Thiết kế TOPO LOGIC mạng quang WDM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Nguyễn Xuân Lập
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
THIẾT KẾ TOPO LOGIC MẠNG QUANG WDM
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATPLANWDM
Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. VŨ TUẤN LÂM
HÀ NỘI - 2013
1
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Nguyễn Xuân Lập
2
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

ii
LỜI CẢM ƠN
 !
" #$%&'()*+$,-.
./012314560(789:;($
<4,"=89>
- Tin s: Vũ Tuấn Lâm – ?@=-.,+$60=7
,* !A("#=B6.4
C@C4D3
E/*=..F*7#*#,-
../G1#=B6.4%
4D3
EG).=>HGI=+JC+$*=*
" #$4*KLMGNOPLE/Q6@*MPLML3R,@"
#$A(")*+$=%=@C.3
ES;"=8(=T,9$)*3-4U
)U3R*S"=8H
#*VG$W4=#B6.4
4=.3
EXY,S;9"=8+$UY
Z=4D[@@'(CA4D$3
-RU$D=MPL\
Tác giả luận văn
Nguyễn Xuân Lập
4
5
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
iii
MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA Trang
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG WDM 3
1.1Giới thiệu hệ thống WDM 3
Kết luận chương 20
CHƯƠNG 2: TOPO LOGIC MẠNG QUANG WDM 21
Kết luận chương 31
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG TOPO LOGIC MẠNG QUANG
WDM SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATPLANWDM 32
\3M3LG]>3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333\M
\3M3MG0D0>3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333\M
\3M3\F^#=*44333333333333333333333333333333333333333333333333333333333_P
\3M3_.>33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333_M
\3\3L767=#"V$74Y=#`%aOK333333__
\3\3M?90@B6.=#`%aOK333333333333333333333333333333333333bP
6
7
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49

50
51
52
53
54
55
56
57
58
iv
\3\3\?90B,=#`%333333333333333333333333333333333333333333333333333b\
Kết luận chương 57
KẾT LUẬN VÀ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
PHỤ LỤC LUẬN VĂN 62
8
9
59
60
61
62
63
64
65
66
67
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt
ADSL

Asymmetric Digital Subscriber
Line
Phương thức truyền dữ
liệu với băng thông rộng
ATM Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền không
đồng bộ
DWDM
Dense Wavelength Division
Multiplexing
Hệ thống ghép kênh mật
độ cao
EFDA Erbium Doped Fiber Amplifier
Khuếch đại quang sợi pha
tạp Erbium
IP Internet Protocol Giao thức mạng
ITU-T
International Telecommunication
Union - Telecommunication
Tiêu chuẩn viễn thông
thuộc Tổ chức Viễn thông
quốc tế.
LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ
MAN Metropolitan area network Mạng dữ liệu băng rộng
MILP Mixed integer linear programming
Giải pháp thực hiện chính
xác
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau
OA Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang
OADM Optical Add-Drop Multiplexer

Bộ ghép kênh xen rẽ
quang
OC Optical center trạm trung tâm
OTDM
Optical Time Division
Multiplexing
Ghép kênh quang theo
thời gian
OXC Optical Cross-Connect Kết nối chéo quang
PDH Plesiochronous digital hierarchy Hệ thống phân cấp kỹ
10
11
68
69
vi
thuật số không đồng bộ
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
PSTN
Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng
SDH Synchronous Digital Hierarchy
Hệ thống phân cấp số
đồng bộ
SONET Synch Optical Network Mạng quang đồng bộ
STM-1
Synchronous Transport Module
level-1
Luồng Truyền dẫn quang

SDH có tốc độ 155
Mbit/s.
TDM Time-division multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
thời gian
TWC Wavelength converters Bộ chuyển đổi bước sóng
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WDM Wavelength division multiplexing
Phương thức ghép kênh
quang theo bước sóng
12
13
70
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: So sánh topo vật lý với topo logic 26
Bảng 3.1: Báo cáo thông số về nút mạng WDM 9 nút WDM 45
Bảng 3.2: Báo cáo thông số về liên kết quang của mạng 9 nút WDM 46
Bảng 3.3: Bảng ma trận lưu lượng của mạng 9 nút WDM 47
Bảng 3.4: Một vài thông số báo cáo minh họa của mạng 9 nút WDM 47
14
15
71
72
73
74
75
76
77
78

79
80
81
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 : Sơ đồ khối chức năng hệ thống WDM 3
Hình 1.2 : Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền dẫn 4
Hình 1.3 : Hệ thống truyền dẫn WDM điểm nối điểm 6
Hình 1.4 : Định tuyến bước sóng trong mạng WDM 7
Hình 1.5 : Cấu trúc mạng toàn quang 8
Hình 1.6 : Mạng WDM gồm nhiều nút định tuyến kết nối bằng các cặp liên
kết sợi quang điểm nối điểm 11
Hình 1.7 : Cấu trúc của bộ định tuyến cấu hình lại 12
Hình 1.8 : Mạng IP, ATM và SONET 13
Hình 1.9 : Cấu trúc phân lớp mạng IP trên ATM trên SONET 14
Hình 1.10. Cấu trúc phân lớp của mạng cáp quang trên lớp quang 15
Hình 1.11 :. Cấu trúc của một lớp quang 18
Hình 2.1 : Topo vật lý dạng hình tuyến 23
Hình 2.2: Topo vật lý dạng hình vòng 24
Hình 2.3: Topo vật lý dạng hình sao 24
Hình 2.4 : Topo logic cho mạng ở hình 1.6 27
Hình 2.5 Bài toán thiết kế topo logic thông thường 29
Hình 3.1: Giao diện của MatPlanWDM 0.51 33
Hình 3.2: Thanh công cụ của MatPlanWDM 0.51 33
Hình 3.3: Một đoạn nội dung file.xml 34
16
17
82
83
84

85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
ix
Hình 3.4: Giao diện khởi tạo file.traff 35
Hình 3.5: Một đoạn nội dung file.m 35
Hình3.6: Thiết kế mạng ảo và định tuyến luồng 36
Hình 3.7: Phân tích có điều kiện 38
Hình 3.8: Phân tích nhiều giờ 39
Hình3.9: Phân tích động 40
Hình3.10: Lưu lượng dựa trên dân số và khoảng cách 41
Hình 3.11: Thiết kế mạng ảo và định tuyến luồng cho mạng 9 nút WDM 44
Hình 3.12: Phân tích có điều kiện mạng 9 nút WDM 51
Hình 3.13: Một số báo cáo dưới dạng đồ thị mạng 9 nút WDM 52

Hình 3.14: Một số báo cáo dưới dạng đồ thị mạng 9 nút WDM 53
Hình 3.15: Phân tích nhiều giờ mạng 9 nút 53
Hình 3.16 Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 0h 54
Hình 3.17: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 4h 54
Hình 3.18: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 8h 55
Hình 3.19: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 12h 55
Hình 3.20: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 16h 56
Hình 3.21: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 20h 56
Hình 3.22: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 23h 57
18
19
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122

123
1
MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ viễn thông, đồng
thời các nhu cầu đòi hỏi cần có một băng thông rộng lớn, tốc độ cao và ổn định để
có thể đáp ứng một cách tốt nhất cho những yêu cầu đó. Sợi quang với băng thông
rộng lớn, cùng với sự ra đời của công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng
WDM đã mở ra giải pháp cho các nhà cung cấp mạng. Sự ra đời của các bộ khuếch
đại quang, các bộ xen rớt kênh quang OADM, các bộ chuyển đổi cùng với bộ kết
nối chéo quang OXC, đã phần nào đem lại sự mềm dẻo và tính linh hoạt cho các
mạng thông tin quang hiện tại. Cấu trúc liên kết của các sợi quang đảm bảo truyền
thông trong một mạng cáp quang gọi là “topo logic”. Việc thiết kế topo mạng tốt sẽ
mang lại hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng cao hơn.
Hiện tại đã có nhiều các tài liệu và báo cáo nghiên cứu về vấn đề “Thiết kế
topo logic mạng quang” với nhiều các giải thuật khác nhau. Nhưng hầu hết các báo
cáo đó đều chỉ đề cập, đánh giá được một vấn đề cụ thể của hệ thống topo mạng.
Nếu ta muốn đánh giá nhiều thông số và có cái nhìn tổng thể cả topo mạng hay để
so sánh giữa các topo mạng khác nhau thì có rất ít tài liệu, báo cáo đã thực hiện
được. Trong luận văn này tôi xin trình bày một phương pháp “Thiết kế topo logic
mạng quang WDM” mà qua đó chúng ta có thể dễ dàng thực hiện được: các báo
cáo thông số của mạng, các sơ đồ biểu thị mối quan hệ giữa các thông số, cũng như
theo dõi từng bước topo logic của quá trình định tuyến trong mạng
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là: nghiên cứu phần mềm MatPlanWDM
và sử dụng để thực hiện mô phỏng thiết kế topo logic mạng quang WDM.
Phạm vi của luận văn là: cách thiết kế topo logic mạng quang WDM bằng
phần mềm MatPlanWDM. Thực hiện các thông số báo cáo, vẽ sơ đồ biểu thị sự phụ
thuộc giữa các thông số.
Phương pháp nghiên cứu của luận văn là: việc nghiên cứu lý thuyết thông
qua các tài liệu kỹ thuật, các bài báo cáo khoa học, các diễn đàn thảo luận về
MatPlanWDM, các tiêu chuẩn ngành về mạng quang, các tiêu chuẩn ITU…… và

việc đánh giá kết quả thực hiện mô phỏng có được.
20
21
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150

151
152
2
Nội dung của luận văn gồm 3 chương:
G8c>d.B=#aOK bao gồm các kiến thức tổng quan về
công nghệ, hệ thống và cấu trúc mạng WDM, tổng quan về mạng định tuyến bước
sóng, cấu trúc phân lớp mạng quang, lớp quang
G8cc>4=#*aOK giới thiệu về khái niệm cũng như
các dạng topo mạng, so sánh giữa topo vật lý và topo logic. Cơ bản về bài toán thiết
kế topo logic thông thường.
G8ccc>7674=#*aOK e+=B=
K*?4*aOK là quá trình nghiên cứu phần mềm MatPlanWDM và sau đó ứng
dụng để thực hiện mô phỏng thiết kế một mạng quang.
22
23
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG WDM

1.1 Giới thiệu hệ thống WDM
1.1.1. Công nghệ WDM
Công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ trong cùng một
sợi quang có thể truyền dẫn đồng thời nhiều bước sóng tín hiệu quang. Tín hiệu
quang có bước sóng khác nhau tại đầu phát được tổ hợp lại (ghép kênh) và truyền
dẫn trên cùng một sợi quang của đường dây cáp quang. Ở đầu thu tín hiệu bước
sóng tổ hợp được tách ra (tách kênh) và xử lý để khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa
ra các thiết bị đầu cuối khác nhau.
Hình 1.1 : Sơ đồ khối chức năng hệ thống WDM
Công nghệ WDM đối với sự nâng cấp mở rộng dung lượng, phát triển dịch
vụ băng rộng (như CATV, HDTV và B–ISDN…), khai thác đầy đủ tiềm năng băng
rộng của sợi quang, hiện nay có thêm bộ khuếch đại quang sợi (EDFA) thì WDM
càng có sức hấp dẫn to lớn với mạng thông tin hiện đại.
Kỹ thuật truyền dẫn sợi quang đã phát triểu từ hệ thống WDM điểm nối
điểm, tới hệ thống WDM điểm nối đa điểm và tiến tới mạng WDM toàn quang với
các thiết bị chuyển mạch và định tuyến bước sóng. Qua đó ngày càng cung cấp tốc
độ bit cao, số lượng kênh cũng lớn hơn và khoảng cách truyền dẫn cũng dài hơn.
Công nghệ WDM có thể được sử dụng ở nhiều vùng mạng khác nhau trong
mạng viễn thông bao gồm các mạng đường trục, mạng truy nhập nội hạt và các
mạng LAN trong đó mạng đường trục là mạng đầu tiên ứng dụng công nghệ WDM
sau đó là mạng LAN.
24
25
166
167
168
169
170
171
172

173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
4
* Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền dẫn:
Vị trí hệ thống WDM trong mạng truyền dẫn như trong Hình 1.2 trong đó
quan hệ giữa SDH và WDM là quan hệ giữa lớp khách hàng và lớp phục vụ. Tương
ứng với công nghệ WDM, tín hiệu SDH, PDH và ATM đều chỉ là tín hiệu dịch vụ
của hệ thống WDM.
Xét từ phương hướng phát triển của hệ thống WDM, kết hợp bộ ghép/tách
kênh (OADM) và bộ nối chéo (OXC) sẽ thành một lớp mạng – mạng truyền dẫn
quang. Sự phát triển tiếp theo của mạng truyền dẫn là phải xây dựng một lớp mạng
ở dưới lớp điện SDH, tức sẽ tách mạng truyền dẫn về topo thành hai lớp quang và
điện mà hệ thống WDM là hạt nhân của “lớp mạng quang”.
Hình 1.2 : Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền dẫn
1.1.2. Đặc điểm chính của hệ thống WDM
- Hệ thống WDM tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng của sợi quang.

- Hệ thống WDM truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu và sử dụng các bước
sóng độc lập với nhau.
- Thực hiện truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang công nghệ WDM có thể
tiết kiệm được lượng đầu tư lớn cho đường dây.
26
27
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
5
- Hệ thống WDM với công nghệ có nhiều ứng dụng như: mạng xương sống,
mạng quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ.
- Hệ thống WDM ghép kênh những bước sóng truyền dẫn trong sợi đơn

mode, khi truyền đường dài dung lượng lớn có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang.
- Sử dụng hệ thống WDM làm giảm bớt yêu cầu xử lý tốc độ cao đối với linh
kiện điện tử, đồng thời có thể truyền dẫn dung lượng lớn.
- Có thể thực hiện công nghệ IP trên WDM.
- Hệ thống WDM có tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao của cấu
hình mạng trong việc định tuyến, chuyển mạch và khôi phục mạng.
1.2. Cấu trúc mạng WDM
1.2.1. Cấu trúc mạng WDM điểm nối điểm
- Cấu trúc mạng WDM điểm nối điểm được xem là đơn giản nhất của mạng
đường trục sử dụng công nghệ WDM.
- Mỗi kênh bước sóng được sử dụng để truyền tải một luồng dữ liệu riêng
biệt. Tất cả các kênh bước sóng được tổ hợp thành một chùm sáng tại bộ ghép bước
sóng WDM để đưa vào một sợi quang.
- Ở đầu thu chùm sáng sau khi đã tổ hợp nhiều bước sóng lại sẽ được tách ra
bằng bộ tách kênh WDM. Sau đó, những tín hiệu trong mỗi kênh bước sóng sẽ
được chuyển sang miền điện qua bộ tách sóng quang – O/E. Khi đó, một kênh bước
sóng có thể tương đương với truyền dẫn một sợi quang đơn mode trong mạng SDH.
- Trong hình thức truyền dẫn hai chiều một sợi quang, các kênh bước sóng
có thể sử dụng cho cả hai hướng đi và về hoặc có thể cho cả hình thức một chiều hai
sợi quang
- Ưu điểm của cấu trúc WDM điểm - điểm là cho phép tăng độ rộng băng
thông nhờ truyền được nhiều kênh với chi phí thấp.
- Tuy nhiên, hạn chế của cấu trúc này là băng tần của mỗi kênh bước sóng
không được sử dụng hiệu quả vì hạn chế tốc độ của các thiết bị điện tử làm gây ra
hiện tượng nghẽn cổ chai điện - quang. Đồng thời độ linh hoạt của cấu trúc mạng
này không cao do các kết nối chỉ sử dụng một bước sóng cố định
28
29
209
210

211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
6
Hình 1.3 : Hệ thống truyền dẫn WDM điểm nối điểm
1.2.2. Cấu trúc mạng WDM có định tuyn bước sóng quang

- Công nghệ khả thi cho cấu trúc này là các bộ định tuyến bước sóng trong
miền quang, hiện nay nhiều kiểu bộ định tuyến khác nhau đã có mặt trên thị trường.
Khả năng thiết lập lại cấu hình đã cho phép sử dụng dung lượng băng tần đến mức
tối đa.
- Mạng WDM định tuyến bước sóng minh hoạ ở Hình 1.4 gồm có một
trường chuyển mạch quang,bao gồm các chuyển mạch tích cực kết nối các liên kết
sợi quang trên topo vật lý bất kỳ. Mỗi người sử dụng đầu cuối được kết nối đến một
bộ chuyển mạch tích cựcthông qua liên kết sợi quang. Kết hợp người sử dụng đầu
cuối và bộ chuyển mạch tương ứng của nó được xem như là một nút mạng.
- Mỗi nút mạng ( tại trạm truy nhập ) được trang bị các bộ thu, bộ phát hoặc
cả hai bộ thu và phát có thể linh động điều chuyển hướng bước sóng. Bộ phát tại
một nút sẽ gởi dữ liệu vào mạng và bộ thu sẽ thu dữ liệu từ mạng.
- Cấu trúc căn bản truyền thông trong mạng định tuyến bước sóng là đường
quang. Một đường quang là tất cả các kênh thông tin giữa 2 node trong mạng, và nó
có thể kết nối nhiều hơn một liên kết sợi quang. Nút trung gian trong truyền dẫn sợi
quang định tuyến bước sóng sử dụng chuyển mạch tích cực. Node kết cuối của
đường quang truy cập có bộ phát và bộ thu nắm bắt được bước sóng mà ở đó đường
quang vận hành. Ví dụ trên Hình 1.4 đường quang được thiết lập giữa node A và
node C trên kênh bước sóng λ1 , giữa B và F trên kênh bước sóng λ2 , giữa H và G
30
31
238
239
240
241
242
243
244
245
246

247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
7
trên kênh bước sóng λ1. Đường quang giữa A và C được định tuyến qua chuyển
mạch tích cực 1,6 và 7. ( Chú ý việc sử dụng lại bước sóng λ1 ).
Vì không có thiết bị chuyển đổi bước sóng nào nên một đường quang phải có
cùng một kênh bước sóng trong suốt đường truyền trong mạng. Sự ràng buộc này
gọi là tính liên tục bước sóng, dàng buộc này sẽ không cần thiết nếu có bộ chuyển
đổi bước sóng. Ví dụ trong Hình 1.4 đường quang giữa node D và E đi qua (bộ
chuyển đổi) liên kết sợi quang từ node D đến chuyển mạch 10 là bước sóng λ1,
chuyển đổi thành λ2 tại chuyển mạch 10, đi qua liên kết sợi quang giữa chuyển
mạch10 và chuyển mạch 9 là bước sóng λ2 , chuyển đổi lại bước sóng λ1 tại chuyển
mạch 9, và đi qua liên kết sợi quang từ chuyển mạch 9 đến bút E là bước sóng λ1 .
Hình 1.4 : Định tuyến bước sóng trong mạng WDM
32
33
260
261
262

263
264
265
266
267
268
269
270
271
8
Yêu cầu cơ bản trong mạng định tuyến bước sóng quang là hai hoặc nhiều
đường quang đi trên cùng một liên kết sợi quang thì phải có bước sóng khác nhau
để chúng không gây can nhiễu cho nhau.
Hạn chế của cấu trúc này là vấn đề nghẽn cổ chai ở các nút TDM điện tử vẫn
còn tồn tại. Bên cạnh đó, một số vấn đề kĩ thuật vẫn cần được xem xét giải quyết để
hoàn thiện đối với cấu trúc này bao gồm hệ thống điều khiển cho việc thiết lập lại
cấu hình kết nối, đánh giá lưu lượng giữa các kênh WDM và giữa các sợi quang,
cũng như công nghệ chế tạo các bộ định tuyến.
Để giải quyết tốt vấn đề còn tồn tại, cấu trúc mạng WDM toàn quang được ra
đời.
1.3. Cấu trúc mạng WDM toàn quang
Hình 1.5 : Cấu trúc mạng toàn quang
Mạng toàn quang phân thành 3 lớp con: lớp 0, lớp 1, lớp 2. Mỗi lớp con là
một vùng toàn quang có khả năng hoạt động.
34
35
272
273
274
275

276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
9
Lớp 0: Biểu diễn mạng nội hạt (LAN) có số lượng rất lớn các mạng truyền
tải quang.
Lớp 1: Biểu diễn mạng đô thị (MAN) lấy thành phố hay khu vực hành chính
làm đơn vị, thường có cự ly vài Km đến vài chục Km.
Lớp 2: Biểu diễn mạng diện rộng (WAN) là mạng đường trục trong phạm vi
quốc gia, cự ly thường vài trăm đến vài nghìn Km.
Hai đặc điểm quan trọng của sợi trong mạng này là suy hao thấp và dải thông
rộng.
Mạng phục vụ 3 lớp dịch vụ: A, B, C. Dịch vụ lớp A và B có thể là điểm nối
điểm hoặc đa điểm nối đa điểm, kết nối đơn công hay song công. Dịch vụ lớp C là
dịch vụ gói.
Hai công nghệ cho việc sử dụng dải thông của sợi quang là WDM và TDM.
Đặc điểm của mạng WDM toàn quang là khả năng định tuyến bước sóng. Định
tuyến cung cấp một đường truyền ánh sáng trong suốt giữa các đầu cuối mạng. Một
đường truyền ánh sáng là đường mà một tín hiệu quang trong mạng từ nguồn đến
đích có thể bao gồm sự thay đổi bước sóng toàn quang hơặc một đường truyền
không có sự thay đổi bước sóng. Sự trong suốt này cung cấp cách đơn giản nhất cho
những người dùng không đồng nhất chia sẻ tài nguyên.

1.4. Mạng truy nhập toàn quang WDM
Về cấu trúc mạng truy nhập quang có thể được chia thành 2 loại: mạng truy
nhập thụ động WDM và mạng truy nhập tích cực WDM.
1.4.1. Mạng truy nhập toàn quang thụ động WDM
Mạng quang thụ động (PON) WDM sử dụng các kênh bước sóng để kết nối
các người dùng với trạm trung tâm. PON đầu tiên được phát triển cho các dịch vụ
băng hẹp. Tuy nhiên, những mạng PON gần đây dùng cho cả băng hẹp lẫn băng
rộng.
36
37
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306

307
308
309
310
311
312
10
Cấu trúc mạng này không sử dụng các thiết bị tích cực bên ngoài CO, nhưng
ở nhà khách hàng thì phải sử dụng các thiết bị này và mỗi bước sóng sẽ mang một
dịch vụ.
Nhiều cấu trúc mạng quang thụ động đã được đề xuất cho công nghệ WDM
bao gồm cấu trúc sao đơn, cấu trúc hình cây, cấu trúc hình sao kép và cấu trúc sao-
bus.
1.4.2. Mạng truy nhập toàn quang tích cực WDM
Trong các mạng truy nhập WDM thụ động, mỗi kênh bước sóng chỉ sử dụng
để mang một dịch vụ tại một thời điểm xác định mà không cần quan tâm đến băng
tần và dung lượng mà dịch vụ yêu cầu, trong khi băng tần của kênh tín hiệu có thể
đủ lớn để mang một số dịch vụ khi thực hiện công nghệ WDM trong mạng đa truy
cập.
Trên cơ sở này, kĩ thuật TDM đã được ứng dụng trong mỗi kênh bước sóng
tạo ra mạng truy nhập quang WDM tích cực trong đó các thiết bị TDM được sử
dụng để giúp tăng số lượng tín hiệu được gửi trên đường truyền vật lý. TDM làm
tăng dung lượng đường truyền dẫn bằng cách chia thời gian thành những khe thời
gian nhỏ hơn do đó các bít từ nhiều nguồn khác nhau có thể được mang đi trên 1
tuyến, làm tăng hiệu quả số bít được truyền trên giây.
Cấu hình mạng truy nhập quang WDM tích cực cũng giống như trong mạng
truy nhập quang WDM thụ động.
f-#7)*=#$0aOK=#$e
UaOK>
Mặc dù mạng truy nhập WDM tích cực có thể tận dụng triệt để các kênh

bước sóng và giảm chi phí về sợi quang, nhưng mặc dù công nghệ ATM tận dụng
bang thông tốt hơn nhưng lại có những hạn chế thực tế về mặt tốc độ có thể đạt
được vì những xử lý điện tử yêu cầu cho việc phân tách và tập hợp lại các tế bào
ATM mang dữ liệu. Cấu trúc mạng này cũng làm tăng thêm mức độ phức tạp trong
quá trình bảo dưỡng và quản lí hệ thống, làm chi phí vận hành cao.
38
39
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335

336
337
338
339
340
11
Do vậy khi công nghệ WDM phát triển, số lượng kênh bước sóng trong một
sợi quang tăng lên thì mạng truy nhập quang WDM thụ động có thể là cấu trúc
được ưu tiên trong cấu trúc mạng truy nhập.
1.5. Tổng quan về mạng định tuyến bước sóng
Mạng WDM toàn quang có sử dụng định tuyến bước sóng được xem là ứng
cử viên quan trọng nhất cho các mạng đường trục diện rộng thế hệ tiếp theo. Topo
vật lý của mạng bao gồm các bộ định tuyến quang kết nối với nhau bằng các cặp
liên kết sợi quang điểm nối điểm trong một topo mạng lưới bất kỳ (Hình 1.6).Trong
hình 1.6 mỗi cặp liên kết được tượng trưng bằng một cạnh vô hướng giữa các nút
định tuyến. Nút ở đầu cuối kết nối với bộ định tuyến. Mỗi nút đầu cuối có số bộ
phát và bộ thu giới hạn. Trong Hình 1.7 nút định tuyến thu tín hiệu tại một bước
sóng xác định ở ngõ vào của nó, sau đó định tuyến tín hiệu này (độc lập với các
bước sóng khác) đến một ngõ ra nào đó. Bộ định tuyến có Δp ngõ vào và Δp ngõ ra
có khả năng xử lý Λ bước sóng giống như Λ bộ chuyển mạch bước sóng Λp ×Λp
cấu hình lại được.
Hình 1.6 : Mạng WDM gồm nhiều nút định tuyến kết nối bằng các cặp liên kết
sợi quang điểm nối điểm.
Các nút định tuyến gắn với các nút đầu cuối hình thành các nút nguồn và
đích cho lưu lượng trong mạng.
40
41
341
342
343

344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
12
Hình 1.7 : Cấu trúc của bộ định tuyến cấu hình lại
1.6. Cấu trúc phân lớp của mạng quang
Trong cấu trúc tổng quang bao gồm nhiều lớp từ IP, ATM và SONET/SDH
đến lớp quang.
Khái niệm về lớp có thể được sử dụng để giúp chúng ta phát triển một điểm
mới của cái nhìn về mạng. Lấy ví dụ, toàn bộ mạng có thể được xem như là tập hợp
các dãy lớp, mỗi lớp đại diện cho một hệ thống truyền dẫn, ví dụ là mạng SONET
và ATM. ATM được phát triển cho truyền dẫn qua mạng SONET. Do đó, từ một
quan điểm logic, toàn bộ mạng chỉ có một lớp cao hơn (ATM) và một lớp thấp hơn
(SONET) được trình bày trong ( Hình 1.8a ).
Về mặt vật lý, khái niệm này có thể được cho tác động bởi kết nối chuyển
mạch ATM với đáp ứng SONET, đạt được truy nhập ATM đến mạng SONET. Một

nguồn đưa số liệu đến mạng ATM, nơi mà luồng số liệu được chuyển đổi thành tế
bào ATM. ATM chuyển mạch trực tiếp những tế bào này đến đáp card SONET.
SONET chuyển đổi tế bào ATM thành khung STS và truyền những khung này qua
mạng. Tại cuối đầu thu, SONET chuyển đổi những khung này trở lại thành tế bào
ATM và đưa những tế bào này đến chuyển mạch ATM, nơi đưa trực tiếp những tế
bào đến đích của nó. Điều này được trình bày như ( Hình 1.8b ).
42
43
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
13
Vẫn còn một ví dụ nữa là truyền IP qua mạng ATM. Trong trường hợp này,
IP tập trung qua lớp ATM, là lớp nằm ngoài lớp SONET ( Hình 1.8c ). Phần vật lý

thực hiện hoàn thành bởi kết nối định tuyến IP đến mạng ATM. Gói IP phát ra từ
một nguồn được phân phát đến những bộ định tuyến IP. Những gói này được
chuyển đổi thành tế bào ATM. Những tế bào này được truyền qua mạng ATM và
chuyển đổi ngược lại thành gói IP tại ngoại vi của mạng ATM. Bộ định tuyến IP
chuyển những gói này đến đích của chúng (Xem hình 1.8d).
Hình 1.8 : Mạng IP, ATM và SONET
a) ATM trên SONET
b) Kết nối vật lý mạng ATM đến mạng SONET
c) IP trên ATM
d) Kết nối vật lý mạng IP đến mạng ATM
Do đó, tổng quát, gói IP được đóng gói thành những tế bào ATM, sau đó, lần
lượt được bao bọc trong những khung SONET/SDH; những khung STS này chạy
xuyên qua lớp quang sử dụng WDM (ghép kênh theo bước sóng).
Chúng ta cũng đã hiểu rằng cả mạng SONET và ATM đều có cấu trúc lớp
của riêng nó. Một mạng IP cũng có cấu trúc lớp của riêng nó. Do đó, chúng ta có
thể phát hiện ra chi tiết của cấu trúc lớp của toàn bộ giao thức mạng bởi bao gồm
những lớp của mạng SONET, ATM và IP trong Hình 1.9
44
45
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390

391
392
393
394
395
396
397
398
399
14
Hình 1.9 : Cấu trúc phân lớp mạng IP trên ATM trên SONET
Khi lưu lượng trong mạng thông tin quang tăng lên, nó cũng làm tăng nhu
cầu sử dụng trực tiếp IP qua SONET.
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này, tập trung vào việc thiết kế lớp
quang, là lớp cung cấp đường nối tốc độ cao thông qua các đường quang.
1.7. Lớp quang
1.7.1. Định ngha
ITU-T đã giới thiệu một lớp mới cho mạng viễn thông, là lớp quang. Cấu
trúc lớp của một mạng hiện đại, bao gồm một lớp quang, được trình bày ở Hình
1.10. Kết hợp Hình 1.10a và Hình 1.10b đưa đến một cái nhìn chung, trong khi
Hình 1.10c kết hợp cả cái nhìn vật lý và logic để cho thấy lớp SONET được đặt như
thế nào với lớp quang và sự kết nối giữa những điểm của chúng.
Về mặt vật lý, đường truyền WDM là hệ thống điểm nối điểm, nối các thành
phần SONET. Do đó, WDM là một lớp vật lý mà chuyển những khung SONET
không tác động đến phần đầu SONET.
Có thể hiểu được nếu như vào lúc này bạn đang tự hỏi tại sao chúng ta cần
một lớp quang, đặc biệt là tất cả những gì chúng ta nói cho đến giờ đều nhằm thuyết
phục bạn rằng hầu hết sự truyền dẫn hiện nay đều qua cáp quang. Hãy làm rõ ý
này : Truyền dẫn vật lý trong SONET, ATM và IP được thực hiện bởi hệ thống
46

47
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
15
truyền thông cáp quang mà chúng ta đang thảo luận. Cấu trúc logic của mạng cáp
quang này, tuy thế, không bao gồm một lớp quang, như hình 1.8c trình bày.
Hình 1.10. Cấu trúc phân lớp của mạng cáp quang trên lớp quang
a) IP trên ATM trên SONET trên lớp quang
b) Các lớp mạng trên lớp quang
c) Lớp SONET trên lớp quang
Mặc dù môi trường truyền dẫn cho mạng hiện đại là cáp quang, phần lớn
thiết bị đã cài đặt và bộ ghép kênh xen rẽ quang vẫn là điện tử. Đó là lý do tại sao

chúng ta xem những mạng này là thế hệ mạng cáp quang đầu tiên. Lớp quang mới
này được thiết lập với thế hệ mạng quang thứ hai. Lớp quang này phục vụ không
chỉ như một môi trường truyền dẫn, mà còn mang lại tất cả những chức năng và
dịch vụ đòi hỏi bởi một khái niệm lớp.
Thế hệ mạng cáp quang thứ hai cung cấp không chỉ kết nối quang điểm nối
điểm mà còn định tuyến và chức năng xen rẽ trong miền quang. Từ khi có mạng
WDM, tất cả các chức năng được kết hợp với kênh bước sóng.
Lý do chúng ta cần một lớp nữa với chức năng và dịch vụ giống như những
lớp đã tồn tại như SONET hoặc ATM là: mỗi lớp mạng quang SONET, ATM, IP…
hoạt động có hiệu quả trong phạm vi bit của nó. Truyền dẫn hàng terabit/s bao gồm
48
49
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437

438
439