Đề Tài: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG doc

BÀI LUẬN
ĐỀ TÀI:
TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG
HOÀNG THANH HẢI – TIN K25A
MỞ ĐẦU
Ngày nay chúng ta đang sống trong thời đại công nghệ thông tin. Công nghệ
thông tin đã thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của đời sống. Tuy nhiên, với một
máy tính riêng lẻ không còn đáp ứng được nhu cầu của chúng ta. Nhu cầu tất yếu
là các máy tính được kết nối lại với nhau tạo thành mạng máy tính. Mạng máy
tính ra đời đã làm tăng hiệu quả của việc sử dụng máy tính.
Để làm tốt công việc, chúng ta phải có khả năng truy cập được thông tin ở mọi
nơi, mọi lúc, mọi khuôn dạng. Chúng ta có thể nhận được thông tin qua báo chí,
phát thanh, truyền hình,… Mạng máy tính có thể thực hiện được tất cả các kiểu
truyền tin trên. Thông tin mà chúng ta nhận được chủ yếu là được cung cấp thông
qua mạng truyền thông toàn cầu như mạng Internet, mạng truyền thông không
đồng bộ (ATM). Nhờ có mạng truyền thông mà chúng ta có thể truy cập và nhận
được thông tin ở khắp nởi, về bất cứ vấn đề gì một cách nhanh chóng và chính
xác. Vì vậy, lượng thông tin truyền qua mạng ngày càng lớn, số người sử dụng
mạng ngày càng nhiều. Tuy nhiên, với tần suất truy cập cao và khối lượng thông
tin truy cập lớn như vậy trong khi dung lượng đường truyền bị hạn chế không đáp
ứng được sẽ dẫn đến tốc độ truy cập chậm và mạng bị nghẽn, thông tin sẽ không
đến được nơi cần đến hoặc sẽ đến chậm. Vấn đề đặt ra là phải cải thiện dung
lượng, chất lượng đường truyền để đáp ứng được một khối lượng lớn các yêu cầu
truy cập thông tin một cách nhanh chóng, chính xác.
Sợi quang có băng tần rất lớn, có đặc tính truyền truyền dẫn mạnh và là vật
dẫn truyền dẫn vật lý lý tưởng để thực hiện truyền dẫn thông tin với tốc độ cao,
dung lượng lớn, độ chính xác cao. Việc áp dụng công nghệ cáp quang vào mạng
truyền thông đã giải quyết được những vấn đề ở trên nhờ khả năng của nó:
• Dải thông khổng lồ (gần 50Tbps).
• Suy giảm tín hiệu không đáng kể (khoảng 0,2dB/km).
• Sự biến dạng của tín hiện thấp.

• Chỉ cần nguồn điện thấp.
• Vật liệu chế tạo sẵn có.
• Chỉ cần không gian nhỏ.
• Giá thành thấp.
Sự ra đời của sợi cáp quang đã tạo ra thách thức cho chúng ta là tiếp tục phát
triển công nghệ cáp quang để có thể sử dụng cáp quang trong tất cả các yêu cầu
về truyển thông mạng trong những năm tới.
Mục đích của việc thiết kế mạng quang để khai thác khả năng dải thông cực
lớn của sợi quang là để giải quyết tắc nghẽn mạng do truyền thông đa người sử
dụng, thông qua những giao thức và kiến trúc mạng. Trong một mạng quang, để
giải quyết vấn đề trên, người ta đưa vào các kỹ thuật ghép kênh như: Kỹ thuật
ghép kênh chia bước sóng (WDM), Kỹ thuật ghép kênh chia theo thời gian
(TDM), Kỹ thuật ghép kênh chia mã (CDM) [4].
Trong đó, WDM là kỹ thuật ghép kênh được ưa chuộng nhất hiện nay cho các
mạng truyền thông quang vì tất cả trang bị của người sử dụng đầu cuối cần để
hoạt động chỉ là tốc độ bit của một kênh WDM mà nó có thể được chọn một cách
tùy ý, thí dụ tốc độ xử lý điện tử cao. Đặc điểm nổi bật nhất của một hệ thống
WDM là tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng thông rộng với sự suy giảm
tín hiệu thấp, nâng cao rõ rệt dung lượng đường truyền của hệ thống, đồng thời hạ
giá thành sản phẩm xuống mức thấp nhất. Ở thế kỷ 21 này, sự phát triển hệ thống
WDM và công nghệ chuyển mạch quang tạo nên một mạng thông tin mới - mạng
thông tin toàn quang.
Do đó việc nghiên cứu mạng quang có ý nghĩa quang trọng trong việc phát
triển mạng truyền thông quang trong tương lai. Khi công nghệ mạng quang được
ứng dụng vào trong các mạng truyền thông thì những vấn đề dung lượng và chất
lượng đường truyền sẽ được giải quyết. Với những khả năng của sợi quang và kỹ
thuật WDM sẽ làm tốc độ truyền dẫn trên mạng, dung lượng và chất lượng được
nâng lên rất nhiều. Trong khuôn khổ đề tài chúng tôi đã đề cập đến một số vấn đề
của mạng quang WDM. Nội dung của khóa luận bao gồm 4 chương, được tổ chức
nhau sau:

- Chương 1: Tổng quan về mạng quang
- Chương 2: Đề cập đến một số vấn đề về mạng quang WDM.
- Chương 3: Nghiên cứu một vấn đề quan trọng trong mạng quang, đó là
định tuyến và phân phối bước sóng trong mạng quang WDM
- Chương 4: Trong chương này chúng tôi đặt ra một bài toán định tuyến và
phân phối bước sóng cụ thể, trong điều kiện dịch vụ tĩnh, với sự ràng buộc tính
liên tục của bước sóng. Bài toán sẽ được giải quyết bằng thuật toán GreedyRWA
trên ngôn ngữ lập trình Java. Lời giải sẽ được minh họa cụ thể trong khóa luận
này.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG
1.1 Tổng quang về mạng máy tính
Mạng máy tính là sự tổ hợp hai hay nhiều máy tính được nối với nhau qua
đường truyền để chúng có thể trao đổi thông tin với nhau, nâng cao hiệu quả khai
thác tài nguyên chung từ những vị trí địa lý khác nhau [1].
1.1.1 Sự hình thành và phát triển của mạng máy tính
Trước những năm 70 đã xuất hiện các mạng nối các máy tính và các thiết bị
đầu cuối dữ liệu để tận dụng tài nguyên chung, giảm giá thành truyền số liệu, sử
dụng tiện lợi. Tiếp theo là việc tăng nhanh các máy tính mini và PC đã tăng yêu
cầu truyền số liệu giữa máy tính và – Terminal và ngược lại. Do đó mạng máy
tính càng ngày càng phát triển để đáp ứng với nhu cầu của người dùng. Sự hình
thành của mạng máy tính được mô tả qua 4 giai đoạn và sự phát triển của các
thiết bị mạng:
(1) Các Terminal nối trực tiếp máy tính.
(2) Thiết bị tập trung và dồn kênh.
(3) Các bộ tiền xử lý.
(4) Mạng máy tính.
Trong giai đoạn 1 và 2, máy tính trung tâm có chức năng quản lý truyền tin
qua các tấm ghép nối điều kiển cứng. Trong giai đoạn 3 và 4 ta có thể thay thế
các tấm ghép nối, quản lý đường truyền bằng máy tính mini. Bộ tiền xử lý gắn

chặt với trung tâm bởi ghép nối nhanh tăng sức mạnh toàn hệ thống. Các xử lý
ngoại vi đưa vào máy chủ và các trạm đầu cuối thông minh. Ba giai đoạn đầu, hệ
có cấu trúc hình sao quanh máy tính trung tâm . Trong giai đoạn 4 việc đưa vào
mạng truyền tin cho phép xây dựng mạng máy tính rộng lớn.
1.1.2 Các yếu tố của mạng máy tính
Có hai yếu tố chính cần xem xét là đường truyền vật lý và kiến trúc của một
mạng máy tính.
a. Đường truyền vật lý:
Đường truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu giữa các máy tính. Tất cả các
tín hiệu đó biểu thị các dữ liệu dưới dạng xung nhị phân. Các tín hiệu có dạng
sóng điện từ và có tần số trải từ tần số cực ngắn đến tia hồng ngoại. Tùy theo tần
số của sóng điện từ mà có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền.
• Các tần số radio có thể truyền bằng cáp điện hoặc bằng phương pháp
khuếch tán.
• Sóng cực ngắn được dùng để truyền giữa các trạm mặt đất và vệ tinh hoặc
là để truyền từ một trạm phát đến các trạm thu.
• Tia hồng ngoại là lý tưởng đối với truyền thông mạng. Tia hồng ngoại và
tần số cao của ánh sáng có thể truyền qua cáp quang.
Đường truyền vật lý có các đặc trưng cơ bản sau:
• Dải thông của đường truyền là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng
được. Dải thông phụ thuộc vào độ dài cáp, cáp ngắn có Dải thông lớn hơn
so với cáp dài.
• Thông lượng của một đường truyền là tốc độ truyền dữ liệu trên đường
truyền đó, tính bằng bit/giây.
• Độ suy hao là độ đo độ suy yếu của tín hiệu trên đường truyền. Cáp càng
dài độ suy hao càng lớn.
• Độ nhiễu điện tử (EMI- Electromagnetic Inerference) làm nhiễu tín hiệu
trên đường truyền, được gây ra bởi môi trường điện từ xung quanh làm
ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền.
b. Kiến trúc mạng:

Kiến trúc mạng máy tính thể hiện cách nối ghép các máy tính với nhau như
thế nào. Kiến trúc mạng máy tính còn được gọi là Topology (gọi tắt là topo). Có
hai loại topo:
• Điểm- Điểm (Point- to- Point):
Các đường truyền nối từng cặp nút với nhau và mỗi nút đều có trách nhiệm
lưu trữ tạm thời thông tin chuyển đến, sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi đến đích.
Hình 1.1 cho một số dạng topo mạng Điểm- Điểm:
Hình 1.1: Một số topo mạng kiểu Điểm- Điểm
• Quảng bá (Broadcast hay Point- to- multipoint):
Tất cả các trạm đều cùng truy nhập vào một đường truyền vật lý duy nhất. Để
có thể gửi dữ liệu, các trạm phải dành quyền truy nhập vào đường truyền vật lý.
Do đó phải có cơ chế phân chia quyền truy nhập hợp lý. Hình 1.2 cho một số topo
mạng dạng quảng bá.
Dạng vòng Dạng Bus
Hình 1.2 Một số topo mạng kiểu quảng bá
1.1.3 Giao thức mạng (Network protocol)
Việc trao đổi thông tin, cho dù là đơn giản nhất, cũng đều phải tuân theo
những qui tắc nhất định.Việc truyền tín hiệu trên mạng cần phải có những qui tắc,
qui ước về nhiều mặt từ khuôn dạng của dữ liệu cho đến các thủ tục gửi, nhận dữ
liệu kiểm soát hiệu quả và chất lượng truyền tin và xử lý các lỗi và sự cố. Yêu cầu
xử lý và trao đổi thông tin của người sử dụng càng cao thì các qui tắc càng nhiều
và phức tạp hơn. Tập hợp các qui tắc, qui ước truyền thông mà các thực thể tham
gia truyền thông trên mạng phải tuân theo được gọi là giao thức mạng. Các mạng
có thể sử dụng các giao thức khác nhau tùy sự lựa chọn của người thiết kế, tuy
nhiên người ta đưa ra một số giao thức chuẩn được dùng trong nhiều mạng khác
nhau [1].
1.1.4 Phân loại mạng máy tính
Có nhiều cách phân loại mạng khác nhau tùy theo những yếu tố chính được
chọn để làm chỉ tiêu phân loại như: khoảng cách địa lý, kỹ thuật chuyển mạch…
a. Phân loại theo khoảng cách địa lý:

• Mạng cục bộ (LAN: Local Area Network): là mạng được cài đặt trong
phạm vi tương đối nhỏ (trường học, cơ quan…), khoảng cách địa lý trong
phạm vi vài chục km.
• Mạng đô thị (MAN: Metro Area Network): là mạng được cài đặt trong
phạm vi một thành phố, một trung tâm kinh tế, phạm vi địa lý là hàng trăm
km.
• Mạng diện rộng (WAN: Wide Area Network): phạm vi hoạt động của mạng
có thể vượt qua biên giới một quốc gia, có thể cả một khu vực.
• Mạng toàn cầu (GAN: Global Area Network): phạm vi của mạng trải rộng
khắp lục địa của trái đất.
b. Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch:
• Mạng chuyển mạch kênh (Circuit Switched Network):
Trong mạng này, khi hai thực thể muốn liên lạc với nhau chúng tạo ra một
kênh cứng, cố định được duy trì liên tục cho đến khi một trong hai thực thể ngắt
liên lạc. Nhược điểm của phương pháp này là hiệu suất sử dụng không cao (vì có
khi kênh bị bỏ không) và tiêu tốn thời gian cho việc thiết lập kênh truyền cố định
giữa hai thực thể. Mạng này chỉ phù hợp với mạng điện thoại.
• Mạng chuyển mạch thông báo (Message Switched Network):
Thông báo là một đơn vị dữ liệu của người sử dụng có khuông dạng được qui
định trước, mỗi một thông báo đều có vùng thông tin điều khiển chỉ rõ địa chỉ đến
của thông báo. Căn cứ vào thông tin này mà mỗi nút trung gian của mạng cứ tiếp
tục chuyển thông báo đến đích.
Ưu điểm của phương pháp này là:
o Hiệu suất sử dụng đường truyền cao vì không bị chiếm dụng độc quyền mà
được phân chia cho nhiều thực thẻ.
o Mỗi nút mạng có thể lưu trữ thông báo cho tới khi kênh truyền rỗi mới
chuyển thông báo đi, do đó giảm tình trạng tắc nghẽn.
o Có thể điều khiển truyền tin bằng cách sắp xếp độ ưu thiên cho các thông
báo.
Nhược điểm của phương pháp này là khi một thông báo dài bị lỗi phải truyền

thông báo này lại nên hiệu suất không cao. Phương pháp này thích hợp với thư tín
điện tử.
• Chuyển mạch gói (Packet Switched Network):
Trong mạng chuyển mạch gói, mỗi thông báo được chia thành nhiều phần nhỏ
được gọi là gói tin (Packet). Mỗi gói tin được qui định kích thước và có khuôn
dạng được qui đinh trước. Các gói tin của một thông báo có thể được gửi đi theo
nhiều đường khác nhau để đến đích.
Ưu điểm lớn nhất của mạng chuyển mạch gói là các gói tin có kích thước nhỏ
nên các nút mạng xử lý trực tiếp được và chuyển đến đích mà không phải lưu trữ
tạm thời trên đĩa, tiết kiệm được tài nguyên, dữ liệu được truyền đi nhanh hơn.
Mỗi đường truyền bị chiếm trong thời gian rất ngẵn vì có thể sử dụng bất kỳ
đường nào để đi đến đích nên hiệu suất đường truyền cao hơn.
Nhược điểm của phương pháp này là việc hợp nhất các gói tin thành dữ liệu
ban đầu của người sử dụng khá phức tạp.
c. Phân loại theo phương thức khai thác dữ liệu:
Có hai phương thức khai thác dữ liệu:
• Phương thức 1 (bình đẳng: pear to pear):
Các máy tính được nối lại với nhau, máy này có thể sử dụng tài nguyên của
máy kia và ngược lại. Không có máy nào được coi là máy chủ. Chức năng phân
cấp của các máy là như nhau.
• Phương thức 2 (khách/chủ: client/server):
Trong mạng, có ít nhất một máy gọi là máy chủ, máy này có chức năng phân
chia các tài nguyên trên mạng theo từng nhu cầu của mỗi máy trạm trên mạng.
Thuật ngữ Client dùng để chỉ người khai thác hệ thống mạng. Mỗi người khai
thác phải sử dụng một máy tính nào đó có nối với máy chủ để khai thác mạng.
1.2 Mạng quang ghép kênh chia bước sóng (Wavelength- Division
Multiplexer Network):
1.2.1 Sự phát triển của mạng quang WDM
Đầu thập kỷ 90, sự nghiên cứu chuyển mạch quang tử trên thế giới tập trung
vào ATM và chuyển mạch quang gói, dùng khóa quang cao tốc, thực hiện chuyển

mạch quang tử trên miền thời gian. Nhưng loại chuyển mạch quang này không
phát triển nhanh chóng được, vì linh kiện nhớ quang chưa phát triển, không thể
nhận biết được đầu tín hiệu ATM quang. Phương pháp thường được dùng là sử
dụng bộ phân luồng, tín hiệu quang được phân thành các bộ phận nhỏ, chuyển đổi
thành tín hiệu điện, nhận dạng đầu tín hiệu về điện, rồi điều khiển khóa quang
động tác. Tuy nhiên làm như vậy sẽ mất đi tính trong suốt về quang [2].
Cuối những năm 90, triển vọng ứng dụng hệ thống truyền dẫn quang WDM đã
rất khả quan. Trên cơ sở hệ thống WDM điểm nối điểm, lấy định tuyến bước
sóng làm cơ sở, người ta sẽ đặt ở chỗ những dây kết nối WDM giao nhau những
thiết bị đấu chéo quang (OXC) lấy bước sóng làm đơn vị nối chéo dây đối với tín
hiệu quang, hoặc thiết bị ghép kênh tách nhập quang (OADM) để nhập vào tách
ra. Khi đó, ở trên lớp vật lý do đường dây kết nối quang tạo thành sẽ hình thành
một lớp quang mới. Trong lớp quang này, các kênh bước sóng trong dây kết nối
quang gần nhau được nối với nhau, hình thành kênh quang vượt qua nhiều OXC
và OADM, hoàn thành việc truyền tin tức từ đầu đến cuối, đồng thời kênh quang
này còn thiết lập và giải phóng kênh theo nhu cầu một cách linh hoạt. Hiện nay,
lớp quang này là mạng toàn quang WDM đời mới đang được chú ý .
Tóm lại, mạng thông tin quang WDM có những ưu điểm chính sau đây:
• Có thể nâng rất cao dung lượng truyền dẫn quang và lượng lưu thoát của
điểm nút, đáp ứng với yêu cầu của mạng thông tin cao tốc băng rộng trong
tương lai.
• OXC và OADM là trong suốt đối với tốc độ và khuôn dạng của tín hiệu,
có thể xây dựng một mặt bằng truyền dẫn quang trong suốt cho nhiều loại
khuôn dạng thông tin.
• Lấy tuyến bước sóng làm cơ sở, có thể thực hiện tái định tuyến động của
mạng và tự động khôi phục khi có sự cố, tạo thành mạng truyền quang có
tính linh hoạt và có sức sống.
Hình 1.3 là một ví dụ về mạng định tuyến bước sóng (wavelength-routing
network). Mạng sẽ thiết lập các kênh quang đến các người sử dụng, như các thiết
bị cuối SONET hay các bộ định tuyến IP (IP router). Các kênh quang là những

kết nối quang được truyền từ điểm nguồn đến điểm đích trên một bước sóng tại
mỗi liên kết trung gian. Tại mỗi điểm trung gian trong mạng, các kênh quang
được định tuyến và được chuyển từ một liên kết này sang một liên kết khác.
Trong một vài trường hợp, các kênh quang có thể được chuyển đổi từ một bước
sóng sang bước sóng khác dọc theo đường đi được định tuyến của nó. Các kênh
quang khác nhau trong mạng định tuyến bước sóng có thể sử dụng bước sóng
giống nhau miễn là chúng không dùng chung bất kỳ những liên kết nào. Điều này
cho phép bước sóng giống nhau có thể được dùng lại trong các phần khác thuộc
không gian của mạng.
Hình 1.3: Mạng định tuyến bước sóng WDM
Ví dụ: trong hình 1.3 chỉ ra có 6 kênh quang. Kênh quang giữa B và C, giữa D
và E và một kênh quang giữa E và F không dùng chung bất kỳ một liên kết nào
trong mạng và vì vậy có thể được thiết lập để sử dụng cùng bước sóng λ
1
. Tại
cùng một thời điểm, kênh quang giữa A và F sử dụng chung một liên kết với kênh
quang giữa B và C và do vậy phải sử dụng bước sóng khác nhau. Tương tự như
vậy, hai kênh quang giữa E và F phải được phân phối các bước sóng khác nhau.
Chú ý rằng, các kênh quang đó phải luôn luôn sử dụng bước sóng giống nhau trên
mỗi liên kết trong đường đi của chúng. Đây là ràng buộc mà ta phải giải quyết
nếu chúng ta không có khả năng chuyển đổi bước sóng trong mạng. Giả sử ta chỉ
có hai bước sóng sẵn có trên mạng và muốn thiết lập một kênh quang mới giữa
điểm E và điểm F. Không có sự chuyển đổi bước sóng, thì ta sẽ không thể thiết
lập được kênh quang này. Mặt khác, nếu điểm trung gian X có thể thực hiện
chuyển đổi bước sóng, ta có thể thiết lập kênh quang này sử dụng bước sóng λ
2
trên liên kết EX và bước sóng λ
1
trên XF.
1.2.2 Kỹ thuật ghép kênh chia bước sóng (Wavelength Division Multiplexr)

Ghép kênh chia bước sóng (WDM) là một phương pháp tiếp cận mà theo đó
có thể khai thác dải thông rất lớn của quang điện tử bằng cách ghép nhiều kênh
WDM từ các người dùng đầu cuối khác nhau trên cùng một sợi quang. Với
WDM, trong quá trình truyền, quang phổ sẽ được chia nhỏ thành một số bước
sóng (tương ứng với một tần số) không trùng nhau, với mỗi bước sóng hổ trợ cho
một kênh giao tiếp đơn hoạt động ở bất kỳ mức độ mong muốn nào. Như vậy,
bằng việc cho phép nhiều kênh WDM cùng tồn tại trên một sợi quang, với những
yêu cầu tương ứng dựa trên việc xây dựng và phát triển của những kiến trúc, giao
thức và những thuật toán mạng thích hợp. Những thiết bị của WDM là dễ dàng
vận hành hơn. Nhiều thiết bị WDM đang được giới thiệu ra thị trường ngày càng
phổ biến hơn.
Sự nghiên cứu và phát triển hiện tại cho thấy rằng loại mạng WDM sẽ được
ứng dụng chủ yếu như là một “mạng xương sống” cho các vùng có phạm vi rộng,
ví dụ như mạng tại từng quốc gia hay mạng toàn cầu. Các người dùng đầu cuối sẽ
gắn vào mạng thông qua một bộ phận gọi là những nút chuyển mạch/định tuyến
dùng sóng ngắn.
a. Định nghĩa WDM
WDM là kỹ thuật ghép- chia tầng số (FDM) cho cáp quang. Kỹ thuật này cho
phép một đường cáp quang chứa nhiều tín hiệu ánh sáng thay vì chỉ một tín hiệu.
Mỗi tín hiệu ánh sáng chiếm một tần số khác nhau. WDM được các nhà cung cấp
như MCI sử dụng để làm tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu trên mạng. MCI mới
đây đã dùng Quad- WDM (four- wavelength WDM) trong trục chính, làm tăng
gấp bốn lần dung lượng của mạng bằng cách bổ sung thêm cáp quang. Trục chính
vận hành ở tốc độ 2.5Gbit/s trước khi dùng Quad- WDM, và với tốc độ 10Gbis/s
sau khi dùng Quad- WDM.
Công nghệ WDM là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn
nhiều bước sóng tín hiệu quang. Nguyên lý cơ bản là tín hiệu quang có bước sóng
khác nhau ở đầu vào được tổ hợp lại (ghép kênh) và phối ghép trên cùng một sợi
quang của đường dây cáp quang để truyền dẫn, ở đầu thu tín hiệu có bước sóng tổ
hợp đó được phân giải ra (tách kênh) và xử lý thêm một bước, khôi phục lại tín

hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau, do đó công nghệ này gọi là ghép
kênh chia bước sóng quang, gọi tắt là công nghệ ghép kênh bước sóng.
WDM gởi các tín hiệu bội thông qua một đường cáp duy nhất với các tần số
khác nhau. Để ý rằng cáp quang có băng thông rất lớn (25000 GHz), nhưng mỗi
kênh chỉ dùng một phần nhỏ của băng thông này. Các kênh quang học có băng
thông hẹp vì khó thực hiện nhanh các chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu
quang. Tuy vậy, các kênh bội vận hành ở những tần số khác nhau có thể dồn
(multiplex) vào chung một sợi cáp quang để sử dụng hiệu quả. Cấu hình WDM
điển hình gồm một bộ multiplex, nhận đầu vào từ các nguồn quang (lên đến 32
nguồn trong một số hệ thống) và điều biến mỗi tín hiệu ở các tần số khác nhau để
chuyển tải qua một kênh cáp quang duy nhất. Bộ multiplex ở đầu kia tách trả lại
(demultiplex) những tín hiệu này.
b. Các bước sóng chuẩn
Hiện nay, vấn đề ghép kênh bước sóng quang dày đặc trên tín hiện quang là
tương đối khó khăn do một số linh kiện quang và công nghệ chưa được hoàn
thiện. Vì vậy, người ta có thể gọi ghép kênh bước sóng ở trong cùng một cửa sổ
khoảng cách các tương đối nhỏ là ghép kênh bước sóng dày đặc (DWDM).
DWDM là kỹ thuật truyền dẫn bằng sợi quang, kỹ thuật này sử dụng bước sóng
ánh sáng để chuyển dữ liệu theo từng bít song song hoặc theo từng chuỗi ký tự.
DWDM là một xu thế trong thông tin quang học. Nó lợi dụng đặc tính băng rộng
của sợi quang, , trong cửa sổ bước sóng 1550nm có tổn hao thấp để ghép kênh
nhiều đường tín hiệu quang, nâng dung lượng thông tin sợi quang lên rất cao.
Hình 1.4: Sơ đồ phổ tổn hao của sợi quang
Hệ thống WDM hiện nay chủ yếu sử dụng ở trong đoạn bước sóng 1550nm
(1.55 µm) (hình 1.4), đồng thời dùng 8, 16 hoặc nhiều bước sóng hơn tạo thành
hệ thống thông tin quang trên một đôi sợi quang (cũng có thể sử dụng một sợi
quang), trong đó khoảng cách giữa mỗi bước sóng là 1.6 nm, 0.8 nm hoặc thấp
hơn, tương ứng với khoảng 200GHz, 100GHz hoặc dải hẹp hơn. Việc chọn đoạn
bước sóng 1550nm này bởi 2 lý do: thứ nhất, sự tổn hao trong sợi quang trong
đoạn này là thấp nhất , và thứ hai, các bộ khuếch đại quang là sẵn có trong đoạn

này.
Trong hinh 1.4, biểu thị đỉnh nhọn trong phổ tổn hao là bắt nguồn từ OH trong
sợi quang, nếu loại trừ thì lợi dụng được đầy đủ đặc tính tổn hao thấp của sợi
quang (gọi là sợi quang toàn sóng) trong đoạn sóng 1280 ~ 1620 nm, làm cho
phạm vi sử dụng của hệ thống ghép kênh bước sóng đạt tới trên dưới 340 nm, có
thể nâng dung lượng truyền dẫn lên rất cao. Trong đó, đoạn 1525 ~ 1565 nm
thường gọi là đoạn sóng C (C-band), đây là đoạn sóng các hệ thống hiện nay sử
dụng, đoạn sóng hiện đang nghiên cứu và phát triển là đoạn sóng L (1570 ~ 1620
nm) và đoạn sóng S (1400nm). Hiện nay các hệ thống nói chung thường sử dụng
bước sóng của kênh tín hiệu cùng khoảng cách, tức k*0,8nm, k là số nguyên
dương. Trước đây, khái niệm WDM và DWDM thường được dùng để phân biệt
ghép kênh đơn giản 1310/1550 nm với ghép kênh dày đặc trong đoạn sóng 1550
nm, nhưng hiện nay trong viễn thông, công nghệ DWDM chỉ dùng ở một số
trường hợp đặc biệt, vì ghép kênh 1310/1550 nm vượt ra ngoài phạm vi của
EDFA (bộ khuếch đại trộn Erbium) [4].
1.2.3 Mạng quang WDM
Mạng quang WDM là mạng máy tính bao gồm tập hợp các điểm nút và tập
hợp các đường sợi quang nối các điểm nút. Kết cấu của điểm nút chia làm hai
phần: phần quang và phần điện. Bộ phận quang là khóa định tuyến bước sóng do
bộ ghép/tách kênh bước sóng quang và ma trận khóa quang tạo thành, nó có thể
làm cho kênh quang đã chọn trực tiếp thông qua điểm nút truyền dẫn quang, nối
chéo với các đường dây kết nối khác, hoặc nối tại chỗ vào luồng đi hay luồng
đến; Phần điện bao gồm thiết bị ghép tách OADM và thiết bị nối chéo OXC. Nó
thông qua một số thiết bị phát/thu quang nối đến phần quang ở điểm nút. Ở đây,
đường thông quang là đường nối giữa hai điểm nút bằng một tuyến quang hai
chiều.
Trong mạng quang WDM, để tận dụng tài nguyên băng tầng của mạng thì
việc sử dụng bộ biến đổi bước sóng là một biện pháp cần thiết. Bộ biến đổi bước
sóng là một thiết bị quan trọng để giải quyết vấn đề định truyến bước sóng. Trong
mạng có sử dụng bộ biến đổi bước sóng, tại những đường kết nối khác nhau có

thể sử dụng các bước sóng khác nhau để xây dựng kênh quang, từ đó nâng cao
tính linh hoạt của mạng, loại trừ xung đột bước sóng của kênh quang. Sử dụng bộ
biến đổi bước sóng thì có thể thực hiện được việc sử dụng lại bước sóng, kết quả
là việc chọn tuyến có hiệu quả hơn, giảm xác suất nghẽn mạng, từ đó nâng cao
tính linh hoạt và khả năng mở rộng của mạng quang WDM.
1.2.4 Topo của mạng quang WDM
b. Topo vật lý:
Topo vật lý của mạng là quan hệ kết nối vật lý của các điểm nút mạng, là tập
hợp các điểm nút và các sợi quang [3]. Các dạng topo vật lý của mạng quang
WDM:
• Hình tuyến tính:
Tất cả các điểm nút của mạng nối với nhau theo kiểu đường dây không khép
kín. Đối với dạng này, điểm nút đầu thực hiện chức năng ghép kênh bước sóng,
điểm nút ở giữa là thiết bị ghép/tách quang (OADM). Ưu điểm của loại kết cấu
này là đơn giản, có thể thay đổi linh hoạt, tuy nhiên tính tồn tại của nó tương đối
kém vì khi một điểm nút hoặc đường dây kết nối bị sự cố thì mạng không thể hoạt
động được.
• Hình sao:
Trong mạng có một điểm nút có kết nối vật lý đến tất cả các điểm nút khác và
giữa các điểm nút khác không có kết nối vật lý với nhau. Điểm nút đó được gọi là
điểm nút trung tâm, các điểm nút khác gọi là điểm nút phụ thuộc. Ở dạng này,
ngoài điểm nút trung tâm, thông tin giữa các nút phụ thuộc phải chuyển tiếp qua
nút trung tâm, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý tông hợp băng
tầng của mạng. Tuy nhiên khi điểm nút trung tâm gặp sự cố thì mạng không hoạt
động được. Mạng dạng này đòi hỏi nút trung tâm phải có khả năng xử lý rất
mạnh.
Hình 1.5: Các dạng topo vật lý
• Hình cây:
Mạng hình cây là sự kết hợp của topo hình sao và topo hình tuyến tính.
• Hình vòng:

Trong mô hình tuyến tính, dùng đường dây kết nối cáp quang để nối điểm đầu
và điểm cuối lại với nhau sẽ tạo thành topo hình vòng.
• Hình lưới:
Giữa tất cả các điểm nút của mạng ít nhất có hai đường dây kết nối vật lý khác
nhau. Nếu cứ hai trong tất cả các điểm nút đều có kết nối vật lý với nhau thì sẽ
thành mạng hình lưới lý tưởng. Tuy nhiên so với topo khác, topo hình lưới có độ
tin cậy cao nhất, nhưng kết cấu phức tạp, việc điều khiển và quản lý cũng tương
đối phức tạp. Thường chỉ sử dụng cho mạng đường trục có yêu cầu cao về tính tin
cậy.
c. Topo logic:
Topo logic là sự phân bố dịch vụ giữa các điểm nút của mạng. Nó quan hệ
mật thiết với topo vật lý [2]. Topo logic thưòng có các loại kết cấu sau:
• Hình sao:
Trong kết cấu hình sao (hình 1.5), có điểm nút trung tâm, phụ trách kết nối với
các điểm nút khác. Như vậy, mọi liên hệ thông tin giữa các điểm nút khac đều
phải chuyển tiếp qua điểm nút trung tâm. Điều đó không thuận tiện cho thông tin
giữa các điểm nút. Trong trường hợp chỉ có một điểm nút trung tâm, sự mật hiệu
lực của nó sẽ làm cho toàn bộ mạng bị tê liệt, do đó tính tin cậy tương đối thấp.
Để tăng cường tính tin cậy, có thể cấu hình hai điểm nút trung tâm. Trong cấu
hình này, tất cả điểm nút phụ thuộc đều có liên hệ thông tin với hai điểm trung
tâm, đồng thời giữa hai điểm nút trung tâm với nhau cũng có liên hệ thông tin.
Hình 1.6: Cấu hình topo logic cơ bản
• Tôpô kiểu cân bằng:
Cấu hình tôpô logic kiểu này chỉ tồn tại trong mạng tôpô vật lý hình tuyến và
hình vòng. Trong kết cấu này, quan hệ kết nối dịch vụ chỉ tồn tại trong các điểm
nút có kết nối vật lý. Như vậy, thông tin giữa các điểm nút không có kết nối vật lý
phải thông qua tất cả điểm nút trung gian chuyển tiếp thì mới có thể thực hiện
được. Về bản chất, đây là một phương thức thông tin điểm nối điểm, là hình thức
tổ hợp liên kết từng đôi, do đó mất đi tính linh hoạt của thông tin quang. Thông
thường chỉ sử dụng trong trường hợp có dịch vụ giữa hai điểm nút gần nhau.

• Tôpô hình lưới:
Nếu bất kỳ hai điểm nút tuỳ chọn tạo nên một cặp điểm nút, thì ở trong tôpô
logic hình lưới, ngoài việc đảm bảo tất cả các điểm nút mạng đều có thể xây dựng
kết nối thông tin ra, tuyệt đại bộ phận các cặp điểm nút tồn tại kênh thông tin trực
tiếp.
c. So sánh topo vật lý và topo logic
Như đã nói ở trên, tôpô vật lý của mạng ghép kênh bước sóng là do điểm nút
và các đường dây kết nối giữa các điểm nút của mạng, tôpô vật lý có liên quan
trực tiếp với việc định tuyến khi đặt đường cáp quang, tuy nhiên tôpô vật lý
không thể theo kịp sự cải tiến dịch vụ. Sử dụng sự liên quan mật thiết giữa khái
niệm kênh quang tạo thành tôpô logic với sự phân bố dịch vụ giữa các điểm nút,
có thể thay đổi tôpô logic từ cấu hình phần mềm [2]. Khác nhau cơ bản giữa tôpô
vật lý và tôpô logic là:
• Cơ sở của tôpô vật lý là sự kết nối vật lý giữa các điểm nút; Cơ sở thiết kế
của tôpô logic là quan hệ kết nối logic giữa các điểm nút, mà cơ sở thực hiện là
quan hệ kết nối vật lý giữa điểm nút.
• Trong mạng quang, tôpô vật lý phản ánh quan hệ kết nối trong lớp môi
trường vật lý, mức độ phức tạp của tôpô vật lý có quan hệ mật thiết với số lượng
đầu dây của điểm nút mạng; Tôpô logic phản ánh kết nối lớp kênh quang của
mạng, truyền dẫn và chức năng xử lý, độ phức tạp của tôpô có quan hệ trực tiếp
với số lượng đầu dây của điểm nút, số lượng bước sóng ghép kênh, chức năng và
kết cấu của mạng.
• Thiết kế tôpô vật lý có mục đích là nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ mạng,
quá trình thiết kế được thực hiện sao cho phân bố địa lý của điểm nút mạng và
quan hệ kết nối vật lý giữa các điểm nút là tối ưu; Mục đích thiết kế tôpô logic là
dựa vào tôpô vật lý đã có để nâng cao chỉ tiêu vận hành và kinh doanh mạng, tối
ưu hóa chức năng mạng của lớp kênh quang.
1.3. Kiến trúc phân lớp của mạng quang WDM
1.3.1. Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI
a. Kiến trúc phân tầng

Để giảm phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng, hầu hết các mạng máy
tính đều có phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng. Mỗi tầng cung cấp một
số chức năng và dịch vụ nhất định cho tầng cao hơn [1]. Mỗi hệ thống trong
mạng đều có cấu trúc tầng dựa vào:
• Số lượng tầng.
• Chức năng mỗi tầng
• Định nghĩa mối quan hệ giữa 2 tầng đồng mức và 2 tầng kề nhau.
Hình 1.7: Mô hình kiến trúc phân tầng
b. Mô hình OSI
Tình trạng không tương thích giữa các mạng gây trở ngại cho người sử dụng,
tác động đến mức tiêu thụ sản phẩm về mạng. Do đó cần xây dựng các mô hình
chuẩn làm căn cứ để nghiên cứu và thiết mạng. Hai tổ chức chuẩn là:
• ISO (International Organization for Standardization): Các chuẩn do hội
đồng ISO ban hành như là các tiêu chuẩn quốc tế chính thức.
• CCITT (Committee Consult tafif International pour Télégraphe et
Téléphone): Tổ chức tư vấn quốc tế về điện tín và điện thoại. CCITT đưa
ra các khuyến nghị không được coi là chuẩn.
• Ngoài còn các tổ chức khác như: ECMA, ANSI, IEEE…
ISO áp dụng 5 nguyên tắc cơ bản sau để phân tầng:
• Chỉ thiết lập một lớp khi cần đến một cấp độ trừu tượng khác nhau.
• Mỗi lớp phải thực hiện chức năng rõ ràng.
• Chức năng của mỗi lớp phải phân định rõ những giao thức theo chuẩn
quốc tế.
• Ranh giới của các lớp phải giảm tối thiểu lưu lượng thông tin truyền qua
giao diện lớp.
• Các chức năng khác nhau phải được xác định trong lớp riêng biệt, song số
lượng lớp phải vừa đủ để cấu trúc không trở nên quá phức tạp.
Từ đó OSI đưa ra mô hình 7 mức sau:
Hình 1.8: Mô hình OSI
Khi hệ thống A gởi tin đi, dữ liệu sẽ được thêm vào phần thông tin điều khiển

khi đi qua mỗi tầng từ trên xuống. Khi hệ thống B nhận thông tin, thông tin đi từ
dưới lên, thông tin điều khiển được tách ra để xử lý gói. Cuối cùng hệ thống B
nhận được thông tin nguyên thủy được gởi từ hệ thống A [1].
1.3.2 Sự phân lớp của mạng quang WDM
Trong mạng quang người ta đưa vào một lớp mới gọi là lớp quang. Lớp quang
là lớp chủ (server) cung cấp các dịch vụ đến các khách (client). Lớp quang nằm
giữa lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu. Lớp quang cũng cung cấp các kênh quang
đến các lớp khách [4].
Một lớp quang bao gồm 3 lớp con tạo thành như sau:
• Lớp kênh quang (OCH):
Tương ứng với các kênh quang, truyền dẫn trong suốt các tín tức dịch vụ đầu
đến cuối trên kênh quang (định tuyến tin tức) và phân phối bước sóng. Có tính
năng chủ yếu: cung cấp lớp kênh quang kết nối kiểu tái định tuyến linh hoạt; có
khả năng xử lý các thông tin phụ của kênh quang đảm bảo chắc chắn tính hoàn
chỉnh của tín hiệu phối hợp trong lớp kênh quang. Khi phát sinh sự cố, thông qua
việc định tuyến lại hoặc cắt chuyển dịch vụ công tác sang định tuyến bảo vệ cho
trước để thục hiện đấu chuyển bảo vệ và khôi phục mạng.
• Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS):
Tương ứng với các kết nối , cung cấp chức năng kết nối mạng cho tín hiệu
nhiều bước sóng bao gồm: chức năng xử lý thông tin phụ đoạn ghép kênh quang
để đảm bảo chắc chắn tính hoàn chỉnh của tín hiệu phối hợp ở đoạn ghép kênh
quang nhiều bước sóng; cung cấp chức năng đo thử giám sát đoạn ghép kênh
quang để đảm bảo khả năng thao tác và quản lý.
• Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS):
Cung cấp cho tín hiệu quang chức năng truyền dẫn trên các loại sợi quang
(như G.652, G.655…) bao gồm chức năng quản lý và giám sát bộ khuếch đại
quang, tán sắc sợi quang … trong lớp đoạn truyền dẫn quang.
1.4 Xu hướng phát triển của mạng máy tính hiện nay
Ngày nay, nhu cầu truyền các loại thông tin khác nhau như tiếng nói, hình
ảnh, số liệu cùng một lúc trên mạng, nhu cầu truyền thông tin từ một điểm đến

nhiều điểm, từ nhiều điểm đến nhiều điểm với tốc độ cao. Mạng thông tin hiện tại
chỉ đáp ứng được phần nào nhu cầu truyền thông đa phương tiện (multimedia).
Thông tin đa phương tiện là hiện thực của sự phát triển mạng thông tin hiện tại và
thương lai. Từ đó ra đời mạng tổ hợp dịch vụ băng rộng (B-ISDN) có khả năng
truyền các thông tin liên quan tới nhiều ứng dụng khác nhau như truyền hình số,
truyền hình độ phân giải cao, điện thoại truyền hình với chất lượng cao, các dịch
vụ hình ảnh, các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao với kiểu truyền không đồng bộ
ATM. Sự ra đời và đưa vào ứng dụng công nghệ mạng quang sẽ làm chất lượng
của các ứng dụng trên ngày càng được nâng cao.
Chương 2
MẠNG QUANG WDM
2.1 Các thành phần của mạng quang
Trong mạng WDM, các điểm nút trung gian bao gồm các điểm nút nối chéo
quang (OXCs), ghép kênh tách ghép (OADM) và điểm nút hỗn hợp (điểm nút có
đồng thời chức năng của OXC và OADM),… Trong mạng quang, linh kiện quan
trọng nhất là thiết bị nối chéo quang (OXC), có thể coi bộ ghép tách kênh quang
(OADM) như chức năng đơn giản của kết cấu OXC [3].
2.1.1 Thiết bị nối chéo quang (OXC)
OXC có hai chức năng chính là chức năng nối chéo của kênh quang và chức
năng ghép tách đường tại chỗ. Chức năng này có thể làm cho kênh quang nào đó
tách ra để đưa vào mạng địa phương hoặc sau khi trực tiếp đưa vào DXC của lớp
SDH thông qua biến đổi quang, do kênh điện trong DXC sẽ xử lý. Đồng thời cho
phép kênh quang ở địa phương nhập vào và ghép kênh truyền đến đầu ra của
đường kết nối. Khi đánh giá kết cấu của OXC cần xét đến những chỉ tiêu tính
năng chủ yếu sau:
• Trợ giúp kênh bước sóng hay kênh bước sóng ảo:
Tùy theo OXC có cung cấp chức năng biến đổi bước sóng hay không, kênh
quang được chia thành kênh bước sóng và kênh bước sóng ảo. Kênh bước sóng
tương ứng với trường hợp OXC không có chức năng biến đổi bước sóng và kênh
quang trên các sợi quang khác nhau phải cùng sử dụng một bước sóng như nhau.

Kênh bước sóng ảo tương ứng với trường hợp OXC có chức năng biến đổi bước
sóng.
• Đặc tính nghẽn:
Có ba đặc tính nghẽ của mạng chuyển mạch: tuyệt đối không nghẽ, không
nghẽn nếu cấu hình lại và loại có nghẽn. Vì dung lượng truyền của kênh quang rất
lớn, nghẽn có ảnh hưởng rất lớn đối với tính năng của hệ thống, do đó tốt nhất là
kết cấu của OXC là tuyệt đối không nghẽ.
• Tính module của kết nối:
Xét tới sự tăng trưởng lưu lượng thông tin và giá thành xây dựng của OXC,
kết cấu của OXC cần phải có tính module. Như vậy khi lưu lượng nhỏ chì OXC
chỉ cần giá thành rất nhỏ đã có thể cung cấp tính liên kết đầy đủ. Khi lưu lượng
tăng lên chỉ cần tăng thêm các module mới mà không cần biến đổi kết cấu vốn có
của OXC. Ngoài ra cũng có thể tăng tỷ lệ số đường vào/ra mà không cần thay đổi
kết cấu.
• Tính module của bước sóng:
Kết cấu có tính module của bước sóng là kết cấu có thể tăng số bước sóng
ghép kênh trong mỗi đường.
• Khả năng phát quảng bá:
Nếu sau khi tín hiệu đi vào trong kênh quang đi qua điểm nút OXC, có thể
phát sóng quảng bá cho các kênh quang đầu ra thì loại kết cấu này có khả năng
quảng bá. Khả năng này rất cần cho một số dịch vụ mới.
• Giá thành:
Giá thành là một trong những nhân tố quang trọng quyết định sau này loại kết
cấu nào chiếm chủ yếu. Khi số lượng đường vào/ra điểm nút của kênh quang là
nhất định thì số linh kiện dùng càng ít, càng rẻ thì giá thành càng hạ.
Có thể dùng hai loại chuyển mạch trong module chuyển mạch quang OXC:
chuyển mạch chia thời gian và chuyển mạch chia bước sóng. Linh kiện thực hiện
chuyển mạch bước sóng là các bộ chuyển đổi bước sóng, chúng có thể chuyển đổi
tín hiệu từ bước sóng này sang bước sóng khác, thực hiện chuyển mạch trên
miênh bước sóng. Ngoài ra trong module chuyển mạch còn sử dụng rộng rãi bộ

chọn bước sóng. Các tổ hợp khác nhau của các linh kiện này có thể tạo thành các
kết cấu OXC khác nhau. Tùy theo chức năng định tuyến do linh kiện thực hiện là
chính, có thể chia OXC làm hai loại lớn: OXC dựa trên chuyển mạch chia không
gian và OXC dựa trên chuyển mạch chia bước sóng. Hiện này có rất nhiều loại
kết cấu OXC, hơn nữa do tính thay thế lẫn nhau của linh kiện chúng còn có thể
biến hóa thành nhiều loại kết cấu nữa.
2.1.2 Bộ ghép tách kênh quang (OADM)
Bộ ghép tách quang (OADM) là một linh kiện quan trọng của việc tổ chức
mạng truyền dẫn, chức năng của nó là tách (Drop) lọc tín hiệu quang từ những
thiết bị truyền dẫn đưa về mạng tại chỗ, đồng thời ở đường nhập (Add), tín hiệu
quang của thuê bao phát cho một điểm nút khác mà không ảnh hưởng đến việc
truyền dẫn các tín hiệu kênh bước sóng khác.
Kết cấu OADM bao gồm tách kênh, phần tử lọc điều khiển tách nhập và phần
tử ghép kênh. Khi dùng các phương pháp khác nhau thực hiện tách và ghép kênh
sẽ tạo ra các kết cấu OADM khác nhau. Hiện nay có nhiều kết cấu OADM,
nhưng về tổng quát có thể chia là hai loại: kết cấu trùng lặp và kết cấu không
trùng lặp. Kết cấu trùng lặp chủ yếu dùng linh kiện không nguồn là bộ ghép/tách
kênh và bộ lọc cố định, điểm nút ghép/tách một và nhiều bước sóng cố định, tức
là định tuyến của điểm nút đã được xác định. Kết cấu không trùng lặp dùng linh
kiện khóa quang, bộ lọc có điều khiển… có thể điều tiết bước sóng động đường
thoại tách nhập của điểm nút OADM, từ đó đạt tới khả năng kết cấu trùng lặp của
mạng quang động. Kết cấu trùng lặp thiếu tính linh hoạt, nhưng tin cậy không có
trễ , kết cấu không trùng lặp phức tạp và có trễ nhưng có thể phân phối tài nguyên
của mạng được hợp lý.
2.2 Các kiểu chuyển mạch của mạng quang WDM
Mạng ghép kênh quang có 2 kiểu chuyển mạch: chuyển mạch kênh quang và
chuyển mạch gói quang. Từ đó hình thành 2 hình thức mạng ghép kênh bước
sóng, tức mạng quang WDM chuyển mạch kênh quang (Circuit-Switched WDM
Network) và mạng quang WDM chuyển mạch gói quang (Packet-Switched WDM
Network).

2.2.1 Mạng chuyển mạch kênh quang (Circuit- Switched WDM NetWork)
Mạng quang WDM chuyển mạch kênh quang hiện là mạng được nghiên cứu
nhiều nhất và nó cùng gần với thực tế nhất. Ở một số nước phát triển (như Mỹ,
Nhật, một số nước Châu Âu) đã và đang xây dựng mạng thực nghiệm WDM
chuyển mạch kênh quang.
Xét từ kết cấu topo, có 2 hình thức mạng quang WDM chuyển mạch kênh
quang: một là mạng quảng bá và lựa chọn, cũng tức là mạng kết cấu hình sao, hai
là mạng định tuyến bước sóng.
a. Mạng quảng bá và lựa chọn (Broadcast-and-select optical WDM
Network):
Mạng quảng bá và lựa chọn được xây dựng dựa vào hệ thống toàn quang
WDM đơn giản nhất [8]. Trong hệ thống này, các thiết bị mạng được làm hoàn
toàn bằng thủy tinh, chúng hoạt động như bộ trung chuyển quảng bá thông tin đến
toàn mạng. Một mạng quang WDM quảng bá và lựa chọn có thể được thiết kế
bằng cách kết nối các điểm nút mạng với nhau thông qua sợi quang 2 chiều và bộ
phối ghép không nguồn hình sao, trong đó mỗi điểm nút được phân phối bước
sóng khác nhau (hình 2.1). Tín hiệu phát đi với đặc tính bước sóng của từng điểm
nút được hội tụ (kết hợp) lại qua bộ phối ghép, sau khi phân luồng đi tới đầu thu
tin ở các điểm nút, sử dụng máy thu có điều chỉnh cho phù hợp chỉ với một bước
sóng ở mỗi điểm nút để lựa chọn thu. Trong đó máy phát ở các điểm nút có tần số
cố định, máy thu có thể điều chỉnh được (trên thực tế có thể ngược lại). Chú ý ở
đây, điểm nút thu muốn nhận được tin tức của điểm nút phát nào đó phải dùng
máy thu để điều chỉnh bước sóng thu giống với bước sóng phát, điều này cần tới
giao thức điều khiển thăm dò phương tiện (giao thức MAC).
Để hoạt động của mạng đúng cách thức, mỗi điểm nút phải có khả năng tạo
kết nối với bất kỳ điểm nút nào khác (nghĩa là mỗi điểm nút sẽ truy cập đến nhiều
kênh WDM). Vì lý do đó, mỗi điểm nút nên có một truy cập đa kênh WDM. Điều
đó có thể được hoàn thành bằng cách tạo ra các máy phát và/hoặc máy thu có thể
điều hướng được qua nhiều kênh (bước sóng), hoặc có vô số máy phát và/hoặc
máy thu điều kiển cố định và mỗi máy đảm nhận một kênh khác nhau trên một

điểm nút. Trong việc sắp xếp thứ tự để tránh nhiễu kênh, các máy phát nên có độ
rộng tuyến giới hạn, và máy thu có thể lọc mỗi kênh riêng lẻ (nghĩa là yêu cầu các
bộ lọc dải thông giới hạn). Thêm vào đó, để cải thiện hiệu suất, các thành phần có
thể điều hướng được phải kiểm soát tất cả các kênh.
Hình 2.1: Mạng quảng bá và lựa chọn
Giả sử có W kênh, mỗi kênh đang vận hành ở tốc độ C bit/s trong mạng. Hệ
thống quảng bá và lựa chọn hỗ trợ cho W kết nối đồng thời và tổng dung lượng
của hệ thống này sẽ là W*C bit/s. Tốc độ C của kênh có thể tăng lên đến tốc độ
dòng điện, như vậy có thể có được dung lượng tổng hợp lớn mà không cần phá bỏ
giới hạn điện tử trên mỗi điểm nút. Vì vậy, dung lượng của mạng tỷ lệ thuận với
số kênh khả dụng trong mạng. Mặt khác, số lượng kênh liên quan trực tiếp đến
băng điều hướng và dải thông của các máy phát.
Kế thừa sự hỗ trợ cho kỹ thuật Multicasting/Broadcasting là một đặc trưng
quang trọng của mạng quảng bá và lựa chọn. Kỹ thuật Broadcasting và
Multicasting là khả dụng trong mạng quảng bá và lựa chọn vì các máy thu truy
cập đến tất cả các kênh trong mạng. Điều đó cùng với việc thêm vào kết nối
điểm-điểm đã làm cho các kết nối điểm-nhiều điểm và điểm-tất cả các điểm có
thể thiết lập được. Kỹ thuật Broadcasting và Multicasting là vấn đề quan trọng
trong hoạt động mạng ngày nay. Trong tương lai không xa, nhiều ứng dụng yêu
cầu kỹ thuật Broadcasting và/hoặc Multicasting sẽ phổ biến chẳng hạn như tính
toán phân phối, ứng dụng cơ sở dữ liệu phân tán, video tương tác,…
Topo vật lý của mạng quảng bá và lựa chọn:
Yếu tố quang chính được sử dụng trong các bộ phận của mạng quảng bá và
lựa chọn là bộ phối ghép. Bộ phối ghép là thuật ngữ tổng quát để chỉ tất cả các
thiết bị ghép hoặc tách ánh sáng của sợi quang. Bộ tách quang là một dạng của bộ
phôi ghép dùng để phân chia tín hiệu quang trong một luồng thành hai hay nhiều
luồng. Bộ ghép quang có chức năng ngược lại bộ tách quang.
Kiến trúc mạng quảng bá và lựa chọn phổ biến nhất là dựa và một bộ phối
ghép không nguồn hình sao (Hình 2.2.a). Đây là topo mạng WDM toàn quang
đơn giản nhất. Trong mạng, một bộ phối ghép NxN hình sao được đặt ở trung tâm

của mạng, và mỗi điểm nút kết nối đến cổng vào và cổng ra của bộ phối ghép
hình sao đó bằng một cặp sợi quang. Một cách để thực thi một bộ phối ghép
không nguồn là kết hợp các bộ ghép quang xếp tầng bằng cách tổ chức các bộ
tách quang thành cấu trúc cây. Một cách thực thi khác của bộ phối ghép hình sao
là tích hợp quang bộ phối ghép hai chiều trong đó bộ phối ghép NxN được làm từ
nguyên liệu nền là thủy tinh, chất bán dẫn hoặc polyme. Trong bộ phối ghép hình
sao không nguồn, năng lượng quang tại các cổng vào được phân phối đều đến các
cổng ra. Ví dụ, cho một bộ phối ghép NxN hình sao, tính hiệu vào tại cổng vào sẽ
được phân phối đến tất cả các cổng ra với năng lượng P
out
=P
in
/N cho mỗi sợi
quang ra.
Thay cho hình sao, topo vật lý dạng bus và dạng vòng có thể được sử dụng.
Chẳng hạn, 2x1 bộ ghép quang và 1x2 bộ tách quang được kết nối bằng các sợi
quang, có thể được sử dụng dưới dạng bus. Các điểm nút sử dụng bộ ghép quang
để truyền tín hiệu và bus và dùng bộ tách quang để nhận tín hiệu từ bus (Hình
2.2.b). Topo hình sao được ưa chuộng hơn topo dạng bus, vì nó hiệu quả hơn
trong việc phân phối năng lượng quang. Trong cấu trúc hình sao, năng lượng vào
được chia đều giữa tất cả các trạm. Tuy nhiên, trong cấu trúc bus, các trạm khác
nhau nhận các tín hiệu ở các cấp năng lượng khác nhau. Thêm vào đó, sự tổn thất
quá định mức tăng theo logarit đối với sự tăng lên của số lượng các điểm nút
trong cấu trúc hình cây của bộ phối ghép hình sao và tăng tuyến tính đối với sự
tăng lên của số lượng các điểm nút trong cấu trúc bus.
Hình 2.2: Topo logic của mạng quảng bá và lựa chọn:
a) Hình sao b) Dạng bus c) Dạng vòng
Topo dạng vòng (Hình 2.2.c) cũng có hiệu quả thấp trong việc phân phối năng
lượng quang so với topo hình sao. Tuy nhiên, nếu kiến trúc vòng kép được thực
thi với các bộ điều khiển đếm cho truyền tín hiệu như cấu hình FDDI, nó sẽ có lợi

thế lớn hơn. Trong kiến trúc vòng, mỗi nút có duy nhất một bước sóng được điều
chỉnh và mảng các máy thu (hoặc một máy thu có thể điều hướng được) có thể
nhận ra được tất cả các bước sóng khả dụng trong mạng. Một bộ tách quang được
sử dụng để lấy một phần nhỏ của tín hiệu từ máy thu, và một bộ ghép quang được
sử dụng để phát tín hiệu vào vòng. Trong sắp xếp để ngăn chặn sự giao thoa giữa
tín hiệu cũ và tín hiệu mới, một bộ lọc được sử dụng trước bộ ghép quang để xóa
tín hiệu.
Trên thực tế, khi lựa chọn topo vật lý thích hợp cần phải chú ý thiết kế sơ đồ
tối ưu cho các sợi quang và thiết bị vật lý khác.
b. Mạng định tuyến bước sóng (Wavelength- Routing NetWorks)
Do sự mở rộng khoảng cách và có một số lượng lớn các điểm nút với thông
lượng lớn của mạng quảng bá và lựa chọn, việc tách sóng tín hiệu làm tổn thất
năng lượng quang và thiếu khả năng dùng lại bước sóng [8]. Mạng định tuyến
bước sóng giải quyết vấn đề này bằng cách chuyển năng lượng truyền theo một
tuyến đường cụ thể giữa điểm nút nguồn và điểm nút đích (nghĩa là tránh quảng
bá tín hiệu đến các điểm nút không liên quan), và dùng lại các bước sóng tại các
bộ phận không trùng nhau.
Hình 2.3: Mạng định tuyến bước sóng
Mạng định tuyến bước sóng bao gồm một hoặc nhiều thành phần tuyển chọn
bước sóng và các sợi quang kết nối chúng (Hình 2.3). Những thành phần tuyển
chọn bước sóng đó được làm từ thủy tinh (nghĩa là không có sự chuyển đổi quang
điện) và được gọi là bộ định tuyến bước sóng. Các bộ định tuyến bước sóng có
khả năng định tuyến các tín hiệu trên các sợi quang vào đến các sợi quang ra một
cách riêng lẻ. Cổng ra của mỗi tín hiệu trong bộ định tuyến bước sóng được xác
định bởi cổng (sợi quang) vào và bước sóng của chúng. Những tín hiệu được định
tuyến đến cùng một cổng ra có bước sóng khác nhau để tránh trộn lẫn các tín hiệu
khác nhau.
Trong mạng định tuyến bước sóng, mỗi bộ định tuyến bước sóng được kết nối
với một hoặc nhiều bộ định tuyến bước sóng và/hoặc các điểm nút để tạo thành
topo vật lý. Trong topo vật lý, những kết nối điểm-điểm giữa các điểm nút được

thiết lập trên một kênh bước sóng qua một hoặc nhiều bộ định tuyến bước sóng.
Nếu các bộ định tuyến bước sóng là lý tưởng thì những kết nối giữa các điểm nút
không phải trải qua bất kỳ sự tổn thất do tách sóng tín hiệu và chuyển đổi quang
điện nào. Vì vậy, một kết nối điểm-điểm hoạt động như một đường ống trong
suốt tốc độ cao giữa các điểm nút, nó được gọi là kênh quang. Nếu hai kênh
quang không chia sẻ (hoặc đi qua) cùng một sợi quang trên tuyến đường của
chúng thì chúng có thể dùng cùng một bước sóng. Vì thế, việc sử dụng lại bước
sóng có thể thực hiện được trong mạng định tuyến bước sóng. Ví dụ, ở hình 2.3,
kênh quang giữa các điểm nút 1-3 và 2-4 (tương tự 1-2 và 3-4) sử dụng cùng một
bước sóng vì chúng không không chia sẻ bất kỳ sợi quang nào trên tuyến đường
của chúng. Vì vậy, ta có thể thiết lập mạng định tuyến bước sóng với số kênh
quang lớn nhất và sử dụng ít bước sóng nhất.
Thường thì các bộ định tuyến bước sóng được kết nối với nhau hoặc kết nối
với các điểm nút bằng các cặp sợi quang. Vì thế các kênh quang hai chiều có thể
được thiết lập giữa các điểm nút. Để thiết lập một kênh quang giữa hai điểm nút,
một trong các máy phát của nút nguồn và một trong các máy thu của nút đích sẽ
điều chỉnh cùng một bước sóng. Vì vậy các máy phát và/hoặc máy thu điều
hướng được, hoặc một mảng các máy phát và máy thu cố định được dùng tại
điểm nút để có được một mạng linh động. Hơn nữa, số lượng cặp máy phát/máy
thu tại một điểm nút xác định số kênh quang lớn nhất có thể được hỗ trợ đồng
thời. Vì vậy, các điểm nút cần phải được trang bị nhiều cặp máy phát/máy thu
điều hướng được/cố định để tận dụng tài nguyên mạng một cách hiệu quả.
2.2.2 Mạng chuyển mạch gói quang (Packet- Switched WDM NetWork)
Trong thông tin số, chúng ta cần một mạng có khả năng chuyển mạch gói để
duy trì thông tin máy tính hoặc thông tin ATM… như đang ứng dụng phần lớn
dựa vào chuyển mạch gói hiện có. Do xử lý điện hạn chế về việc nâng cao tốc độ
số, nên rất cần một phương án giải quyết toàn quang để xử lý thông tin dựa vào
gói (packet) hoặc khối (cell) [4].
Ví dụ chuyển mạch bước sóng ATM, cốt lõi của hệ thống chuyển mạch là
“chọn và định tuyến bước sóng”, tức là tất cả các khối tin chia gói đi tới tất cả đầu

ra chuyển mạch, ở đó chỉ chọn khối tin có một bước sóng nhất định. Công nghệ
hiện nay thực hiện được là chuyển mạch điều khiển điện quang.
Trước hết, lấy header xuống từ khối nhóm quang trên sợi quang vào, biến đổi
quang điện, sau khi qua xử lý số, căn cứ vào thông tin địa chỉ thông tin tương ứng
để tạo ra tín hiệu điều khiển, mạch điện điều khiển xử lý thống nhất đối với các
header của các khối trên đường dây vào.
Mạch điện điều khiển có hai chức năng: chọn tuyến và điều khiển trễ khối
quang. Khi chọn tuyến thì mạch điện điều khiển căn cứ vào thông tin địa chỉ
trong header của khối quang quyết định trị số của bước sóng khối đó sau khi đi
qua bộ biến đổi bước sóng, mỗi bước sóng tương ứng với một đầu ra. Khi khối
quang đi qua bộ biến đổi bước sóng rồi thông qua bộ phối ghép hình sao tới bộ
lọc quang ở mỗi đầu ra, bộ lọc quang chỉ chọn ra bước sóng nhất định, nghĩa là
khối quang cần phải đến đầu ra đó.
Khi hai khối quang từ trên hai dây vào khác nhau cùng đến một đầu ra thì sẽ
gây ra sự xung đột trên dây ra, về kết cấu chia bước sóng, nó biểu hiện là trên