NGHIÊN cứu GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN và gán PHỔTẦN TRONG MẠNG lưới bước SÓNG LINH HOẠT sử DỤNG kỹ THUẬT CHUYỂN MẠCH THÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
B. Tên Đề Tài

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN PHỔ TẦN TRONG
MẠNG LƯỚI BƯỚC SÓNG LINH HOẠT SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHUYỂN
MẠCH THÔ
C. Nội Dung Chương

PHẠM QUỐC HUY – D12VT1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Điểm: ........ (bằng chữ ………………..)
Ngày…... tháng…… năm 2016.
Giáo viên hướng dẫn

TS.Lê Hải Châu
PHẠM QUỐC HUY – D12VT1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Điểm: ........ (bằng chữ ………………..)
Ngày…... tháng…… năm 2016.
Giáo viên phản biện

PHẠM QUỐC HUY – D12VT1


đồ án tốt nghiệp đại học

LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên em muốn gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến tất cả các thầy cô tại HỌC
VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG trong suốt thời gian 4 năm qua,
thầy cô đã cùng với tri thức và sự tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý
báu cho chúng em. Đó là những kiến thức quý giá, là nền tảng cơ bản cho em bước
vào cuộc sống trong tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Lê Hải Châu thầy đã tận tâm hướng dẫn em
trong suốt quá trình làm đồ án của mình. Nhờ vậy mà chúng em đã hoàn thành đồ án
một cách tốt nhất. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy.
Do thời gian có hạn và kiến thức chuyên môn cũng như thực tế của bản thân còn
nhiều hạn chế nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận
được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Chúng em rất mong được sự góp ý từ quý Thầy Cô để kiến thức của chúng em trong
lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Phạm Quốc Huy – D12VT1

4


đồ án tốt nghiệp đại học

LỜI MỞ ĐẦU
Dưới áp lực dịch chuyển loại hình dịch vụ viễn thông với yêu cầu ngày càng cao
về băng thông và chất lượng dịch vụ cùng sự phát triển mạnh mẽ của truy nhập băng
rộng tốc độ cao, các mạng truyền thông đang dần được quang hóa đến gần thuê bao
hơn để đáp ứng nhu cầu lưu lượng Internet đang tăng nhanh. Công nghệ WDM có lưới
bước sóng theo tiêu chuẩn của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) chia dải phổ tần
thành các khe phổ tần cố định 50 GHz và cấp phát không hiệu quả thì lưới này không
còn phù hợp để truyền dữ liệu. Giải pháp để thay thế tiêu chuẩn 10 năm này là đưa ra
một mô hình lưới linh hoạt hơn để đáp ứng được nhu cầu băng thông trong tương lai.
Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt (EON) có thể cải thiện một cách đáng kể
điều này bằng việc tối đa hóa hiệu quả việc cấp phát phổ tần do có khả năng thích nghi
với các điều kiện thực tế của mạng và tốc độ dữ liệu cho từng yêu cầu lưu lượng. Bên
cạnh những ưu điểm của mạng quang lưới linh hoạt, yêu cầu đổi mới kiến trúc nút
phức tạp hơn đồng nghĩa với giá thành đắt đỏ và không thể tái sử dụng phần cứng
trong kiến trúc nút cũ. Để giải quyết vấn đề nảy sinh này, ta đưa ra một mạng mới bán
linh hoạt. Công nghệ mạng này được sự kết hợp giữa mạng quang lưới linh hoạt và
mạng WDM hiện nay sử dụng kiến trúc nút chuyển mạch thô. Mạng quang này có thể
tái sử dụng các nút chuyển mạch trong kiến trúc mạng cũ, giảm giá thành phần cứng
nhưng vẫn đảm bảo độ linh hoạt đáp ứng được nhu cầu truyền dẫn băng thông tốc độ
cao hướng đến trong tương lai.
Nội dung đồ án gồm 3 chương:

Chương I- Tổng quan về mạng quang lưới bước sóng linh hoạt và chuyển mạch thô:
Chương trình bày tổng quan xu hướng mạng quang, giới thiệu về mạng quang lưới

bước sóng linh hoạt và kỹ thuật chuyển mạch thô trong mạng quang lưới bước sóng
linh hoạt

Chương III- Định tuyến và gán phổ tần trong mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
sử dụng kỹ thuật chuyển mạch thô: chương trình bày về kỹ định tuyến và gán phổ
trong mạng quang lưới bước sóng linh hoạt sử dụng kỹ thuật chuyển mạch thô.

Chương III- Phân tích và đánh giá hiệu năng EON sử dụng kỹ thuật chuyển mạch
thô: đánh giá được hiệu quả sử dụng phổ của công nghệ mới và so sánh những ưu
điểm của công nghệ mới so với công nghệ cũ.

Phạm Quốc Huy – D12VT1

5


đồ án tốt nghiệp đại học

MỤC LỤC

Phạm Quốc Huy – D12VT1

6


đồ án tốt nghiệp đại học

DANH MỤC HÌNH VẼ

Phạm Quốc Huy – D12VT1

7


đồ án tốt nghiệp đại học

DANH MỤC BẢNG

Phạm Quốc Huy – D12VT1

8


đồ án tốt nghiệp đại học

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật Ngữ

Tiếng Anh

Tiếng Việt

DWDM

Dense Wavelength Division Multiplexer

Ghép kênh phân chia theo
bước sóng mật độ cao

EON

Elasic Optical Network

Mạng lưới bước sóng linh
hoạt

WDM

Wavelength Division Multiplexer

Ghép kênh quang theo bước
sóng

BVT

Bandwidth Variable Transponder

Bộ thu phát băng thông khả
biến

BV-WSS

Bandwidth -Variable Wavelength
Selective Switch

Chuyển mạch chọn lựa bước
sóng băng thông khả biến

BV-WXC

Bandwidth- Variable cross-connect

Chuyển mạch băng thông
khả biến

SBVT

Sliceable Bandwidth-variable
Transponder

Bộ thu phát khả biến có khả
băng chia nhỏ

WSS

Wavelength selective Switch

Chuyển mạch lựa chọn bước
sóng

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ

QPSK

Quadrature Phase-shift Keying

Điều chế pha vuông góc

BPSK

Binary Phase-shift keying

Điều chế pha nhị phân

OXC

Optical cross-connect

Bộ nối chéo quang

BV-OXC

Bandwidth variable cross-connect

Nối chéo băng thông quang
khả biến

GRE

Grouped Routing Entity

Thực thể định tuyến nhóm

RSA

Routing and Spectrum Assignment

Định tuyến và gán phổ

RWA

Routing and Wavelength Assignment

Định tuyến và gán bước
sóng

RMLSA

Routing, Modulation Level and Spectrum
Allocation

Định tuyến điều chế theo
mức và phân bổ phổ

NP

Non-Deterministic Polynomial Time

Thuật toán bất định trong
thời gian đa thức

CF

Center Frequency

Tần số trung tâm

OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao

Phạm Quốc Huy – D12VT1

9


đồ án tốt nghiệp đại học

Phạm Quốc Huy – D12VT1

10


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI BƯỚC SÓNG LINH
HOẠT VÀ CHUYỂN MẠCH THÔ
1.1

Giới thiệu chung

Internet ngày càng bùng nổ một cách nhanh chóng, dưới áp lực dịch chuyển loại
hình dịch vụ viễn thông từ các dịch vụ hướng dữ liệu sang các dịch vụ hướng video
tương tác thời gian thực với yêu cầu ngày càng cao về băng thông và chất lượng dịch
vụ cùng sự phát triển mạnh mẽ của truy nhập băng rộng tốc độ bit cao. Hiện nay, các
dịch vụ cung cấp đã được cài đặt ở tốc độ bit cao từ 40Gb/s đến 100Gb/s. Lưới bước
sóng 50GHz theo tiêu chuẩn của liên minh viễn thông Quốc tế (ITU) chia dải phổ tần
1530-1565 nm(còn gọi là băng C) thành các khe phổ tần số cố định 50GHz. Lưới bước
sóng này tương thích với hệ thống truyền tải 100Gb/s nên hiện nay ta chưa cần thiết
thay đổi lưới. Tuy nhiên, trong tương lai gần với sự bụng nổ của Internet sẽ cần có một
hệ thống truyền tải có tốc độ lớn hơn nữa, có thể lên đến 400Gb/s hay 1Tb/s mà lưới
ITU hiện có không thể nào đáp ứng được.
Để giải quyết vấn đề này, có một giải pháp là tăng khoảng cách của lưới ITU lớn
hơn để có thể truyền tải hệ thống 400Gb/s và hơn nữa. Tuy nhiên, một vấn khác nảy
sinh là: Không phải nhu cầu nào cũng cần đến tốc độ 400Gb/s, có những nhu cầu chỉ
cần một lượng lưu lượng rất nhỏ so với khả năng mà lưới cung cấp do đó khi một nhu
cầu nhỏ chiếm một băng thông cực lớn sẽ gây lãng phí và thiếu hiệu quả về kinh tế.
Với hệ thống truyền tải mạng hiện nay sử dụng lưới ITU 50GHz, các nhu cầu có lưu
lượng (dưới 100Gb/s) đã gây ra việc lãng phí phổ tần khá lớn trong khi lại không đáp
ứng được những nhu cầu tốc độ cao như 400Gb/s và hơn nữa. Nếu ta giải quyết các
nhu cầu lưu lượng lớn bằng cách mở rộng lưới ITU, điều này có thể gây ra sự lãng phí
phổ tần nhiều hơn nữa đối với các nhu cầu lưu lượng nhỏ chiếm đại đa số nhu cầu
trong mạng. Do vậy, ta cần có một mạng lưới mới vừa có thể đáp ứng với những nhu
cầu nhỏ và hơn nữa có thể đáp ứng được những nhu cầu lớn hơn về băng thông, “thích
nghi” được với nhu cầu thực tế trong mạng.
Như ta có thể thấy trong Hình 1.1, với lưới cố định ITU 50 GHz hiện nay thì
không thể hỗ trờ cho tốc độ bit 400 Gb/s và 1 Tb/s do độ rộng phổ tần bị chiếm bới 2
tốc độ này là quá lớn so với lưới, nó trùng ít nhất là 1 ranh giới lưới 50 GHz.

Phạm Quốc Huy – D12VT1

11


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

Hình 1.1: Độ rộng phổ với các tốc độ bit khác nhau trên lưới ITU
Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt (EON), công nghệ mạng có khả năng
truyền tải quang linh hoạt và sử dụng phổ tần hiệu quả, hiện đang được rất quan tâm
đầu tư nghiên cứu phát triển nhằm cho phép truyền tải lưu lượng đa tốc độ, siêu bước
sóng và cả lưu lượng tốc độ thấp theo cách hiệu quả cao về mặt phổ tần cho các nhu
cầu dịch vụ truyền thông tương lai gần. Khả năng biến đổi băng tần linh động của
tuyến quang trong Mạng quang lưới bước sóng linh hoạthứa hẹn cung cấp cho các nhà
vận hành mạng nhiều cơ hội kinh doanh mới bằng việc đưa ra nhiều dịch vụ kết nối
với độ khả dụng cao và chi phí vừa phải thông qua việc chia sẻ băng tần phụ thuộc
thời gian, điều hành mạng hiệu quả về năng lượng cũng như khả năng phục hồi mạng
cao nhờ việc nén băng thông.
1.2

1.2.1

Công nghệ mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt

Các mạng truyền thông quang WDM truyền thống thường phân chia phổ tần
thành các kênh bước sóng theo tiêu chuẩn lưới tần số ITU-T quy định về khoảng cách
giữa các kênh bước sóng là 50 GHz hoặc 100 GHz, khoảng cách giữa hai kênh tương
đối lớn. Nếu kênh chỉ mang băng thấp và không có lưu lượng được truyền trong độ

rộng còn lại của phổ, điều đó sẽ gây ra sự lãng phí về mặt phổ tần.

Phạm Quốc Huy – D12VT1

12


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

Hình 1.2: Phân bổ phổ tần trong mạng WDM thông thường
Các mạng WDM truyền tải lưu lượng theo yêu cầu thông thường dựa vào các yếu
tố: băng tần, bước sóng trung tâm cũng như phổ và tốc độ bít của các tuyến quang cố
định theo lưới tần số, dẫn đến những hạn chế nhất định. Phổ của lưu lượng yêu cầu có
thể chiếm ít hơn phổ của một bước sóng đầy đủ hoặc phổ của lưu lượng yêu cầu lớn
hơn rất nhiều phổ của một bước sóng đầy. Để khắc phục những hạn chế còn tồn đọng
của mạng quang thông thường, một công nghệ mới hiện đang thu hút được sự quan
tâm đầu tư nghiên cứu đó là công nghệ mạng quang lưới bước sóng linh hoạt. Mục
đích của mạng quang lưới bước sóng linh hoạt là nhằm giải quyết vấn đề của mạng
chuyển mạch bước sóng quang WDM bằng cách cung cấp cơ chế truyền tải mới với
khả năng mở rộng băng thông linh hoạt và cấp phát phổ tần hiệu quả để có thể hỗ trợ
cùng lúc nhiều loại hình dịch vụ tốc độ cao và siêu cao (100 Gbps và hơn thế) trên
cùng một cơ sở hạ tầng mạng nhờ sử dụng lưới tần số linh hoạt và kĩ thuật nhóm ghép
đa tốc độ trong miền tần số quang. Băng tần của tuyến quang trong mạng quang lưới
bước sóng linh hoạt có khả năng mở rộng hay rút gọn lại nếu cần, tùy theo dung lượng
và yêu cầu của người dùng.
Hình 1.3 thể hiện khả năng thích ứng của mạng EON với băng thông linh hoạt và
khoảng cách kênh khả biến trái ngược với mạng quang WDM thông thường với băng
thông và khoảng cách giữa các kênh cố định theo lưới tần số ITU-T.

Hình 1.3: Khái niệm mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
Phạm Quốc Huy – D12VT1

13


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

Cấu trúc của một mạng EON điển hình (hình 1.4) gồm các bộ kết nối chéo
quang khả biến và bộ thu phát băng thông khả biến dựa trên sự linh hoạt về tốc độ
cũng như khuôn dạng điều chế của các bộ thu phát.

Hình 1.3: Cấu trúc của mạng EON
Trong mạng WDM thông thường, không có sự phân biệt và phân bổ phổ giữa các
kênh quang trong một tuyến quang xác định, nó chỉ quan tâm đến tần số trung tâm của
kênh khi thiết lập một kết nối đầu cuối. Ngược lại, tần số trung tâm và bề rộng phổ là
các thông số có khả năng thay đổi tùy chỉnh trong mạng EON, được minh họa như
trong hình 1.3b.
Mạng EON cho phép nhiều chọn lựa khi truyền tải lưu lượng theo yêu cầu:
−

−

−

Một lưu lượng theo yêu cầu đã cho có thể được chỉ định khuôn dạng điều
chế thích ứng để đạt được khoảng cách truyền dẫn cần thiết, độ rộng phổ có

thể mở rộng hoặc giảm khi truyền trong các tuyến quang để đảm bảo chất
lượng tín hiệu cũng như khoảng cách truyền dẫn (quan sát các lưu lượng
yêu cầu B, D và E trong hình 1.5d, với lưu lượng B phổ sẽ mở rộng ra; lưu
lượng D và E với khoảng cách ngắn sử dung điều chế bậc cao hơn, độ rộng
phổ hay băng tần yêu cầu sẽ nhỏ đi).
Với những băng tần nhỏ lẻ tốc độ thấp được yêu cầu, mạng quang lưới
bước sóng linh hoạt có thể cấp phát băng tần quang chỉ vừa đủ để truyền tải
lưu lượng yêu cầu.
Nếu lưu lượng yêu cầu quá lớn để có thể truyền tải trên một kênh quang
duy nhất, khi đó một “siêu kênh” sẽ được hình thành từ nhiều kênh liền kề,
những kênh này được truyền tải qua mạng như một kênh duy nhất, nhưng
lại có thể được phân kênh tại nơi nhận. Hình 1.5b minh họa cho mạng EON

Phạm Quốc Huy – D12VT1

14


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

hỗ trợ truyền tải siêu kênh được nhóm ghép từ nhiều kênh (so với trường
hợp mạng WDM theo lưới tần số cố định như hình 1.5a).

Hình 1.4: Minh họa sử dụng phổ tần a) Lưới tần số cố định giữ đúng các khoảng bảo vệ
giữa các tuyến quang truyền tải tốc độ 300 Gbps theo yêu câu, b) Các lưu lượng yêu cầu có
thể được nhóm thành một siêu kênh và truyền tải như một kênh, c) 5 lưu lượng yêu cầu và
phổ tương ứng với băng tần 100 GHz theo lưới tần số cố định, giả sử ở đây sử dụng điều chế
pha vuông góc (QPSK), d) Các lưu lượng yêu cầu của hình c, với điều chế thích ứng tối ưu

hóa cho tốc độ và phạm vi yêu cầu, e) Các lưu lượng yêu cầu giống hình d nhưng bổ sung
khả năng gán phổ tần linh của mạng EON.

−

1.2.2
A.

EON cho phép các phổ sẽ được ghép sát vào nhau theo cơ chế ghép liền kề,
các băng tần được phân bổ lần lượt kế tiếp nhau như hình 1.5e, hạn chế
được các khoảng bảo vệ không cần thiết đồng thời tiết kiệm phổ tần.
Những đặc tính của công nghệ mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
Phân bổ phổ tần linh hoạt

Để thực hiện mạng quang lưới bước sóng linh hoạt, các tài nguyên phổ tần phải
được phân bổ một các thích ứng trên tuyến quang. Lưới tần số hiện tại qui định theo
chuẩn ITU-T G.694.1 với tần số trung tâm 193.1 THz và hỗ trợ các khoảng cách kênh
Phạm Quốc Huy – D12VT1

15


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

khác nhau 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz và 12.5 GHz. Gọi khoảng cách giữa các kênh là
thì tấn số f được biểu diễn theo công thức , trong đó n là tần số thứ n (n nguyên).
Khoảng cách giữa các kênh trong WDM là cố định điều này làm hạn chế sự linh hoạt
về băng thông, yêu cầu các tiêu chuẩn mới về lưới tần số. Các tiêu chuẩn mới sắp xếp

hệ thống phổ đem lại hiệu quả hỗ trợ các bước sóng con, siêu bước sóng và các lưu
lượng đa tốc độ. Nó phải độc lập với các dạng tín hiệu và đáp ứng dữ liệu đa tốc độ
trong tương lai và hệ thống phải trực quan cho các nhà cung cấp dịch vụ khai thác
mạng. Một trong những công nghệ triển vọng công nghệ mang quang lưới bước sóng
linh hoạt EON sẽ giới thiệu khái niệm khe tần số mới thay thế lưới tần số hiện tại.
Trong phương pháp này, phổ trong tuyến quang sẽ được phân bổ bằng cách gán các
khe tần số liền kề cần thiết và quan tâm đến độ rộng phổ của tín hiệu cũng như hiệu
quả lọc băng thông toàn tuyến. Sau đây là 2 cách chỉ rõ hệ thống sắp xếp tài nguyên
phổ tần linh hoạt:
− Phương pháp tiếp cận theo lưới tần số dựa trên các khe đơn: Đây là phương
pháp xác định tần số f theo lưới tần số ITU-T với tần số trung tâm 193.1 THz
và hỗ trợ các khoảng cách kênh 12.5 GHz, gọi khoảng cách giữa các kênh là
và số tần số n thì tần số (THZ) ) trong đó n nguyên. Tần số n theo lưới tần số
ITU-T tương ứng với khe tần số thứ n . Phổ được phân bổ bằng cách sắp xếp
một số lượng các khe liền kề như hình 1.6b. Các phân đoạn tần số với độ rộng
khác nhau được xác định bằng thông số độ rộng của khe , nó tương đương với
khoảng cách giữa các kênh hay khoản cách giữa khe tần số thấp nhất và tần
số cao nhất . Tần số trung tấm và bề rộng của một đoạn phổ được biểu diễn
như sau và Phương pháp tiếp cận theo lưới tần số dựa trên các khe đơn là
một phương pháp trực quan, nhưng không thể biểu diễn các đoạn tần số đã chỉ
định có bề rộng lớn hơn khoảng cách giữa các kênh tần số được qui định, vì
tần số trung tâm của các phân đoạn tần số theo phương pháp này lệch so với bề
rộng phổ của kênh theo lưới tần số một khoảng .
− Phương pháp chia đôi khe tần số hai bên: phương pháp này chỉ rõ tần số f
theo lưới tần số ITU-T sử dụng một kênh có khoảng cách và số tần số n biểu
diễn hai khe tần số ở cả hai bên của tần số f, khi đó độ rộng của mỗi . Khe n
được đánh số từ khe liền kề với tần số trung tâm ITU-T hướng theo chiều
dương hoặc theo chiều âm. Các phân đoạn tần số khác nhau có thể được biểu
diễn trên cùng một lưới tần số như Phương pháp tiếp cận theo lưới tần số dựa
trên các khe đơn. Phương pháp chia đôi khe tần số hai bên đưa ra một hệ thống

đánh số các khe tần số mới, cho phép thể hiện cho các phân đoạn tần số chỉ
Phạm Quốc Huy – D12VT1

16


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

định rộng hơn khoảng cách giữa các kênh tần số, tương thích linh hoạt hơn so
với lưới tần số cố định của WDM, do nó chỉ sử dụng một nửa độ rộng của khe.

Hình 1.5: Hệ thống phân bổ phổ tần
Như vậy có thể thấy với EON, các tài nguyên phổ tần trong tuyến quang có thể
được phân bổ bằng cách gán các khe tần số cần thiết theo cơ chế ghép liền kề linh
động tạo ra các phổ tần có kích thước phù hợp, linh hoạt và hiệu quả theo dung lượng
yêu cầu người dùng.
B.

Hỗ trợ truyền tải tín hiệu tốc độ thấp

Mạng chuyển mạch tuyến quang, hay còn gọi là mạng chuyển mạch bước sóng
quang, hiện tại đòi hỏi việc phân bổ đầy đủ dung lượng bước sóng theo quy định lưới
tần số ITU-T được áp dụng cho tuyến quang giữa cặp nút mạng đầu cuối. Trong khi
đó, mạng quang lưới bước sóng linh hoạt cung cấp một cơ chế mới hiệu quả hơn về
giá thành cho các dịch vụ kết nối tốc độ thấp (hay nói cách khác là các dải tần nhỏ lẻ).
Khi công nghệ 100 Gbps Ethernet được chuẩn hóa và trở nên phổ biến, khách hàng sẽ
có thể sử dụng mạng truyền tải quang với các giao diện 100 GbE khoảng cách truyền
dẫn ngắn với giá cả phải chăng. Tuy nhiên nếu chỉ một vài băng tần nhỏ lẻ được yêu

Phạm Quốc Huy – D12VT1

17


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

cầu, mạng EON có thể cấp phát băng tần quang chỉ vừa đủ để truyền tải lưu lượng
người dùng, như trong hình 1.7 luồng băng thông có tốc độ 100 Gbps được tách thành
3 kênh con có tốc độ thấp hơn là 50 Gbps, 30 Gbps và 20 Gbps. Tại cùng một thời
điểm, mỗi nút mạng trên tuyến đường của tuyến quang cấp phát một kết nối với băng
tần phổ tương xứng để tạo ra một tuyến quang đầu cuối đến đầu cuối kích thước tương
ứng với yêu cầu người dùng. Hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng sẽ cho phép cung cấp
các dịch vụ băng tần nhỏ lẻ một cách hiệu quả về giá thành.

Hình 1.6: Cơ chế cấp phát phổ tần trong mạng EON
C.

Hỗ trợ truyền tải tín hiệu siêu bước sóng ( 400Gb/s, 1Tb/s, và hơn nữa)

Việc nhóm ghép liên kết là công nghệ mạng gói đã được chuẩn hóa trong IEEE
802.3 trong đó thực hiện kết hợp nhiều liên kết/cổng vật lý trong thiết bị chuyển mạch/
bộ định tuyến thành một liên kết/cổng đơn để cho phép tăng tốc độ liên kết khi nhu
cầu lưu lượng tăng lên vượt quá các giới hạn của bất kỳ một cổng/liên kết đơn nào.
Tương tự như vậy, Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt cho phép hình thành và hỗ
trợ truyền tải các tuyến quang siêu bước sóng bằng cách kết hợp liền kề trong miền
quang, vì thế đảm bảo mức độ sử dụng cao của các tài nguyên phổ. Tính năng đọc đáo
này cũng được mô tả trong hình 1.7, ba băng thông 40Gb/s được ghép vào với nhau để

tạo thành một kênh với băng thông lớn hơn 120Gb/s.
D.

Thích ứng nhiều tốc độ tín hiệu theo khoảng cách và khuôn dạng điều chế
khác nhau

Phạm Quốc Huy – D12VT1

18


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

Trong các mạng chuyển mạch tuyến quang WDM hiện tại, việc sử dụng lưới tần
số cố định ITU-T có thể dẫn đến hiện tượng ngắt quãng dải tần quang do các khoảng
cách tần số quang dư thừa bị lãng phí nằm giữa các tín hiệu tốc độ thấp. Mạng quang
lưới bước sóng linh hoạt cho phép hạn chế dải tần bị lãng phí giữa các tín hiệu và sắp
xếp trực tiếp một cách hiệu quả phổ tần của nhiều tốc độ dữ liệu kết hợp trong miền
quang nhờ phương thức gán phổ tần linh hoạt. Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
có khả năng hỗ trợ thích ứng tốc độ đường truyền cũng như việc mở rộng và rút gọn
của các tuyến băng thông bằng cách thay đổi số lượng sóng mang con và các khuôn
dạng điều chế. EON sử dụng kĩ thuật OFDM, điều này giúp mạng EON linh hoạt hơn
trong việc chọn lựa số bít điều chế trên mỗi tín hiệu cho mỗi sóng mang con dựa vào
khoảng cách truyền dẫn. Trong đó, mỗi sóng mang con OFDM có thể được điều chế
riêng theo các khuôn dạng điều chế khác nhau, ví dụ như một bít trên một kí hiệu với
điều chế pha nhị phân (BPSK), 2 bít trên một kí hiệu với điều chế điều chế pha vuông
góc (QPSK) hay điều chế 16-QAM chuyển đổi 4 bít thành một kí hiệu dựa trên mức
độ suy giảm của tín hiệu theo khoảng cách truyền dẫn. Điều này cho phép các lưu

lượng yêu cầu với tốc độ giống nhau sẽ được phân bổ số lượng phổ khác nhau tùy
thuộc vào chất lượng đường truyền. Ngược lại, trong các mạng WDM truyền thống,
việc thay đổi các mức hay khuôn dạng điều chế đòi hỏi phải sử dụng một bộ thu phát
khác gây tốn kém về mặt chi phí cũng như hiệu quả phổ tần. Ví dụ như hình 1.8 với
mạng EON thực hiện bằng cách điều chỉnh số sóng mang con và mức điều chế. Bốn
luồng tốc độ 100 Gbps sẽ được nhóm ghép thành một luồng siêu bước sóng tốc độ 400
Gbps và sử dụng điều chế QPSK (2 bit/symbol, 4 sóng mang con) cho các tuyến có
khoảng cách dài. Đối với những tuyến có khoảng cách ngắn mức điều chế sẽ tăng
trong khi số sóng mang con giảm, ví dụ sử dụng điều chế 16-QAM (4 bit/symbol, 2
sóng mang con) sử dụng cho các tuyến truyền tải với khoảng cách ngắn. Phương pháp
này cho phép giảm số lượng phổ yêu cầu dựa trên điều chế thích ứng, phổ tần sẽ hẹp
lại đồng thời cho phép giảm các khoảng bảo vệ không cần thiết so với các mạng WDM
thông thường định tuyến theo bước sóng dựa trên lưới tần số cố định ITU-T

Phạm Quốc Huy – D12VT1

19


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

Hình 1.7: Phân bổ phổ thích ứng
Bảng 1.1: So sánh cải thiện hiệu quả phổ tần giữa WDM với EON trên liên kết
điểm-điểm

Bảng 1.1 so sánh hiệu năng truyền tải giữa lưới mạng WDM truyền thống và
EON với khoảng cách 300 km của một liên kết điểm-điểm, giả sử mạng WDM có
khoảng cách giữa các kênh là 50 GHz và khoảng bảo vệ là 10 GHz. Ta thấy những lợi

ích mà mạng EON mang lại so với mạng WDM thông thường là rất đáng kể, thậm chí
hiệu năng tăng 150 % khi tốc độ đạt 1 Tbps.
E.

Tiết kiệm năng lượng

Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt hỗ trợ vận hành tiết kiệm năng lượng để
tiết kiệm năng lương tiệu thụ bằng cách tắt một số sóng mang con OFDM khi lưu
lượng truyền thấp.
F.

Mạng ảo hóa

Phạm Quốc Huy – D12VT1

20


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

Mạng lưới bước sóng linh hoạt cho phép ảo hóa mạng quang với các liên kết ảo nhớ
các bước sóng mang con OFDM.

Hình 1.8: Cơ chế cấp phát phổ tần trong mạng quang linh hoạt
1.2.3 Kỹ thuật nền tảng của mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
A.

Bộ thu phát khả biến ( BVT)

BVTs được sử dụng để thay đổi băng thông bằng cách điều chỉnh tốc độ truyền
bit hoặc định dạng điều chế. BVTs hỗ trợ truyền tải tốc độ cao nhớ sử dụng định dạng
điều chế hiệu quả, ví dụ như điều chế biên độ vuông góc 16 trạng thái 16-QAM, và
điều chế 64-QAM sử dụng cho đường truyền ngắn. Những đường truyền có khoảng
cách lớn thì được hỗ trợ những định dạng điều chế mạnh hơn nhưng kém hiệu quả hơn
như QPSK hoặc BPSK . Vì thế, BVT đem lại hiệu quả kinh tế về phổ tần so với tầm
với truyền dẫn quang.

Phạm Quốc Huy – D12VT1

21


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

Hình 1.9: Mô hình BVT và SBV
Tuy nhiên, khi một BVT tốc độ cao hoạt động ở mức thấp hơn tốc độ tối đa của
nó do khoảng cách truyền dẫn yêu cầu hoặc do suy hao trong đường truyền, một phần
dung lượng của BVT bị lãng phí. Để giải quyết vấn đề này, một SBVT đã được đưa ra
để cải thiện tính linh hoạt. Một SBVT có khả năng phân chia dung lượng của nó thành
một hay nhiều luồng tín hiệu truyền đến một hoặc nhiều đích. Do đó, khi một SBVT
được sử dụng để thiết lập một kênh truyền tốc độ thấp, phần dung lượng không được
dùng của nó sẽ được khai thác cho một tuyến truyền dẫn khác. Một SBVT tạo ra nhiều
luồng tín hiệu có thể kết hợp linh hoạt với lưu lượng đến từ lớp trên theo yêu cầu. Do
đó, luồng tín hiệu có thể được tổng hợp hoặc chia nhỏ tùy thuộc vào nhu cầu lưu
lượng.
Kiến trúc SBVT được đưa ra để hỗ trợ khả năng chia nhỏ, đa tốc độ bít, đa định

dạng điều chế, và tỉ lệ mã thích ứng. Hình 1.11 cho thấy kiến trúc của 1 SBVT, chủ
yếu bao gồm một nguồn N sóng mang con có khoảng cách bằng nhau, một modun xử
lý điện, một chuyển mạch điện, một bộ gồm N mạch tích hợp quang tử (PICs), và một
bộ ghép sóng. Trong kiến trúc này, N sóng mang được tạo ra bởi một nguồn đa bước
sóng duy nhất. Tuy nhiên, nguồn này có thể được thay thế bởi N laser, mỗi cái có một
sóng mang con. Mỗi người dùng được xử lý trong miền điện (ví dụ như lọc) và sau đó
Phạm Quốc Huy – D12VT1

22


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

được định tuyến bởi ma trận chuyển mạch đến PIC tương ứng. Sóng mang được tạo ra
có khoảng cách bằng nhau theo như yêu cầu phổ và công nghệ truyền tải. Sóng mang
con được lựa chọn trong nguồn đa bước sóng, và được định tuyến đến PICs thích hợp.
Mỗi PIC sử dụng như bộ thu phát đơn sóng mang tạo ra nhiều tín hiệu điều chế khác
nhau, như 16-QAM hay QPSK, để hỗ trợ đa định dạng điều chế. Cuối cùng, sóng
mang được gộp lại bởi bộ ghép sóng để tạo thành siêu kênh quang. Thỉnh thoảng sóng
mang có thể được chia nhỏ và hướng đến một cổng ra cụ thể theo yêu cầu lưu lượng.

Hình 1.10: Kiến trúc của SBVT
•

Ưu, nhược điểm của SBVT so với BVT

Ưu điểm:
− Hỗ trợ khả năng chia nhỏ: Các máy thu phát có thể tạo các sóng mang con có

khả năng chia nhỏ, từ đó chúng có thể tập hợp thành một siêu kênh quang (bằng
cách tạo kết nối giữa các kênh cùng truyền trên một tuyến hoặc các sóng mang
con liền kề) hoặc tách ra và chuyển trực tiếp đến các đầu ra khác nhau.
− Khả năng tạo sóng mang con có khoảng cách kênh được cài đặt: Máy thu phát
có thể tạo ra các sóng mang con có khoảng cách kênh tùy chọn phụ thuộc vào
tốc độ bit cũng như định dạng điều chế của nó.
− Hỗ trợ đa tốc độ bit: Máy thu phát có thể được hỗ trợ một vài giá trị tốc độ bit
bằng cách thay đổi số lượng sóng mang con sử dụng hoặc thay đổi tốc độ bit
trên mỗi sóng mang con.
− Thích ứng với khoảng cách truyền dẫn: Đây là giải pháp tuyệt vời để cân bằng
giữa tầm với quang và hiệu quả sử dụng phổ tần. S-BVT hỗ trợ đa định dạng
điều chế hoặc mã hóa thích ứng. Máy thu phát hỗ trợ đa định dạng điều chế, ví
Phạm Quốc Huy – D12VT1

23


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

dụ mỗi sóng mang con có thể được truyền đi với định dạng 16-QAM hoặc
QPSK tùy thuộc vào khoảng cách truyền dẫn.
Nhược điểm:
− Độ phức tạp cao.
− Giá thành lớn hơn so với BVT.
B. Chuyển mạch băng thông khả biến ( bandwidth-variable Cross-connect)
Khác với hệ thống chuyển mạch tuyến quang trong mạng WDM thông thường,
nút chuyển mạch của mạng quang lưới bước sóng linh hoạt là các bộ BV OXC chuyển
mạch băng thông khả biến được sử dụng để cấp phát kết nối chéo có kích thước phù

hợp với băng thông phổ tương ứng cung cấp cho một tuyến quang lưới bước sóng linh
hoạt và có thể điều chỉnh được theo yêu cầu lưu lượng. Chuyển mạch quang khả biến
trong mạng EON có khả năng cấu hình linh hoạt băng thông của cửa sổ tự định tuyến
theo độ rộng phổ của tín hiệu quang đầu vào. Các thiết bị này thực hiện quá trình tự
định tuyến các tín hiệu quang đầu vào đến các sợi quang đầu ra tương ứng dựa trên
bước sóng tín hiệu.

Hình 1.11: Nguyên lý chuyển mạch chọn lựa bước sóng khả biến
Một trong các công nghệ chuyển mạch có khả năng hiện thực hóa nút chuyển
mạch quang khả biến theo yêu cầu của mạng quang lưới bước sóng linh hoạt là công
nghệ chuyển mạch quang chọn lựa bước sóng (Wavelength Selective Switch). Công
nghệ chuyển mạch chọn lựa bước sóng hiện nay là công nghệ chuyển mạch quang đã
chín muồi và được thiết kế cho các tuyến quang phân bố theo lưới tần số cố định được
đặc tả trong các khuyến nghị của ITU-T. Tuy nhiên, với cơ chế chuyển mạch đặc trưng
là phát quảng bá và chọn lựa bước sóng theo tần số, một thế hệ mới các hệ thống
chuyển mạch chọn lựa bước sóng băng thông khả biến với khả năng cho phép và
chuyển mạch các băng thông tùy biến đang được phát triển. Hình 1.12 minh họa
nguyên lý của chuyển mạch chọn lựa bước sóng băng thông khả biến (BV WSS).
Chuyển mạch chọn lựa bước sóng băng thông khả biến sử dụng cơ chế phát quảng bá
Phạm Quốc Huy – D12VT1

24


Đồ án tốt nghiệp Đại học

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG LƯỚI ……

tín hiệu quang đầu vào và chọn lựa bước sóng theo tần số để cho phép các tín hiệu
quang đầu vào với độ rộng phổ và tần số trung tâm khác nhau có thể được định tuyến

đến bất kì sợi quang đầu ra nào.

Hình 1.12: Chuyển mạch băng thông khả biến
Kiến trúc trường chuyển mạch chọn lựa bước sóng quang được thể hiện trên hình
1.13. Trong kiến trúc này, các chuyển mạch chọn lựa bước sóng băng thông khả biến
(BV WSS) được sử dụng để cung cấp chức năng tách và ghép các tín hiệu cũng như
chức năng ghép nhóm và định tuyến đối với các tín hiệu trung chuyển. Ánh sáng từ sợi
quang đầu vào được chia thành các phần quang phổ bằng cách phân tán chúng. Các
phổ được tạo ra cách đều nhau và được tập trung vào một mảng một chiều và điều
hướng đến các sợi đầu ra mong muốn. Các dung dịch bán dẫn trên Silicon (LCoS)
hoặc các hệ vi điện cơ (MEMS) dựa trên cơ sở của các bộ BV WSS được sử dụng như
là phần tử chuyển mạch để thực hiện kết nối chéo quang với băng thông linh hoạt và
tần số trung tâm khác nhau. Khi LCoS được triển khai theo từng trạng thái sắp xếp
chùm sáng đi theo hướng điều khiển, trong đó sử dụng một số lượng lớn các phần tử,
LCoS dựa trên BV WSS có thể dễ dàng cung cấp chức năng băng thông quang khả
biến.
1.3

Kỹ thuật chuyển mạch thô trong mạng quang lưới bước sóng linh hoạt

Phạm Quốc Huy – D12VT1

25