Định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM

Em xin cam oan n i dung c a
án ho c công trình ã có t tr

án này không ph i là b n sao chép c a b t c
c.

à N ng, tháng 5 n m 2007
Sinh viên th c hi n


cl c
CH
NG 1 ...........................................................................................................1
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN QUANG. ....................................1
1.1. Gi i thi u ch ng .........................................................................................1
1.2. Gi i thi u v thông tin quang........................................................................2
1.2.1. S phát tri n c a thông tin quang ...........................................................2
1.2.2. Nh ng u i m c a h th ng thông tin quang ........................................3
1.2.3. C u trúc và các thành ph n chính c a h th ng thông tin quang .............5
1.3. S i quang......................................................................................................7
1.3.1. S i d n quang ........................................................................................7
1.3.2. S truy n ánh sáng trong s i quang........................................................8
1.3.3. Các thông s c a s i quang. .................................................................10
1.3.3.1. Suy hao c a s i quang...................................................................10
1.3.3.1.1. nh ngh a.............................................................................10
1.3.3.1.2.
c tuy n suy hao .................................................................11
1.3.3.1.3. Các nguyên nhân gây suy hao trên s i quang..........................12
1.3.3.2. Tán s c ánh sáng ...........................................................................13
1.3.4. nh h ng c a tán s c n dung lu ng truy n d n trên s i quang........14
1.4. K t lu n ch ng .........................................................................................14

CH
NG 2 .........................................................................................................15
GI I THI U M NG WDM. ..............................................................................15
2.1. Gi i thi u ch ng .......................................................................................15
2.2. Nguyên lí ho t ng c a h th ng WDM ....................................................17
2.3. u i m c a h th ng WDM ......................................................................18
2.4. V n t n t i c a h th ng WDM và h ng gi i quy t trong t ng lai ......19
2.5. Chuy n m ch quang....................................................................................19
2.6. Các thành ph n chính c a h th ng WDM ..................................................21
2.6.1. Thi t b u cu i OLT..........................................................................21
2.6.2. B ghép kênh xen/r t quang OADM ....................................................22
2.6.3. B khu ch i quang............................................................................26
2.6.4. Gi i thi u v b k t n i chéo quang OXC ............................................29
2.6.4.1. Ch c n ng OXC............................................................................29
2.6.4.2. Phân lo i OXC ..............................................................................32
2.7. S chuy n i b c sóng ............................................................................34
2.8. K t lu n ch ng..........................................................................................36
CH
NG 3 .........................................................................................................37
NH TUY N VÀ GÁN B
C SÓNG.............................................................37
3.1. Gi i thi u ch ng .......................................................................................37
3.2. Gi i thi u v nh tuy n và gán b c sóng (Routing and Wavelength
Assignment - RWA). .........................................................................................37
3.3. nh tuy n b c sóng.................................................................................39
3.4. nh tuy n (Routing) ..................................................................................41
3.4.1. Gi i thi u.............................................................................................41


3.4.2. Phân lo i nh tuy n.............................................................................42

3.4.3. Lí thuy t
th .....................................................................................43
3.4.3.1.
th vô h ng. ...........................................................................44
3.4.3.2.
th có h ng. ...........................................................................44
3.4.3.3.
th h n h p ..............................................................................45
3.4.4. Các thu t toán c b n trong nh tuy n ................................................46
3.4.4.1. Thu t toán tr ng thái liên k t LSA.................................................46
3.4.4.1.1. Bài toán ..................................................................................46
3.4.4.1.2. Thu t toán ..............................................................................47
3.4.4.1.3. Ch ng minh............................................................................47
3.4.4.1.4. Các b c th c hi n.................................................................48
3.4.4.1.5. Ví d v thu t toán Dijkstra ....................................................48
3.4.4.2. Thu t toán nh tuy n vect kho ng cách DVA ............................50
3.4.4.2.1. Thu t toán ..............................................................................51
3.4.4.2.2.Ch ng minh.............................................................................52
3.4.5. K t lu n ...............................................................................................53
3.5. Gán b c sóng............................................................................................53
3.6. S thi t l p
ng o (Virtual path)............................................................55
3.7. Phân lo i m ng quang WDM ......................................................................56
3.7.1. M ng single- hop .................................................................................56
3.7.2. M ng Multi- hop ..................................................................................57
3.8. Gi i thu t cho v n
nh tuy n và gán b c sóng v i l u l ng m ng thay
i DRWA ........................................................................................................58
3.9. K t lu n ch ng .........................................................................................59
CH

NG 4 .........................................................................................................60
TH C HI N MÔ PH NG.................................................................................60
4.1. Gi i thi u ch ng .......................................................................................60
4.2. Gi i thi u v ngôn ng Visual C++ ............................................................60
4.3. L u
thu t toán........................................................................................60
4.4. K t qu mô ph ng.......................................................................................62
4.5. K t lu n ch ng..........................................................................................66


A
APD

Avalanche Photodiode

Diod tách sóng quang thác l

AS

Autonomous System

H th ng

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Ki u truy n b t

Border Gateway Protocol

Giao th c

Code Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo mã

Distance Vector Algorithm

Thu t toán Vector kho ng cách

cl p
ng b

B
BGP

nh tuy n vùng biên

C
CDM
D
DVA

DWDM Dense WDM

WDM m t

cao

E
EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier

B khu ch

i quang s i có pha t p

Erbium
EIGRP Enhanced IGRP

Giao th c IGRP nâng c p

I
IGRP

Interior Gateway Routing Protocol

Giao th c

nh tuy n bên trong

ISDN

Itegrated Servise Digital Network

M ng s tích h p d ch v


L
LD

Diod Laser

LED

Light Emitting Diode

LP

Lightpath

LSA

Link State Algorithm

Diod phát quang
ng i ánh sáng
Thu t toán tr ng thái liên k t

O
OADM Optical Add/Drop Multipler

B ghép kênh xen/r t quang

OLT

Optical Line Terminator

Thi t b

OXC

Optical Cross Connect

B k t n i chéo quang

u cu i quang

P
PIN

Positive Intrinsic Negative

R
RIP

Routing Information Protocol

RWA

Routing & Wavelength Assignment

Giao th c thông tin
nh tuy n và gán b

nh tuy n
c sóng

S
SOA

Semiconductor Optical Amplifier

B khu ch

i quang bán d n

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo th i gian

Wavelength Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo b

T
TDM
W
WDM

sóng

c


H th ng thông tin quang ra

i cùng v i nh ng u i m v

ang áp d ng r ng rãi trên m ng l

t tr i c a nó ã và

i thông tin toàn c u. Hi n nay, các h th ng

thông tin quang truy n d n t t c các tín hi u d ch v b ng h p, b ng r ng áp ng
yêu c u c a m ng s tích h p d ch v ISDN. Vì th , h th ng thông tin quang s là
m i

t phá v t c

truy n d n và c u hình linh ho t cho các d ch v vi n thông

c p cao.
i v i h th ng thông tin quang, môi tr

ng truy n d n chính là s i quang, nó

th c hi n truy n ánh sáng mang tín hi u thông tin t phía phát t i phía thu.
tuy n và gán b

c sóng tr thành ch c n ng không th thi u

quang WDM. V n

t ra là

nh tuy n

cho nó trên m i tuy n nh th nào

Trong

t

c trong m ng

ng i cho ánh sáng và gán b

tài

nh tuy n và gán

c sóng trong m ng WDM (Routing and Wavelength Assignment).

án

c

ng:

v Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang.

v Ch

ng 2: Gi i thi u v h th ng WDM.

v Ch

ng 3:

v Ch

ng 4: Th c hi n mô ph ng

tài “

c sóng

c m t m ng t i u.

án k thu t thông tin này, em xin trình bày v

chia thành b n ch

nh

nh tuy n và gán b

nh tuy n và gán b

tích s c n thi t c a ch c n ng

c sóng trong m ng WDM.
nh tuy n cho

ng i ánh sáng lightpath.

c sóng trong m ng WDM” c a

nh tuy n và gán b

án này ã phân

c sóng trong m ng quang

WDM, tr thành ch c n ng không th thi u trong vi c i u hành m ng quang.
Ph
b

ng pháp nghiên c u c a

tài: d a vào ch c n ng c a

c sóng trong WDM, th c hi n mô ph ng ch c n ng

nh tuy n trong m ng. Ánh

sáng i trong s i quang ph i i qua nhi u node m ng trung gian
t c là qua các tuy n trung gian. Vi c

ng ng n nh t Dijkstra

t i node ích,

nh tuy n v i tiêu chí t i u hàm m c tiêu là

các tham s quen thu c nh b ng thông,
toán tìm

nh tuy n và gán

tr , chi phí tuy n,... Vì th dùng thu t

th c hi n mô ph ng

nh tuy n t i u m ng.


Em xin chân thành c m n th y giáo Nguy n V n Phòng ã t n tình h
cung c p tài li u,

ng th i

ng viên trong th i gian em nghiên c u

xin c m n t t c các th y cô giáo trong khoa

ng d n,

tài này. Em

n T Vi n Thông ã nhi t tình d y

d , cung c p trang b cho em nh ng ki n th c quí báu, cám n gia ình ã

ng

viên em trong su t th i gian v a qua, cám n các b n ã góp nh ng ý ki n chân
thành góp ph n giúp em hoàn thành

Trong th i gian th c hi n

án.

án khá ng n

án, m c dù có nhi u c g ng nh ng

án không kh i tránh nh ng thi u sót. Kính mong các th y cô giáo trong khoa
cùng các b n t n tình ch b o và góp ý ki n

án

c hoàn thi n h n. Em xin

chân thành c m n.
à N ng, ngày...tháng...n m 2007


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

CH

NG 1

NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN QUANG.
1.1. Gi i thi u ch

ng

ng thông tin trao

i trong các h th ng thông tin ngày nay t ng lên r t

nhanh. Bên c nh gia t ng v s l
thay

ng, d ng l u l

i. D ng d li u ch y u là l u l

ng truy n thông trên m ng c ng

ng Internet. S ng

i s d ng truy c p

Internet ngày càng t ng và th i gian m i l n truy c p thu ng kéo dài g p nhi u l n
cu c nói chuy n

n tho i. Chúng ta ang h

thông tin có th

c áp ng

ATM ngày nay không

ng t i m t xã h i mà vi c truy c p

m i lúc, m i n i chúng ta c n. M ng internet và

dung l

ng

áp ng cho nhu c u b ng thông trong

ng lai.

Hình 1.1: S gia t ng l u l
K thu t thông tin quang có th
gi i quy t v n

ng d li u và ti ng nói qua các n m.
c xem là v c u tinh c a chúng ta trong vi c

trên. B i vì h th ng thông tin quang ra

i v i nh ng kh n ng

t tr i c a nó: b ng thông kh ng l (g n 50Tbps), suy gi m tín hi u th p (kho ng
0.2dB/km), méo tín hi u th p, òi h i n ng l
ng c a nhi u

ng cung c p th p, không b

n t , kh n ng b o m t cao… Vì v y thông tin quang

nh

c xem

là k thu t cho h th ng thông tin b ng r ng. Các h th ng thông tin quang không
ch

c bi t phù h p v i các tuy n thông tin

ng dài, trung k mà còn có ti m

ng to l n trong vi c th c hi n các ch c n ng c a m ng n i h t và áp ng m i
lo i hình d ch v hi n t i và trong t

ng lai.

1


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

Vì v y vi c phát tri n và xây d ng h th ng thông tin s i quang là c n thi t cho
nhu c u phát tri n thông tin trong t

ng lai. Trong ch

ng này s nói rõ v h th ng

thông tin s i quang và vi c truy n ánh sáng trong s i quang.
1.2. Gi i thi u v thông tin quang
Khác v i thông tin h u tuy n hay vô tuy n - các lo i thông tin s d ng các môi
tr

ng truy n d n t

ng ng là dây d n và không gian nh hình 1.2 - thì thông tin

quang là h th ng truy n tin qua s i quang nh hình 1.3.
tin

c chuy n thành ánh sáng và sau ó ánh sáng
i nh n, nó l i

c bi n

i thành thông tin ban

i u ó có ngh a là thông

c truy n qua s i quang. T i
u.

Hình 1.2: Thông tin h u tuy n

Hình 1.3: Thông tin quang
1.2.1. S phát tri n c a thông tin quang
Các ph

ng

ng ti n s khai c a thông tin quang là kh n ng nh n bi t c a con

i v chuy n d ng, hình dáng và màu s c s v t qua ôi m t. Ti p ó m t h

th ng thông tin

u ch

n gi n xu t hi n b ng cách s d ng các èn h i

các èn hi u. Sau ó, n m 1791, VC. Chape phát minh m t máy
Thi t b này s d ng khí quy n nh là m t môi tr
ng c a các
ch ra máy
và ng

i nh n

u ki n v th i ti t.

ng,

n báo quang.

ng truy n d n, do ó ch u nh

gi i quy t h n ch này, Marconi ã sáng

n báo vô tuy n có kh n ng th c hi n thông tin gi a nh ng ng

ig i

xa nhau.

u n m 1880, A.G. Bell- ng

i phát minh ra h th ng

m t thi t b quang tho i có kh n ng bi n

2

i dao

n tho i ã ngh ra

ng máy hát thành ánh sáng.


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

Tuy nhiên, s phát tri n ti p theo c a h th ng này ã b b bê do s xu t hi n h
th ng vô tuy n.
S nghiên c u hi n

i v thông tin quang

cb t

u b ng s phát minh

thành công c a Laser n m 1960 và b ng khuy n ngh c a Kao và Hockham n m
1966 v vi c ch t o s i quang có

t n th t th p. B n n m sau, Kapron ã có th

ch t o các s i quang trong su t có

suy hao kho ng 20dB/km.

cc v b i

thành công này, các nhà khoa h c và k s trên kh p th gi i ã b t
các ho t

u ti n hành

ng nghiên c u và phát tri n và k t qu là các công ngh m i v gi m suy

hao truy n d n, v t ng d i thông, v các Laser bán d n… ã
công trong nh ng n m 70,

t n th t c a suy hao ã

c phát tri n thành

c gi m

n 0.18dB/km.

n n a trong nh ng n m 70, Laser bán d n có kh n ng th c hi n dao
t c ã

c ch t o, tu i th c a nó

c ly truy n xa h n v i dung l

cl

ng liên

ng kho ng 100 n m và cho phép t o ra

ng truy n l n h n mà không c n

n các b tái t o.

Cùng v i công ngh ch t o các ngu n phát và thu quang, s i d n quang ã t o ra
các h th ng thông tin quang v i nhi u u i m v

t tr i h n h n so v i các h

th ng thông tin cáp kim lo i.
Hi n nay các h th ng thông tin quang truy n d n t t c các tín hi u d ch v
ng h p, b ng r ng áp ng yêu c u c a m ng s liên k t a d ch v ISDN.
1.2.2. Nh ng u i m c a h th ng thông tin quang

Thông tin s i quang có nh ng u i m v
u i m th hi n tính v
v

a nh ng

t tr i c a nó:

ng thông kh ng l

kho ng1013

t tr i. Trong ph n này, em

n 1016 Hz (th

y ti m n ng: t n s

sóng mang quang trong

ng g n vùng h ng ngo i quanh giá tr 1014 Hz), cung

c p b ng thông truy n l n h n nhi u so v i h th ng cáp kim lo i (b ng thông c a
cáp

ng tr c kho ng 500Mhz). Hi n t i, giá tr b ng thông c a h th ng s i quang

ch a s d ng h t nh ng vi c

m t vài GHz qua kho ng cách vài km và hàng tr m

Mhz qua kho ng cách hàng ch c Km mà không c n s can thi p v
l p) là có th . Vì th , dung l
n nhi u so v i h th ng cáp

n (dùng b

ng mang thông tin c a h th ng thông tin quang l n
ng t t nh t. Do suy hao l n

3

b ng thông r ng, h


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

th ng cáp

ng tr c gi i h n kho ng cách truy n v i ch m t vài km

b ng thông

trên 100Mhz.
v S i quang kích th

c nh và nh : s i quang có bán kính r t nh , th

bán kính này không l n h n bán kính s i tóc con ng
quang
cáp

ng

i. Vì th , th m chí khi s i

c ph thêm nh ng l p b o v thì chúng v n nh và nh h n nhi u so v i
ng.

v S cách li v

n: s i quang

d o, ó là nh ng ch t cách

c ch t o t thu tinh ho c ôi lúc là ch t

n, vì th không gi ng v i dây d n kim lo i, nó không

cho th y nh ng tr c tr c c b n. H n n a,

c tính này làm cho vi c truy n thông

tin c a s i quang tr nên phù h p m t cách lí t
môi tr

ng m o hi m v

v Không b
các ch t

nh h

n.
ng b i nhi u và xuyên âm: s i quang

n môi phi d n nên chúng không b

xung i n t , nhi u t n s vô tuy n. Vì th ho t
không b

nh h

có th l p

ng cho s thông tin trong nh ng

ng khi truy n qua môi tr

t cung ng v i cáp

nh h

c ch t o t

ng b i nhi u

n t , các

ng c a h th ng thông tin quang

ng nhi u

n.

u ó có ngh a là nó

n l c và có th s d ng trong môi tr

ng ph n

ng h t nhân.
v B o m t thông tin: ánh sáng t s i quang b b c x m t cách không áng k
nên chúng có tính b o m t tín hi u cao.

c tính này thu hút

i v i quân

i, ngân

hàng và các ng d ng truy n d li u.
v Suy hao th p: s phát tri n c a s i quang qua nhi u n m ã
qu trong vi c ch t o ra s i quang có
v i

suy hao 0.2dB/km và

quang.

suy hao r t th p. S i quang

i u này thu n l i cho vi c

c c giá thành và c

ck t
c ch t o

c tính này tr thành l i th chính c a thông tin
t b khu ch

ng truy n mà không c n chuy n sang tín hi u
gi m

t

i cho m i kho ng cách trên
n

b

c trung gian, do ó

ph c t p c a h th ng.

v Tính linh ho t: m c dù các l p b o v là c n thi t, s i quang
v i s c c ng cao, bán kính r t nh . V i l i th v kích th

4

c và tr ng l

c ch t o
ng, s i


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

quang nói chung là t t h n trong vi c l u tr , chuyên ch , x lí và l p
th ng cáp
v

td h nh

ng.
tin c y c a h th ng và d b o d

quang nên có th gi m

ng: do

c yêu c u s b l p trung gian ho c s b khu ch

ng truy n. Vì th , v i m t vài b l p thì
nâng cao h n h n h th ng d n

không còn là v n

c tính suy hao th p c a s i
i trên

tin c y c a h th ng có th

n. H n n a,

c

tin c y c a các thi t b quang

, các thi t b quang có tu i th r t cao, kho ng 20-30 n m.

v Giá thành th p

y ti m n ng: th y tinh cung c p cho thông tin quang

c l y t cát, không ph i là ngu n tài nguyên khan hi m. Vì th , s i quang em
l i giá thành th p.
Thông tin quang c ng cho phép truy n
nhau.

ng th i các tín hi u có b

c sóng khác

c tính này cùng v i kh n ng truy n d n b ng thông r ng c a s i quang

s n có làm cho dung l

ng truy n d n c a tuy n tr nên r t l n.

1.2.3. C u trúc và các thành ph n chính c a h th ng thông tin quang
Thi t b
phát

Mã
hoá

quang

Phát

B
l p
S i
quang

S i
quang

Thi t
b thu
quang

Gi i
mã
Thu

Hình 1.4: C u trúc c a h th ng thông tin quang

Các thành ph n c a tuy n truy n d n quang bao g m: ph n phát quang, cáp s i
quang và ph n thu quang.
-Ph n phát quang:

c c u t o t ngu n phát tín hi u quang và các m ch

u

khi n liên k t v i nhau. Ph n t phát x ánh sáng có th là: Diod Laser (LD), Diod
phát quang (LED: Light Emitting Diode). LED dùng phù h p cho h th ng thông
tin quang có t c

bit không quá 200Mbps s d ng s i a mode. LED phát x t

phát, ánh sáng không

nh h

ng nên

s d ng LED t t trong h th ng thông tin

quang thì nó ph i có công su t b c x cao, th i gian áp ng nhanh. LD kh c ph c
nh

c

m c a LED, th

ng s d ng LD cho truy n d n t c

cao. LD có nhi u

u i m h n so v i LED: ph phát x c a LD r t h p (kho ng t 1

5

n 4nm nên


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

gi m

c tán s c ch t li u), góc phát quang h p (5- 100), hi u su t ghép ánh sáng

vào s i cao.
- Cáp s i quang: g m các s i d n quang và các l p v b c xung quanh
v kh i tác

ng có h i t môi tr

b o

ng bên ngoài. Có th ch n các lo i s i sau: s i

quang a mode chi t su t nh y b c, s i quang a mode chi t su t gi m d n, s i
quang

n mode.

- Ph n thu quang: do b tách sóng quang và các m ch khu ch
hi u h p thành. Trong h th ng thông tin quang, ng

i, tái t o tín

i ta quan tâm nh t

b tách sóng quang là các diod quang PIN và diod quang ki u thác APD

i v i các
c ch

t o t các bán d n c b n Si, Ge, InP.
Ngoài các thành ph n ch y u này, tuy n thông tin quang còn có các b n i
quang, các m i hàn, các b chia quang và các tr m l p. T t c t o nên m t tuy n
thông tin hoàn ch nh.
ng t nh cáp
nhau, có th

ng, cáp s i quang

c khai thác v i

c treo ngoài tr i, chôn tr c ti p d

thu c vào các i u ki n l p

t khác nhau mà

các m i hàn s k t n i các

dài cáp thành

i

t ho c

Ngu n phát quang
ngu n phát này

td

t khác

i bi n,…tu

ch t o c a cáp c ng khác nhau và
dài t ng c ng c a tuy n

t. Tham s quan tr ng nh t c a cáp s i quang tham gia quy t
suy hao s i quang theo b

u ki n l p

nh

cl p

dài tuy n là

c sóng.

thi t b phát có th s d ng LED ho c laser bán d n. C hai

u phù h p cho các h th ng thông tin quang, v i tín hi u quang

u ra có tham s bi n

it

ng ng v i s thay

i c a dòng i u bi n. B

sóng làm vi c c a ngu n phát quang c b n ph thu c vào v t li u ch t o,

c

ns i

quang ra c a ngu n phát quang ph i phù h p v i s i d n quang khai thác trên
tuy n.
Tín hi u ánh sáng ã
theo s i quang

th

c

u ch t i ngu n phát quang s

c lan truy n d c

t i ph n thu quang. Khi truy n trên s i d n quang, tín hi u

ng b suy hao và méo do các y u t h p th , tán x , tán s c gây nên. B tách

sóng quang

ph n thu th c hi n ti p nh n ánh sáng và tách l y tín hi u t h

6

ng


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

phát t i. Tín hi u quang

c bi n

PIN và Photodiod thác APD

các h th ng thông tin quang.

i tr l i thành tín hi u

n. Các Photodiod

u có th s d ng làm các b tách sóng quang trong
c tính quan tr ng nh t c a thi t b thu quang là

nh y thu quang.
Khi kho ng cách truy n d n khá dài, t i m t c ly nào ó, tín hi u quang trong
s i b suy hao khá nhi u thì c n thi t ph i có các tr m l p quang
Nh ng n m g n ây, các b khu ch

i quang ã

c s d ng

t trên tuy n.

thay th cho các

thi t b tr m l p quang.
1.3. S i quang
1.3.1. S i d n quang
S i quang là nh ng dây nh và d o truy n các ánh sáng nhìn th y
tia h ng ngo i. Chúng có lõi

c và các

gi a và có ph n bao b c xung quanh lõi.

ánh

sáng có th ph n x m t cách hoàn toàn trong lõi thì chi t xu t c a lõi ph i l n h n
chi t su t áo m t chút.

Hình 1.5: C u t o s i quang
V b c phía ngoài áo b o v s i quang kh i b

m và n mòn,

ng th i ch ng

xuyên âm v i các s i i bên c nh và làm cho s i quang d x lí.

b c ngoài ta

dùng các nguyên li u m m.
Lõi và áo

c làm b ng th y tinh hay ch t d o (silicat, ch t d o, kim lo i,

Flour, s i quang k t tinh). Ngoài ra chúng

7

c phân lo i thành các lo i s i quang

Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

n mode và a mode t

ng ng v i s l

quang. Ngoài ra chúng còn

ng mode c a ánh sáng truy n qua s i

c phân lo i thành s i quang có ch s b

c sóng và

ch s l p tu theo hình d ng và chi t su t c a các ph n c a lõi s i quang.
1.3.2. S truy n ánh sáng trong s i quang.
S i quang là môi tr
cáp

c bi t so v i các môi tr

ng khác nh

ng hay không gian t do. M t s i quang cho suy hao tín hi u th p trên m t

ph m vi t n s l n,
xa

ng truy n thông

t c

cao tr

c tính này cho phép tín hi u
c khi c n khu ch

i ho c tái l p l i.

M t s i quang g m có m t lõi hình tr
và ph n v

c truy n qua các kho ng cách

c bao quanh b i l p v . C ph n lõi

c làm ch y u t silica (SiO2), có ch s khúc x (chi t su t) x p x

1.45. Ch s khúc x c a v t li u là t s v n t c ánh sáng trong chân không so v i
t c

ánh sáng trong v t li u ó.
n =
n: chi t su t c a môi tr

ng, không có

c

v

nv.

c: v n t c ánh sáng trong chân không ,

n v : m/s

v : v n t c ánh sáng trong môi tr

n v : m/s.

ng,

Vì c ≥ v nên n ≥ 1
Trong quá trình s n xu t s i, m t s t p ch t nào ó
v

c

a vào trong lõi ho c

cho ch s khúc x trong lõi l n h n m t tí so v i v . Các nguyên li u nh

Germani ho c Photpho làm t ng chi t su t silica và

c dùng

thêm vào ph n lõi

c a s i quang, trong khi ch t Bo hay Flo làm gi m chi t su t c a Silica nên

c

dùng t p ch t cho l p v .
Ánh sáng có th
trong m t môi tr

c xem nh m t chùm tia truy n theo nh ng
ng và b ph n x ho c khúc x

nhau. M t tia sáng t môi tr

ng 1

b m t gi a hai v t li u khác

n m t phân cách c a môi tr

góc gi a tia t i và pháp tuy n v i b m t chung c a hai môi tr
b ng θ1 . Ph n n ng l

ng b ph n x vào môi tr

8

ng th ng

ng 2, góc t i là
ng

c bi u th

ng 1 là m t tia ph n x , ph n còn


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

l i i xuyên qua môi tr
và pháp tuy n, t

ng 2 là tia khúc x . Góc ph n x θ 1r là góc gi a tia ph n x

ng t góc khúc x là góc gi a tia khúc x và pháp tuy n.
θ 1r = θ 1

Ta có:
Theo

nh lu t Snell: n1 sin θ1 = n 2 sin θ 2

Khi góc t i θ1 t ng lên thì góc khúc x θ 2 c ng t ng theo. N u θ 2 = 90° thì
sin θ1 =

n2
, lúc này góc θ1
n1

c g i là góc t i h n có giá tr θ c = sin −1

n2
, v i
n1

n1 > n2 .

V i nh ng giá tr θ1 > θ c , s không có tia khúc x và t t c n ng l
c ph n x h t. Hi n t

ng này

c g i là hi n t

ng t tia t i

ng ph n x toàn ph n.

Hình 1.6: S ph n x và khúc x các tia sáng t i m t phân cách hai môi tr
i u ki n

x y ra hi n t

ng.

ng ph n x toàn ph n:

v Các tia sáng ph i i t môi tr

ng có chi t su t l n sang môi tr

ng có chi t

su t nh h n.
v Góc t i c a tia sáng ph i l n h n góc t i h n.
Ánh sáng truy n trong s i quang do hi n t
m t ph n lõi và v .

9

ng ph n x toàn ph n x y ra gi a b


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

Hình 1.7: Ánh sáng trong s i quang
Hình trên cho th y ánh sáng

c ghép t môi tr

ng bên ngoài (không khí v i

chi t su t n0) vào s i.
1.3.3. Các thông s c a s i quang.
xác

nh t c

truy n d n và kho ng cách tr m l p c a h th ng thông tin

s i quang, có hai tham s c n ph i nghiên c u là t n hao quang và
truy n d n.

o t n hao quang

xác

r ng b ng

nh t n hao công su t ánh sáng lan truy n

trong s i quang.
1.3.3.1. Suy hao c a s i quang
1.3.3.1.1.

nh ngh a

Công su t quang truy n t i s i c ng gi m d n theo c ly v i quy lu t hàm s m
ng ng nh tín hi u

n. Bi u th c c a hàm s truy n công su t có d ng:
−

α

P(Z)= P(0)x 10 10

z

Trong ó:
P (0): Có công su t
P (z): công su t

u s i.

c ly z tính t

u s i.

α : h s suy hao.

- H s suy hao c a s i

c tính theo công th c:
A(dB)= 10 lg

Trong ó:
P 1: Công su t

a vào s i.

10

P1
P2

Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

P 2: Công su t

cu i s i.

- H s suy hao trung bình:
α (dB / km ) =

A(dB )
L(km)

Trong ó:
A: Suy hao c a s i.
L: Chi u dài c a s i.
1.3.3.1.2.

c tuy n suy hao

c tuy n suy hao c a s i quang khác nhau tu thu c vào lo i s i. Hình d
cho th y suy hao trong s i quang nh m t hàm theo b
hao nh nh t

ba d i b

i

c sóng. Ta th y r ng suy

c sóng dùng trong thông tin quang: 0.8 µm , 1.3 µm và

1.55 µm .

Hình 1.8:

c tuy n suy hao c a s i quang
.

11


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

1.3.3.1.3. Các nguyên nhân gây suy hao trên s i quang
v Suy hao do h p th : S h p th ánh sáng x y ra do các nguyên nhân sau
gây ra: suy hao do s h p th c a các t p ch t kim lo i, s h p th c a ion OH, s
h p thu b ng c c tím và h ng ngo i.
S h p th c a các t p ch t kim lo i: các t p ch t kim lo i trong thu tinh là m t
trong nh ng ngu n h p th n ng l
(Fe),

ng ánh sáng, các t p ch t th

ng g p là s t

ng (Cu), mangan (Mn), choromium (Cr), cobar (Co), niken (Ni). M c

h p th c a t ng t p ch t ph thu c vào n ng
truy n qua nó.

t p ch t và b

c sóng ánh sáng

có s i quang có d suy hao nh h n 1dB/km c n ph i có thu

tinh th t tinh khi t v i n ng

t p ch t không quá m t ph n t (10-9).

S h p th c a ion OH: các liên k t gi a SiO2 và các ion OH c a n
l i trong v t li u khi ch t o s i quang c ng t o ra m t
c bi t

h p th t ng v t

các b

suy hao h p th

áng k .

c sóng g n 950nm, 1240nm và 1400 nm.

S h p thu b ng c c tím và h ng ngo i: ngay c khi s i quang
thu tinh có

c còn sót

c ch t o t

tinh khi t cao thì s h p th v n x y ra. B n thân thu tinh tinh

khi t c ng h p th ánh sáng vùng c c tím và h ng ngo i. S h p th trong vùng
h ng ngo i gây tr ng i cho khuynh h

ng s d ng các b

c sóng dài trong thông

tin quang.
v Suy hao do tán x : Suy hao do tán x bao g m tán x Rayleigh, tán x do
m t phân cách gi a lõi và l p b c không hoàn h o.
Tán x Rayleigh: khi sóng
ch không

n t truy n trong môi tr

ng

ng nh t trong s i quang do cách s p x p các ph n t thu tinh, các

khuy t t t nh b t không khí, các v t n t s x y ra hi n t
th

c c a vùng không

tr thành nh ng ngu n

ng tán x . Khi kích

ng nh t vào kho ng m t ph n mu i b
m

nh t này s t o ra nhi u h

c sóng thì chúng

tán x . Các tia truy n qua nh ng ch không
ng, ch m t ph n n ng l

ng c , ph n còn l i truy n theo h
ngu n quang.

n môi g p nh ng

ng

ng ánh sáng truy n theo

ng khác th m chí còn truy n ng

c l i

tiêu hao do tán x Rayleigh t l ngh ch v i lu th a b c b n c a

c sóng.

12


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

Tán x do m t phân cách gi a lõi và l p b c không hoàn h o: khi tia sáng truy n
n nh ng ch không hoàn h o gi a lõi và l p b c tia sáng b tán x . Lúc ó 1 tia
t i có nhi u tia ph n x v i nhi u góc ph n x khác nhau.
v Suy hao do b u n cong: bao g m suy hao do vi u n cong và do u n cong.
Suy hao do vi u n cong: s i quang b chèn ép t o nên nh ng ch u n cong nh
thì suy hao c a s i c ng t ng lên. Suy hao này xu t hi n do tia sáng b l ch tr c i
qua nh ng ch vi u n cong ó. S i
nh t là v phía b

n mode r t nh y v i nh ng ch vi u n cong

c sóng dài.

Suy hao do u n cong: khi b u n cong v i bán kính cong càng nh thì suy hao
càng t ng.
1.3.3.2. Tán s c ánh sáng
ng t nh tín hi u
d ng. Hi n t

ng này

n, tín hi u quang truy n qua s i quang c ng b bi n
c g i là tán s c. S tán s c méo d ng tín hi u analog và

làm xung b ch ng l p trong tín hi u digital. S tán s c làm h n ch d i thông c a
ng truy n d n quang.

.
Hình 1.9: D ng xung vào và ra do tán s c
Ø Tán s c mode: trong s i a mode, do xung ánh sáng vào m c dù ch có m t
c sóng nh ng lan truy n v i vài mode khác nhau v i t c

truy n khác nhau,

nó làm kho ng tr ng th i gian gi a các xung c nh nhau tr nên ng n h n và t ng
theo kh u

s c a s i. Hi n t

ng này g i là tán s c mode. Do ó,

r ng b ng

truy n d n c a nó b gi i h n ch y u do tán s c mode.
Ø Tán s c th : bao g m tán s c ch t li u và tán s c d n sóng.
Tán s c ch t li u: ánh sáng s d ng trong thông tin quang không ph i là ánh
sáng hoàn toàn

n s c. Chi t su t c a thu tinh thay

13

i theo b

c sóng nên v n


Ch

ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang

t c truy n c a ánh sáng có b

c sóng khác nhau c ng khác nhau. Chính vì th , ánh

sáng có phân b t c

lan truy n khác nhau c a các thành ph n b

sáng khác nhau. Hi n t

ng này

c g i là tán s c ch t li u.

Tán s c d n sóng: s phân b n ng l
vào b

c sóng ánh

ng ánh sáng trong s i quang ph thu c

c sóng. S phân b này gây nên tán s c ng d n sóng.

1.3.4. nh h

ng c a tán s c

n dung lu ng truy n d n trên s i quang

Tán s c gây ra méo tín hi u và i u này làm cho các xung ánh sáng b giãn r ng
ra khi

c truy n d c theo s i d n quang. Khi xung b giãn ra s d n t i ch ng l p

lên xung bên c nh. N u v

t quá m t giá tr nào ó thì thi t b thu s không còn

phân bi t các xung k nhau n a và lúc này xu t hi n l i. Nh v y, các
s c s xác

nh gi i h n dung l

ng truy n d n c a s i d n quang.

Hình 1.10: nh h
1.4. K t lu n ch
Qua ch

c tính tán

ng c a tán s c.

ng

ng này, chúng ta ã tìm hi u t ng quan v h th ng thông tin quang

v i nh ng u nh

c

m c a nó. H th ng thông tin quang d a vào nh ng u i m

t tr i c a mình ang phát tri n m nh m
hi n nay.

14

áp ng nhu c u thông tin b ng r ng


Ch

ng 2: Gi i thi u m ng WDM

CH

NG 2

GI I THI U M NG WDM.

2.1. Gi i thi u ch

ng

K thu t m ng ghép kênh phân chia theo b
Division Mutiplexing)

c sóng WDM (Wavelength

c coi là cu c cách m ng v b ng thông trong m ng

ng s ng Internet và h n th n a. Nhu c u b ng thông ang gia t ng m t cách
nhanh chóng v i nhi u ng d ng m i phong phú, ch ng h n nh th
t , video theo yêu c u, các công vi c òi h i ho t
M ng quang WDM ã
Khi s i quang

n

ng b trên toàn c u.

a ra h a h n h t s c ý ngh a cho nhu c u b c thi t trên.
c s d ng

v i chúng ta trong giai
c a con ng

ng

ng m i

n m i tr

truy n thông tin thì thách th c

c

t ra

i

c nhu c u thông tin ngày càng t ng m nh m

i. Khi mà ngày càng có nhi u ng

ib t

u s d ng các m ng d li u

và c m i l n s d ng ó c ng ã chi m m t b ng thông áng k trong các ng
d ng thông tin c a h ch ng h n nh

cl

t thông tin trên các trang web, các ng

d ng s d ng Java, h i ngh truy n hình, … T
r ng

ó cho th y nhu c u thông tin b ng

t ra h t s c b c thi t, và nhu c u này còn v

t xa h n n a trong t

ng lai.

Hình 2.1 cho th y s gia t ng b ng thông c a các m ng khác nhau qua các n m. S
phát tri n m nh m này ch y u là do s tri n khai các h th ng thông tin quang.

Hình 2.1: S gia t ng b ng thông c a các m ng khác nhau qua các n m

15


Ch

ng 2: Gi i thi u m ng WDM

thích ng v i s phát tri n không ng ng ó và tho mãn yêu c u tính linh
ho t v thay

i m ng, các công ngh truy n d n khác nhau ã

tri n khai th nghi m và

c nghiên c u,

a vào ng d ng nh k thu t TDM, CDM. Công ngh

ghép kênh phân chia theo b

c sóng WDM

c a chu ng h n c .

công ngh TDM có chi phí k thu t và thi t b l p

t h th ng t

ng

u này là do
i cao,

bi t trong TDM gây lãng phí m t s kênh thông tin khi m i khe th i gian
tr ngay c khi không có d li u
th i gian thu c v kênh nào

c

cd

g i và phía thu khó kh n khi phân bi t các khe
gi i ghép kênh tín hi u. Bên c nh ó, ghép kênh

phân chia theo mã CDM còn t n t i nh ng h n ch v k thu t nh t c

u ch

và suy hao trong mã hoá c ng nh gi i mã cao. WDM là ti n b r t l n trong công
ngh truy n thông quang, nó cho phép t ng dung l
bit

ng kênh mà không c n t ng t c

ng truy n c ng nh không c n dùng thêm s i d n quang.

Hình 2.2: H th ng TDM

Hình 2.3: H th ng WDM
V i WDM, m i kênh v i m t b
này không nh h
là hoàn toàn
ho t

ng

c sóng khác nhau và các b

ng l n nhau b i vì chu kì dao

c sóng ánh sáng

ng c a các các kênh khác nhau

c l p nhau. Khác v i h th ng TDM, m i ph n t kênh WDM có th
t c

c sóng. Ch

b t kì và m i kênh c ng có th mang
ng này s trình bày rõ nguyên lí ho t

các thành ph n c a nó.

16

y dung l

ng c a m i

ng c a h th ng WDM và


Ch

ng 2: Gi i thi u m ng WDM

2.2. Nguyên lí ho t

ng c a h th ng WDM

Ngày nay, nhu c u c a con ng
ng lên, thì m ng ghép kênh a b

i v các d ch v thông tin b ng r ng ngày m t
c sóng WDM ã tho mãn

Theo k thu t này, các lu ng ánh sáng v i các b

trên cùng m t s i quang. M i b

c nhu c u ó.

c sóng khác nhau

c sóng mang m t dung l

c truy n

ng i n hình, thu ng là

2.5Gbps.

Hình 2.4: Nguyên lí ghép kênh phân chia theo b
Nguyên lí c b n c a ghép kênh theo b

c sóng

c sóng là ghép t t c các b

c sóng

khác nhau c a ngu n phát quang vào cùng m t s i d n quang nh b ghép kênh
MUX và truy n d n các b
tách kênh quang s phân tách

c sóng này trên cùng s i quang. Khi
thu nh n l i các b

V i cùng m t nguyên lí ho t

n

u thu, b

c sóng ó.

ng có hai lo i truy n d n trong WDM, ó là:

truy n d n m t chi u và truy n d n hai chi u m t s i.
v H th ng WDM m t chi u: có ngh a là t t c các kênh cùng trên m t s i
quang truy n d n theo cùng m t chi u.
v H th ng WDM hai chi u: có ngh a là kênh quang trên m i s i quang
truy n d n theo hai h

ng khác nhau, dùng các b

tin hai chi u.

17

c sóng tách r i nhau

thông


Ch

ng 2: Gi i thi u m ng WDM

Kênh 1

Ngu n λ1

Kênh 2

Ngu n λ2

Kênh n

Thi t b
WDM

ts i
quang

quang

λ1 , λ2 ,..., λn

Thi t b
WDM

Ngu n λn

Thu λ1

Kênh 1

Thu λ2

Kênh 2

Thu λn

Kênh n

(a)

Kênh vào

Ngu n λ1

Thu λ1
Thi t b
WDM

Kênh ra

Thu λ2

ts i
quang

λ1
λ2

Kênh ra

Thi t b
WDM
Ngu n λ2

Kênh vào

(b)

Hình 2.5: H th ng WDM theo m t h

ng (a) và hai h

ng (b)

So v i h th ng WDM m t chi u, h th ng WDM hai chi u gi m
b khu ch

i và

ng dây. Tuy nhiên, h th ng WDM hai chi u th

nhi u nhi u kênh, nh h

ng ph n x quang, v n

tr s và lo i hình xuyên âm,…

cs l

ng

ng b can

cách li gi a các kênh hai chi u,

ng th i ph i s d ng b khu ch

i quang hai

chi u.
2.3.

u i m c a h th ng WDM

v Có kh
dung l

n ng t o dung l

ng l n ch trên m t s i quang, và có th

t

ng l n h n khi s d ng k thu t DWDM (Dense WDM: ghép kênh phân

chia theo b

c sóng m t

cao).

18