cách ly giữa các
kênh hai chiều, trị số và loại hình của xuyên âm, công suất tín hiệu quang truyền
dẫn trên hai chiều , đồng thời phải sử dụng bộ khuếch đại quang hai chiều.
Nhưng so với hệ thống WDM đơn công, hệ thống WDM hai chiều giảm được số
lượng bộ khuếch đại quang và đường dây.
xxv