Nghiên cứu phân bổ tối ưu bộ chuyển đổi bước sóng trong mạng AON

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN HUY TOÀN

NGHIÊN CỨU PHÂN BỔ TỐI ƯU BỘ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC
SÓNG TRONG MẠNG AON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành : Điện tử viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
NGUYỄN VĂN KHANG

Hà Nội – 2007


Mở đầu
Sự bùng nổ của mạng Internet, sự phát triển số lợng ngời sử dụng , sự
phát triển của các ứng dụng và dịch vụ mới trên nền IP, đó là những gì mà
chúng ta đã chứng kiến trong vòng gần một thập kỉ qua. Xét về mặt kỹ thuật,
để đáp ứng đợc sự phát triển đó, hạ tầng mạng truyền dẫn bao gồm mạng
đờng truyền backbone và mạng truy nhập đã và đang phải nâng cao dung
lợng bằng cách chuyển dần sang mạng truyền dẫn cáp sợi quang. Mạng
truyền dẫn quang đã đáp ứng đợc rất nhiều yêu cầu về dung lợng (tối đa
50Tbps), chi phí xây dựng và tính bảo mật thông tin. Hai công nghệ quan
trọng gần đây giúp tăng dung lợng hệ thống là WDM và khuêch đại sợi
quang EDFA. Từ khoảng năm 1986 trở lại đây có rất nhiều các dự án xây
dựng mạng đờng trục cáp quang biển quốc tế đợc triển khai, đã giúp tăng
cờng khả năng trao đổi thông tin giữa các quốc gia, lãnh thổ trên thế giới.

Tiếp đến là các mạng đờng trục trên đất liền ở các quốc gia đợc xây dựng
trên nền tảng truyền dẫn sợi quang.
Vào đầu năm 1988, các công nghệ SONET và SDH là những chủ đề
nóng đợc đề cập đến nh là những chuẩn ghép kênh cho các mạng đờng
trục trong tơng lai. SONET và SDH là các chuẩn thiết kế từ đầu cho các hệ
thống TDM (chiếm đa số vào những năm 1980). Sử dụng TDM, một luồng dữ
liệu ở tốc độ cao hơn đợc tạo ra trực tiếp bằng cách ghép các kênh có tốc độ
bit thấp hơn. Thực tế đã có rất nhiều các hệ thống SDH/SONET đã và vẫn
đang đợc triển khai. Các hệ thống TDM dung lợng cao hoạt động ở tốc độ
OC-192 hoặc 10Gbps. Tuy nhiên ta sẽ gặp khó khăn khi muốn chuyển lên tốc
độ OC-768 hoặc lớn hơn do hạn chế tần số hoạt động của linh kiện điện tử.
Đến năm 1997, công nghệ WDM đợc đánh giá là công nghệ ghép kênh số
một giúp tăng dung lợng hệ thống lên hàng trăm lần, giảm chi phí đầu t.
Công nghệ WDM cho phép ghép nhiều kênh tốc độ bít khác nhau trên cùng
một sợi quang bằng cách đặt các kênh trên các bớc sóng khác nhau. Hiện


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
nay đã có thiết bị ghép kênh WDM có khả năng ghép 80 kênh (bớc sóng).
Với việc chỉ xử lý tín hiệu quang tại các node mạng, đã loại bỏ sự hạn chế của
thiết bị điện tử, và đa ra một mạng mới tên là mạng toàn quang (AON).
Mạng toàn quang định tuyến bớc sóng đợc coi là ứng cử viên cho mạng
backbone diện rộng thế hệ tiếp theo. Mạng AON đợc xây dựng từ các thiết bị
ghép kênh WDM (kèm theo khả năng xen/tách) và các thiết bị đấu chéo OXC
(cross-connect). Hệ thống DWDM có khả năng ghép 32 bớc sóng hoặc nhiều
hơn trong dải 1550nm, tăng dung lợng trên sợi quang đang có và trong suốt
với tốc độ bít.
Mạng AON làm việc với các bớc sóng khác nhau ở lớp vật lý, ghép
kênh WDM và định tuyến theo bớc sóng. Nó gồm các node định tuyến bớc
sóng quang đợc nối với nhau bằng các kết nối sợi quang. Một lightpath phải

đợc thiết lập giữa hai node định tuyến bất kì trớc khi chúng trao đổi thông
tin. Mạng sẽ phải xác định tuyến (route/path) nối node này và gán một bớc
sóng rỗi cho các kết nối dọc theo đờng đi. Lightpath chính là một kết nối
quang trực tiếp giữa hai node không qua bất kì một thiết bị điện tử trung gian
nào. Để thiết lập một lightpath, thông thờng yêu cầu mạng phải phân bổ một
bớc sóng chung trên tất cả các kết nối dọc theo đờng đi của lightpath. Đó
chính là yêu cầu về tính liên tục bớc sóng, điều khiến cho mạng định tuyến
bớc sóng khác với các mạng điện thoại chuyển mạch truyền thống. Một yêu
cầu sẽ bị từ chối nếu không có bớc sóng chung còn rỗi trên toàn tuyến. Một
trong những mục tiêu cơ bản của bài toán thiết kế mạng AON định tuyến bớc
sóng là phải giảm tối thiểu xác suất nghẽn toàn mạng.
Để tận dụng tài nguyên bớc sóng và giảm xác nghẽn, tại các node
mạng ngời ta phải đặt các bộ chuyển đổi bớc sóng (WC). Khi đó mỗi kết
nối từ node nguồn đến node đích, thông tin đợc truyền đi trên cùng một hoặc
các bớc sóng khác nhau. Xong câu hỏi đặt ra là có cần phải đặt các bộ
chuyển đổi bớc sóng ở tất cả các node? Nếu không thì những node mạng nào
nên đặt và cần bao nhiêu bộ chuyển đổi đặt tại node đó?
LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-2-


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
Trớc khi đi ta trả lời hai câu hỏi trên, ta cần phải biết là giá thành của
các bộ chuyển đổi hiện nay rất đắt mặc dù đã có những đột phá về công nghệ.
Mạng có tất cả các node đợc trang bị bộ chuyển đổi bớc sóng sẽ đạt đợc
chất lợng tốt nhất (xác suất nghẽn nhỏ nhất), nhng kéo theo đòi hỏi chi phí
đầu t lại rất lớn. Đối với nhà khai thác mạng khi đầu t, yếu tố chi phí đầu t
ban đầu (CAPEX) luôn đợc quan tâm đâu tiên vì nó ảnh hởng đến giá thành

dịch vụ và hiệu quả đầu t kinh doanh sau này. Mặt khác lý thuyết và thực tế
đã chứng minh, có những node mạng không cần phải có bộ chuyển đổi bớc
sóng vì không có lu lợng đi qua nó cần chuyển đổi. Chính vì lý do đó đã
thúc đẩy các nhà thiết kế, quy hoạch mạng tìm ra một thuật giải phân bổ các
bộ chuyển đổi bớc sóng sao cho số lợng bộ chuyển đổi bớc sóng sử dụng
là tối thiểu, nhng lại đạt chất lợng gần với mạng đợc trang bị đầy đủ. Đó
chính là yêu cầu của bài toán phân bổ tối u các bộ chuyển đổi bớc sóng
đợc tác giả nghiên cứu trong luận văn này. Có thể coi đây là bài toán con
trong cả một bài toán lớn về thiết kế và quy hoạch mạng truyền dẫn toàn
quang. Đầu vào của bài toán gồm có : Topo mạng, số lợng bộ chuyển đổi, và
thống kế lu lợng của mạng. Đầu ra của bài toán này sẽ cho biết phải đặt bộ
chuyển đổi ở node mạng nào và số lợng bao nhiêu để mạng có xác suất
nghẽn nhỏ nhất. Dựa vào đó, nhà khai thác sẽ có cơ sở để lên cấu hình thiết bị
cho các node mạng. Do đó bài toán WCP rất quan trọng đối với nhà khai thác
mạng đờng trục khi chuyển dần mạng truyền dẫn quang hiện tại sang mạng
WDM, hoặc xây dựng một mạng truyền dẫn quang WDM mới xếp chồng lên
mạng đang có.
Sau khi nhận thấy tầm quan trọng của các bộ chuyển đổi bớc sóng,
yếu tố giá thành, và đặc biệt là nhận xét về sự d thừa không cần thiết khi
trang bị các bộ chuyển đổi bớc sóng tại node mạng, đã có rất nhiều công
trình nghiên cứu và đa ra các thuật toán phân bổ tối u các bộ chuyển đổi
bớc sóng cho các cấu trúc mạng khác nhau (Mesh, Ring..). Lúc đầu các thuật
toán này đợc nghiên cứu độc lập, sau đó nó đợc nghiên cứu gắn liền với các

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-3-

Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
thuật giải định tuyến và gán bớc sóng RWA. Dựa trên mô phỏng, các công
trình đã có sự so sánh chất lợng giữa các thuật toán cũ và mới đề xuất.
Trong luận văn này, tác giả không đa ra một thuật giải mới. Mà mục
đích chính là để nêu ra một vấn đề mà các nhà thiết kế và quy hoạch mạng
phải quan tâm trớc khi đầu t mua thiết bị, đó là chất lợng mạng không chỉ
phụ thuộc vào thuật toán đính tuyến và gán bớc sóng đợc chọn, mà phân bổ
tối u bộ chuyển đổi bớc sóng là một bài toán góp phần nâng cao hơn nữa
chất lợng mạng. Do đó đầu tiên tác giả nêu bật tầm quan trọng của bộ
chuyển đổi bớc sóng và ý nghĩa của việc chọn thuật toán phân bổ tối u bộ
trong thiết kế và quy hoạch mạng.
Trong luận văn này, tác giả đề cập đến mạng truyền dẫn quang đờng
trục cấu trúc mesh và ring. Mạng mesh sẽ đợc chọn là mạng đờng trục
trong tơng lai vì tính d thừa cần thiết của nó mặc dù sẽ tăng chi phí đầu t
ban đầu. Mạng vòng ring hay đợc triển khai trong thực tế do khả năng dự
phòng của nó rất tốt. Nếu xét về khả năng chuyển đổi bớc sóng, thì đối tợng
nghiên cứu của luận văn là mạng có phân bố bộ chuyển đổi bớc sóng rời rạc
và có khả năng chuyển đổi hạn chế (SPWC- Sparse Partial Wavelength
Converter). Hai u điểm quan trọng của mạng này là giảm chỉ phí đầu t nhờ
việc sử dụng ít bộ chuyển đổi hơn mà vẫn đạt đợc chất lợng mạng nh yêu
cầu, và mang lại thuận lợi cho các nhà khai thác khi nâng cấp dần lên hệ
thống full-complete.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-4-


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON

chơng 1: Tổng quan mạng truyền dẫn
toàn quang
1.1. Các thành phần cơ bản của mạng truyền dẫn quang
1.1.1. Sợi quang
Sợi quang (Optical fiber) đợc chọn làm môi trờng truyền dẫn tín hiệu
trong các mạng tốc độ cao do nó sở hữu nhiều u điểm vợt trội so với các
môi trờng truyền dẫn truyền thống. Có thể liệt kê ra nh : Phổ tần sử dụng
rộng, suy hao thấp, tiêu thụ công suất ít, không bị gây nhiễu bởi điện từ trờng
bên ngoài, sử dụng vật liệu chế tạo ít, nhỏ gọn và giá thành rẻ hơn. Cũng nhờ
đó mà các hệ thống thông tin quang thờng có tỉ lệ BER rất thấp, nhỏ hơn 1011

Tuy nhiên sợi quang vẫn tồn tại các hiện tợng vật lý nh: suy hao, tán
sắc, và các hiệu ứng phi tuyến đã làm nh hng n vic tn dng ti a tài
nguyên ca nó, c bit trong các mạng đờng trục tốc độ cao. Có hai vùng
suy hao thấp quan trọng hay đợc sử dụng:1300nm, bề rộng 200nm, suy hao
nhỏ hơn 0.5dB/Km; và 1550nm, bề rộng 200nm, suy hao thấp khoảng
0.2dB/Km. Băng thông đợc tính xấp xỉ 50THz theo công thức: f

c

2



Hình 1.1: Phổ suy hao của sợi quang

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-5-


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON

Có hai loại sợi quang là sợi quang đơn mode(SMF) và sợi quang đa
mode (MMF). Nhợc điểm chính của sợi quang đa mode là do hiện tợng tán
sắc giữa các mode (Iinter-mode Dispersion), làm giảm giá trị tích BR*D ( BRBit Rate; D Distance) xuống chỉ còn vài chục Mb/s/Km. Sử dụng sợi quang
có chiết suất bậc (Step- Index), và sợi quang chiết suất giảm dần (GradedIndex) có thể nâng lên hàng (Gb/s )-Km, tuy nhiên vẫn không đảm bảo khi
khoảng cách truyền dẫn lớn. Trong khi đó, sợi quang đơn mode loại bỏ tán sắc
giữa các mode bằng cách giảm đờng kính của lõi sợi quang. Tuy nhiên, hiện
tợng tán sắc (Chromatic Dispersion)-do sự tồn tại nhiều thành phần hài trong
phổ tín hiệu quang truyền trong sợi quang gây nên- lại là yếu tố ảnh hởng
sâu sắc đến chất lợng truyền quang.
Một số loại sợi quang đơn mode chuẩn, do ITU-T khuyến nghị hay
đợc dùng trong các mạng truyền dẫn quang gồm có : Non- Dispersion
Shifted Fiber (G.652), Dispersion-Shifted (C.653), 1550-nm Loss minimized
Fiber (G.654) và Nonzero-Dispersion Fiber (G.655)
NDSF (ITU-T G.652 )
Là loại sợi quang đợc sử dụng nhiều nhất. Nó đợc chế tạo tối u cho
vùng 1310nm, có tán sắc bằng 0 tại chính bớc sóng 1310nm, và gần
20ps/nm-Km ở bớc sóng 1550nm.
DSF (ITU-T G.653)
Là loại sợi quang đợc thiết kế tối u cho vùng 1500-1600nm, có hệ số
tán sắc xấp xỉ 3.3ps/nm-Km tài cửa sổ 1550nm và gần bằng 0 tại bớc sóng
1550nm. Loại sợi quang này không phù hợp cho mạng WDM do ảnh hởng
của các hiệu ứng phi tuyến.
1550nm Loss Minimized Fiber (ITU-T G.654)
Đây là loại sợi quang đơn mode chuẩn đặc biệt, có tổn hao rất thấp tại
vùng cửa sổ 1550nm. ITU G.654 đợc thiết kế tối u cho vùng 1500-1600nm.

Bớc sóng cutoff hiệu dụng là một thông số quan trọng trong thiết kế loại sợi
này. Tổn hao thấp là nhờ sử dụng lõi thuỷ tinh tinh khiết. Sản xuât ITU G.654
LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-6-


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
tốt kém, giá thành cao, nên nó ít đợc sử dụng. Loại sợi quang này phù hợp
nhất là cho hệ thống cáp quang biển hoặc mạng cáp quang đờng trục
NZ-DSF (ITU-T G.655)
Là loại sợi quang SMF có hệ số tán sắc lớn hơn một giá trị khác không
ở cả vùng 1500nm. Hiện tợng tán sắc này làm giảm ảnh hởng của các hiệu
ứng phi tuyến nh: FXM, SPM,XPM xuất hiện trong các hệ thống DWDM.
Loại sợi quang này phù hợp nhất, hoạt động tối u nhất là tại vùng 15001600nm.

1.1.2. Bộ phát/thu tín hiệu quang
Bộ phát tín hiệu quang
Bộ phát tín hiệu quang (Optical transmitter) có chức năng chuyển tín
hiệu điện thành tín hiệu quang. ánh sáng phát ra từ các nguồn này đợc bơm
vào sợi quang để truyền đi. Có hai loại linh kiện dùng làm nguồn phát quang
hiện nay là LED (Light Emitting Diode) và LASER ( Light Amplification by
Stimulated Emission Radiation). Các nguồn phát sáng quang cần có các tính
chất vật lý sau :
Phù hợp với kích thớc sợi quang
Bơm đủ công suất vào sợi quang để đảm bảo tín hiệu có thể đợc
phát hiện ở đầu thu với suy hao biết trớc.
Phát ra ánh sáng ở bớc sóng có suy hao và tán xạ thấp. Độ rộng phổ
hẹp để giảm thiểu tán xạ.

Duy trì đặc tính ổn định trong điều kiện môi trờng thay đổi
Cho phép điều chế trực tiếp công suát quang phát ra
Giá thành thấp và độ tin cậy cao
LEDs là nguồn phát lý tởng cho các hệ thống quang đa mode sử dụng
trong mạng LAN hoặc các mạng truy cập. Tuy nhiên LEDs không thể cung
cấp đủ ánh sáng vào sợi quang đơn mode trên một khoảng cách truyền dẫn
lớn.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-7-


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
LASER là nguồn phát ánh sáng đợc sử dụng phổ biến nhất trong các
hệ thống truyền dẫn quang. Hầu hết các hệ thống phát Laser đợc thiết kế để
làm việc với nhng bớc sóng đợc quy định bởi ITU-T. Đối với các hệ thống
WDM, ngời ta thờng dùng loại nguồn Laser có thể điểu chỉnh đợc đến các
bớc sóng khác nhau (Tunable Laser) nhằm tiết kiệm chi phí. Cách khác là
dùng các Laser cố định bớc sóng (Fixed Tune Laser) DFB làm việc rất tốt
với các ứng dụng hiện nay. Với các hệ thống WDM có số bớc sóng lớn gồm
hàng chục đến hàng trăm bớc sóng, cách này trở thành rất tốn kém, gây khó
khăn cho nhà sản xuất và công tác vận hành Một lựa chọn khác là dùng mảng
Laser (Laser Array), bao gồm một tập các Laser, với mỗi Laser đã hoạt động
ở một bớc sóng cố định khác nhau. Nhng mặt hạn chế là số bớc sóng có
sẵn trong một mảng Laser là cố định và hiện tại giới hạn khoảng 20 bớc
sóng.
Thiết bị thu tín hiệu quang
Thiết bị thu tín hiệu quang (Optical Receiver) thực hiện chuyển đổi tín

hiệu quang thành tín hiệu điện bằng cách sử dụng linh kiện Photodetector tạo
ra dòng điện có cờng độ tỷ lệ với công suất quang thu đợc. Dòng điện sau
đó đợc khuếch đại và cho đi qua một thiết bị ngỡng. Một bít phát đi đợc
xác định là ở mức 0 hay 1 phụ thuộc dòng điện này ở trên hay dới một
ngỡng nào đó trong suốt thời gian bit. Nói cách khác sự quyết định đợc thực
hiện dựa vào cờng độ ánh sáng trong suốt khoảng thời gian bit đó.

1.1.3. Bộ lọc và bộ ghép kênh quang
Các bộ lọc quang (Optical Filter) là những thành phần chủ yếu trong hệ
thống truyền dẫn WDM đối với ít nhất hai ứng dụng là ghép và tách các bớc
sóng, các thiết bị này đợc gọi là các bộ ghép kênh (MUX) và các bộ phân
kênh (DEMUX). Ngoài ra bộ lọc còn làm phẳng độ lợi và lọc nhiễu trong các
bộ khuếch đại quang.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-8-


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON

Hình 1.2: Bộ lọc và bộ ghép kênh
Một bộ lọc đơn giản là một thiết bị hai cổng chọn một bớc sóng và
loại bỏ các bớc sóng khác. Nó có thể có một cổng thứ ba thêm vào mà trên
đó thu đợc các bớc sóng bị loại bỏ. Một bộ ghép kênh (MUX) kết hợp các
tín hiệu ở các bớc sóng khác nhau trên các đầu vào đa tín hiệu kết hợp ở
một đầu ra chung. Bộ DEMUX thực hiện chức năng ngợc lại. MUX và
DEMUX đợc dùng trong các thiết bị đầu cuối mạng WDM, các bộ kết nối
chéo bớc sóng (WXC) và các bộ ghép kênh xen/tách bớc sóng (ADM).

MUX và DEMUX có thể đợc nối liên tầng để tạo ra các WXC. Hình
1.3 là một ví dụ về WXC cố định. Thiết bị gửi các tín hiệu từ một đầu vào đến
một ngõ ra dựa trên bớc sóng. WXC động có thể đợc xây dựng bằng cách
kết hợp sử dụng các bộ chuyển mạch quang với các bộ ghép kênh và phân
kênh.

.

Hình 1.3: Bộ kết nối chéo cố định

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

-9-


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
1.1.4. Bộ chuyển mạch quang
Các mạng thông tin quang trớc đây sử dụng chuyển mạch điện tử tại
các node mạng. Tuy nhiên ngày nay tốc độ của chuyển mạch điện tử không
thể đáp ứng với yêu cầu về tốc độ bit, và hiệu suất sử dụng băng thông của sợi
quang. Chuyển mạch điện tử ở các node trung gian trong mạng cũng làm gia
tăng trễ. Những yếu tố này đã thúc đẩy sự phát triển của mạng toàn quang
trong đó các thành phần chuyển mạch điện tử đợc thay thế bằng chuyển
mạch quang với khả năng chuyển mạch các luồng dữ liệu quang băng thông
cao.
Các bộ chuyển mạch quang đợc sử dụng trong các mạng quang cho
nhiều ứng dụng khác nhau. Mỗi ứng dụng yêu cầu thời gian chuyển mạch và
số cổng chuyển mạch khác nhau. Một ứng dụng của các bộ chuyển mạch
quang là cung cấp các lightpaths. Trong ứng dụng này, các chuyển mạch đợc

sử dụng bên trong các bộ WXC nhằm cấu hình lại chúng để cung cấp các
lightpaths mới. Sẽ phải có một phần mềm dùng để quản lý mạng từ đầu cuối
đến đầu cuối. Một ng dụng quan trọng khác là chuyển mạch bảo vệ. ở đây
các chuyển mạch đợc sử dụng để chuyển các luồng lu lợng từ một sợi
chính sang một sợi khác trong trờng hợp sợi chính bị hỏng. Toàn bộ quá
trình chuyển luồng phải đợc hoàn thành trong hàng chục ms, bao gồm thời
gian tìm ra lỗi, thông tin lỗi đến các phần tử mạng để điều khiển việc chuyển
mạch, và thời gian chuyển mạch thật sự. Vì vậy thời gian chuyển mạch yêu
cầu khoảng một vài ms. Có thể có các dạng chuyển mạch bảo vệ khác nhau,
phụ thuộc vào phơng pháp sử đợc sử dụng, số lợng cổng chuyển mạch cần
thiết có thể thay đổi từ hàng trăm đến hàng ngàn cổng khi sử dụng trong các
bộ kết nối chéo bớc sóng.
Các bộ chuyển mạch quang cũng là phần tử quan trọng trong mạng
chuyển mạch gói quang tốc độ cao. Trong các mạng này, các chuyển mạch
đợc sử dụng để chuyển các tín hiệu trên cơ sở các gói. Với ứng dụng này,
thời gian chuyển mạch phải nhở hơn nhiều thời gian của một gói nên cần có
LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 10 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
các bộ chuyển mạch tốc độ cực cao. Ví dụ kích thớc của một cell trong mạng
ATM là 53bytes ở tốc độ 10Gbps dài 42ns, vì vậy thời gian chuyển mạch yêu
cầu khoảng một vài ns.
Các bộ chuyển mạch quang còn đợc sử dụng nh là cá bộ điều chế bên
ngoài để mở và đóng dữ liệu trớc một nguồn Laser. Trong trờng hợp này,
thời gian chuyển mạch phải là một phần nhỏ của độ rộng bit. Do đó một bộ
điều chế bên ngoài cho một tín hiệu 10Gbps (với một khoảng thời gian bit

100ps) phải có thời gian chuyển mạch khoảng 10ps.

1.1.5. Bộ chuyển đổi bớc sóng
Bộ chuyển đổi bớc sóng (Wavelength Converter) là thiết bị có khả
năng chuyển đổi tín hiệu quang từ bớc sóng này ở đâu vào sang một bớc
sóng khác ở ngõ ra. Bộ WC rất hữu ích trong việc làm giảm xác suất nghẽn
mạng. Nếu các bộ WC đợc tích hợp vào các bộ OXC trong mạng toàn quang,
thì các kết nối có thể đợc thiết lập giữa nguồn và đích ngay cả khi bớc sóng
đó không có trên tất cả các tuyến của đờng đi. Chúng sẽ giúp loại bỏ sự bắt
buộc về tính liên tục bớc sóng. Dới đây là một số đặc điểm mà một bộ WC
lý tởng nên có:
Trong suốt đối với tốc độ bit và các định dạng tín hiệu.
Thời gian tạo bớc sóng ở đầu ra nhanh
Chuyển đổi đợc cả những bớc sóng ngắn và dài
Dải bớc sóng rộng đối vớicác tín hiệu vào/a
Có tỷ số SNR cao để đảm bảo khả năng ghép tầng
Có độ nhậy thấp với phân cực của tín hiệu vào
Chi phí thấp và lắp đặt đơn giản
Các bộ chuyển đổi bớc sóng có thể đợc chia thành hai dạng dựa vào
lợng chuyển đổi có thể. Một số bộ chuyển đổi bớc sóng đầy đủ có thể
chuyển một bớc sóng ngõ vào thành bất kỳ bớc sóng nào ở ngõ ra. Một bộ
chuyển đổi bớc sóng giới hạn chỉ có thể chuyển một bớc sóng ngõ vào

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 11 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON

thành một số các bớc sóng nào đó ở ngõ ra. Một mạng mà có các bộ chuyển
đổi bớc sóng đầu đủ ở tất cả các node sẽ có chất lợng tốt hon xét về khía
cạnh tối thiểu hóa xác suất nghẽn. Tuy nhiên, điều này khó thực hiện trong
thực tế do yếu tố chi phí và phụ thuộc các giới hạn kỹ thuật. Vì vậy thờng
một mạng chỉ có một số node đợc trang bị các bộ WC đầy đủ hoặc giới hạn.
Vì vậy vấn đề lựa chọn các node thích hợp để đặc các bộ WC trở nên hết sức
quan trọng.
Các kỹ thuật thiết kế bộ chuyển đổi bớc sóng có thể đợc chia ra hai
dạng chuyển đổi bớc sóng quang-điện và chuyển đổi bớc sóng toàn quang.
Dới đây sẽ trình bày hai kỹ thuật này.
1.1.5.1. Chuyển đổi bớc sóng O-E
Trong phơng pháp này, tín hiệu quang trớc tiên đợc chuyển thành tín hiệu
điện sử dụng một bộ tách sóng. Luồng bit đợc lu trữ trong bộ đệm. Sau đó
tín hiệu điện đợc dùng dể lái ngõ vào của một Tuable Laser để tạo thành một
bớc sóng mong muốn ở ngõ ra. Phơng pháp này không thích hợp cho các
tốc độ bít cao hơn 10Gb/s. Sự tiêu hao nhiều công suất hơn và các thủ túc
phức tạp là một số trở ngại củ phơng pháp này khi so với các phơng pháp
khác. Tuy nhiên quá trình chuyển đổi O-E ảnh hởng một cách bất lợi đến
tính trong suốt.
1.1.5.2. Chuyển đổi bớc sóng toàn quang
Trong phơng pháp này tín hiệu quang ở trong miền quang trong suốt
quá trình chuyển đổi. Ta có thể chia phơng pháp này thành các loại sau:
a) Chuyển đổi bớc sóng sử dụng hiệu ứng kết hợp
Các phơng pháp này dựa vào hiệu ứng trộn 4 bớc sóng. Trộn bớc
sóng phát sinh từ hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang khi có nhiều hơn 2 bớc
sóng cùng truyền trên một sợi quang. Kết quả là sinh ra một bớc sóng khác
mà cờng độ tỉ lệ với cờng dộ các sóng tơng tác. Trộn bớc sóng duy trì
thông tin về pha và biên độ, cung cấp một sự trong suốt nghiêm ngặt. Nó cũng
là phơng pháp duy nhất cho phép đồng thời chuyển một tập nhiều bớc sóng
LUậN VĂN THạC Sỹ

Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 12 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
ở ngõ vào thành một tập các bớc sống ở ngõ ra và có thể cung cấp các tín
hiệu với tốc độ bit vợt qua 100Gb/s. Trong hình 1.4, giá trị n=3 tơng ứng
với FWM và n=2 tơng ứng với DFG. Các kỹ thuật này đợc mô tả dới đây:
Trộn bốn bớc sóng (FWM) : FWM đợc sử dụng trong các sợi
thủy tinh, nó làm cho ba sóng quang với các tần số f a , f b , và f c với a#b,c
tơng tác với nhau trong hệ thống ghép kênh đa bớc sóng tạo ra bớc sóng
thứ t có tần số f abc = fa + fb fc . FWM có thể thực hiện đợc trong các ống
dẫn sóng bán dẫn hoặc trong môi trờng tích cực nh bộ SOA. Kỹ thuật này
cho phép tạo ra sự độc lập dạng điều chế và tốc độ bit. Tuy nhiên hiệu suất
chuyển đổi từ năng lợng bơm vào thành năng lợng tín hiệu không cao lắm.
Phát sinh tần số sai phân (DFG) : DFG là kết quả của sự tơng
tác phi tuyến của một môi trờng với hai sóng quang : một sóng bơm và một
sóng tín hiệu. Kỹ thuật này cung cấp một phạm vi trong suốt hoàn toàn mà
không thêm vào nhiễu, nhng hiệu suất thấp và nhạy với sự phân cực. Khó
khăn chính trong việc thực hiện kỹ thuật này nằm ở chỗ làm khớp pha của các
sóng tơng tác và chế tạo một ống dẫn sóng suy hao thấp để đạt đợc năng
suất chuyển đổi cao.

Hình 1.4: Chuyển đổi bớc sóng
b) Chuyển đổi bớc sóng dùng điều biên chéo (XPM)
Kỹ thuật này sử dụng các thiết bị bán dẫn tích cực nh các bộ khuêchs
đại quang học và laser bán dẫn.
Bộ khuêch đại quang bán dẫn (SOA) ở chế độ XGM và XPM :
Nguyên tắc sử dụng một bộ khuêch dại ở chế độ điều chế chéo độ lợi hay hệ

số khuêch đại (XGM) nh sau : tín hiệu ngõ vào điều chế độ lợi trong SOA.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 13 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
Một tín hiệu sóng liên tục (CW) ở bớc sóng ngõ ra mong muốn ( c ) đợc
điều chế bằng sự thay đổi độ lợi để cho nó mang cùng thông tin với tín hiệu
ngõ vào ban đầu. Tín hiệu CW có thể đợc phóng vào SOA cùng hớng hoặc
ngợc hớng với tín hiệu vào. XGM cho ra một tín hiệu đợc chuyển đổi bớc
sóng đảo ngợc lại so với tín hiệu ngõ vào. Phơng pháp XGM dễ dàng thực
hiện, tuy nhiên nó gặp trở ngại là sự đảo lại của luồng bít đợc chuyển đổi.
Hoạt động của bộ chuyển đổi bớc sóng sử dụng SOA trong mode điều
chế xuyên pha XPM dựa vào sự phụ thuộc của chỉ số khúc xạ của SOA vào
mật đọ sóng mang trong vùng tích cực. Một tín hiệu đi vào sẽ điều chế chỉ số
khúc xạ và kết quả là điều chế pha của tín hiệu CW đợc phép chuyển đổi.
Với XPM, tín hiệu ngõ ra đợc chuyển đổi có thể bị đảo cũng có thể không.
XPM mang lại hiệu quả cao hơn so với XGM.
Laser bán dẫn: Sử dụng laser bán dẫn đơn mode, cờng độ laser
đợc điều chế bởi ánh sáng tín hiệu ngõ vào thông qua sự bão hòa. Tín hiệu
ngõ ra thu đợc bị đảo so với tín hiệu ngõ vào.

1.1.6. Bộ khuêch đại quang
Trong quá trình truyền cờng độ tín hiệu quang bị suy hao do các hiện
tợng vật lý trong sợi quang gây nên. Ngoài ra các thành phần quang khác,
nh các bộ ghép nối, mối hàn cũng gây ra suy hao. Sau một khoảng cách nhất,
suy hao tích lũy làm cho tín hiệu bị yếu dần đến mức dới độ nhạy của bộ thu

quang. Do đó để có thể truyền đợc tín hiệu quang đi xa, ngoài việc tăng công
suất phát ban đầu, ta phải dùng các bộ lặp tái sinh hoặc bộ khuếch đại quang
sau một khoảng cách truyền nhất định. Một bộ lặp tái sinh sẽ phải thực hiện
biến đổi O/E/O, nên nó sẽ làm hạn chế tính trong suốt đối với đặc tính tín hiệu
truyền, đồng thời tăng chi phí bảo trì.
Kỹ thuật khuếch đại quang mang lại nhiều thuận lợi hơn các bộ lặp. Bộ
khuếch đại quang không phụ thuộc vào tốc bit và các định dạng tín hiệu. Một

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 14 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
hệ thống sử dụng khuếch đại quang có thể dễ dàng nâng cấp hơn, ví dụ nh
đến một tốc độ bit cao hơn mà không cần phải thay thế các bộ khuếch đại.
Hơn nữa, các bộ khuếch đại quang có một băng thông khá rộng nên có thể
đợc dùng khuếch đại đồng thời nhiều tín hiệu WDM. Nếu không với mỗi
bớc sóng ta phải có một bộ lặp. Điều này cho thấy các bộ khuếch đại quang
thật sự cần thiết cho các hệ thống ghép kênh theo bớc sóng.
ở đây ta sẽ xem xét hang loại khuếch đại quang cơ bản: EDFA (
Eribium-Doped Fiber Amplifiers) và SOA (Sermiconductor Optical
Amplifiers)
Bộ khuếch đại EDFA
Bộ khuếch đại quang EDFA hoạt động trong dải từ 1530nm đến
1560nm. Cấu tạo EDFA gồm một đoạn silica ma phần lõi đợc cấy vào các
ion E3+ của nguyên tố Eribi. ở đầu cuối sợi quang, một laser phát đi một tín
hiệu (pumped signal) vào sợi quang. Để kết hợp tín hiệu gốc đặt ở đầu vào với
tín hiệu laser, ngời ta dùng một bộ ghép phụ đợc đặt trớc đoạn cáp. Thông

thờng sẽ có một bộ cách ly đợc dùng trớc ngõ vào hoặc ngõ ra của bộ
khuyếch đại để ngăn cản sự phản xạ ngợc trở lại vào trong bộ khuếch đại.

Hình 1.5: Cấu tạo bộ khuêch đại EDFA
Tín hiệu bơm kích thích các nguyên tử Er3+ đến một mức năng lợng
cao hơn. Sự chuyển dịch mức năng lợng của điện tử từ cao xuống thấp sẽ
phát ra một photon, đợc goi là bức xạ tự phát nếu nh không có bất cử một
tác động nào khác chen vào, hoặc bức xạ kích thích do sự có mặt của các
photon chứa năng lợng bằng năng lợng dịch chuyển. Thời gian sống của các
điện tử ở mức năng lợng cao vào khoảng 10-9s đảm bảo cho các ion E3+ đợi

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 15 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
để đợc khuếch đại tín hiệu bằng bức xạ kích thích. Khi tín hiệu đầu vào đợc
bơm vào EDFA, nó kích thích sự phát xạ của ánh sáng từ các ion ở trạng tháI
kích thích, do vậy khuếch đại công suất tín hiệu.
Hầu hết các EDFA đợc bơm bằng laser với bớc sóng 980nm hoặc
1480nm. Bớc sóng 980nm cho hiệu suất độ lợi khoảng10dB/mW, trong khi
bớc sóng 1480nm cho hiệu suất khoảng 5dB/mW. Một hạn chế của khuếch
đại quang là độ lợi phổ không đồng đều. Độ lợi phổ EDFA đợc vẽ trong hình
1.6 dới đây. Ngoài ra, các bộ khuếch đại cũng khuếch đại nhiễu nh tín hiệu,
và vùng tích cực của bộ khuếch đại cũng tự động phát ra các photon và vùng
tích cực của bộ khuếch đại cũng tự động phát ra các photon, làm hạn chế hiệu
suất của bộ khuếch đại.

Hình 1.6: Đờng cong độ lợi khuếch đại theo bớc sóng
Một số phơng pháp làm phẳng độ lợi của EDFA đã đợc nghiện cứu
nh sử dụng bộ lọc quanh tần số 1530nm để nén đỉnh trong vùng này. Tuy
nhiên khi có nhiều bộ khuếch đại EDFA đợc ghép liên tầng, một đỉnh khác
xuất hiện quanh bớc sóng 1560nm, lúc đó một bộ lọc ở tần số 1560nm đực
sử dụng. Một phơng pháp khác là hiệu chỉnh công suất phát đầu vào để cho
công suất trên mọi bớc sóng nhận đợc ở bên thu nh nhau. Cách này đợc
áp dụng trong mạng vòng Ring WDM.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 16 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON

Bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA
Về cơ bản bộ khuếch đại SOA (Semiconductor Optical Amplifier) có
cấu tạo là một ghép nối P-N (xem hình 1.7). Lớp giữa đợc hình thành ở mối
nối hoạt động nh là một vùng tích cực. ánh sáng đợc khuếch đại do sự phát
xạ kích thích khi nó lan truyền qua vùng tích cực này. Đối với một bộ khuếch
đại, hai đầu cuối của vùng tích cực đợc phủ một lớp không phản xạ để loại
bỏ gợn sóng trong độ lợi của bộ khuếch đại.

Hình 1.7: Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại bán dẫn
Hai dạng Laser bán dẫn cơ bản là Fabry-Perot Amplifier và TravellingWave Amplifier (TWA). Sự khác nhau cơ bản giữa hai loại này là tính phản
xạ của hai gơng đầu cuối. Tính phản xạ của Fabry-Perot khoảng 30%, của
TWA khoảng 0.01%. Tính phản xạ cao hơn trong Fabry-Perot gây ra cộng
hởng trong bộ khuếch đại làm cho dải thông hẹp khoảng 5GHz. Vì vậy TWA

thích hợp hơn Fabry Perot dùng cho các mạng WDM.
Ngày nay các bộ khuếch đại bán dẫn có thể đạt đợc độ lợi 25dB với
một độ bão hoà là 10dBm, độ nhạy phân cực là 1dB và phạm vi băng thông
40nm. Một thuận lợi của các bộ khuếch đại bán dẫn là khả năng tích hợp
chúng vào các thành phần khác.
LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 17 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON

1.2. Cấu trúc mạng DWDM
Trong phần này ta sẽ đi tìm hiểu cấu trúc tổng quát của một mạng
WDM. Cấu trúc của mạng đợc mô tả trong hình 1.8 gồm các thiết bị đầu
cuối (OLT), các bộ ghép kênh xen/tách quang (OADM) và các bộ kết nối
chéo quang OXC liên kết với nhau qua các kết nối sợi quang. Hình vẽ không
chỉ ra các bộ khuếch đại quang, đợc triển khai dọc theo tuyến truyền dẫn
nhằm đảm bảo công suất quang tại đầu thu. Ngoài ra, trong các OLT, OADM,
OXC cũng có thể tích hợp các bộ khuếch đại quang bên trong để bù suy hoa. ở
đây, OLT đợc triển khai rộng rãi, OADM đợc triển khai ở phạm vi nhỏ hơn
và OXC chỉ mới bắt đầu đợc triển khai.
Cấu trúc mạng này liên kết các mạng thuộc các loại khác nhau nh
mạng vòng (Ring), mạng mắt lới (mesh). Một số đặc điểm đáng chú ý của
kiến trúc này:
Sử dụng lại bớc sóng: Trên hình 5.1 ta thấy nhiều lightpath
trong mạng có thể sử dụng cùng bớc sóng khi chúng không trung nhau trên
bất cứ tuyến nào. Khả năng sử dụng lại này cho phép mạng hỗ trợ một số lớn
các lightpath sử dụng một số giới hạn các bớc sóng.

Chuyển đổi bớc sóng: Lightpath có thể trải qua nhiều chuyển
đổi bớc sóng dọc theo lộ trình (route) của nó. Chuyển đổi bớc sóng có thể
cải thiện hiệu quả sử dụng các bớc sóng trong mạng. Chuyển đổi bớc sóng
cũng cũng cần thiết ở những phần giáp danh mạng ngoài nhằm đa các tín
hiệu từ các nguồn bên ngoài vào bớc sóng phù hợp để sử dụng bên trong
mạng.
Tính trong suốt: Nghĩa là các lightpath có thể mang dữ liệu với
các tốc độ bit, định dạng khác nhau.
Mang tính chuyển mạch kênh: Các lightpath đợc cung cấp ở
lớp quang có thể đợc thiết lập và kết thúc theo yêu cầu. Điều này giống nh
việc thiết lập và giải phóng các kênh trong mạng chuyển mạch kênh.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 18 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
Khả năng dự phòng: Mạng có thể đợc cấu hình sao cho trong
trờng hợp bị đứt một lightpath nào đó, các ligthpath có thể đợc định tuyến
lại bằng các đờng thay thế một cách tự động.

Hình 1.8: Cấu trúc mạng định tuyến bớc sóng DWDM
1.2.1. Thiết bị đầu cuối OLT
Thiết bị đầu cuối là phần tử mạng tơng đối đơn giản xét về mặt cấu
trúc. Chúng đợc dùng ở đầu cuối của một liên kết điểm-điểm để ghép và
phân kênh các bớc sóng. Hình 1.9 mô tả ba phần tử chức năng bên trong một
OLT gồm: bộ tiếp sóng(transponder), bộ ghép kênh bớc sóng (Wavelength
Multiplexer) và một bộ khuếch đại quang không đợc vẽ ra trên hình. Bộ tiếp

sóng có chức năng biến đổi tín hiệu đi vào từ ngời sử dụng sang một tín hiệu
phù hợp sử dụng trong mạng và tơng tự theo chiều ngợc lại. Giao diện giữa
ngời sử dụng và bộ tiếp sóng có thể thay đổi phụ thuộc vào ngời sử dụng,
tôc độ bit và khoảng cách hoặc suy hao giữa ngời dùng và bộ chuyển tiếp.
Giao diện phổ biến nhất là SONET/SDH.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 19 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON

Hình 1.9: Cấu trúc một thiết bị đầu cuối OLT
Tín hiệu có thể cần đợc chuyển sang một bớc sóng thích hợp trong
mạng quang. Các bớc sóng tạo ra bởi bộ tiếp sóng tuân theo các tiêu chuẩn
của ITU trong cửa sổ 1.55micromet, trong khi tín hiệu đến có thể là tín hiệu
1,3micromet. Bộ tiếp sóng có thể thêm vào phần vào đầu (overhead) nhằm
mục đích quản lý mạng. Nó cũng có thể thêm thông tin sửa lỗi FEC, đặc biệt
cho các tín hiệu 10Gbps và các tốc độ cao hơn. Trong một số trờng hợp, việc
làm thích nghi chỉ cho hớng đi vào và bớc sóng ITU ở hớng ngợc lại đợc
gửi trực tiếp đến thiết bị ngời sử dụng. Trong một số trờng hợp khác, ta có
thể tránh sử dụng bộ tiếp sóng bằng cách thực hiện chức năng thích nghi bên
trong thiết bị ngời sử dụng nh phân tử mạng SONET có chỉ ra trong hình
1.9.
Tín hiệu ra khỏi bộ tiếp sóng đợc ghép kênh với các tín hiệu khác ở
các bớc sóng khác nhau sử dụng bộ ghép kênh theo bớc sóng phát ra trên
một sợi quang. Thêm vào đó, có thể phải sử dụng bộ khuếch đại quang để đẩy
công suất tín hiệu lên trớc khi chúng đợc gửi đến bộ phân kênh, rồi truyền

tới bộ tiếp sóng hoặc trực tiếp đến thiết bị ngời sử dụng.
OLT cũng là đầu cuối của một kênh giám sát quang OSC. OSC đợc
mang trên một bớc sóng riêng, tách biệt với các bớc sóng mang lu lợng.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 20 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
Nó dùng để giám sát việc thực hiện của các bộ khuếch đại dọc theo tuyến, và
một số chức năng quản lý khác.
1.2.2. Bộ ghép/xem OADM
OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) là thiết bị đợc sử dụng trong
các hệ thống WDM để ghép và định tuyến các kênh quang vào đi vào/ra một
sợi quang đơn mode (SMF). Đây là loại node quang thờng hay đợc dùng để
xây dựng mạng quang cấu trúc mạch vòng. Ơ đây Add và Drop chỉ ra khả
năng đa thêm một hay nhiều kênh bớc sóng mới vào tín hiệu WDM đa bớc
sóng đang có và /hoặc tách (rớt) một hay nhiều kênh bớc sóng, rồi định
tuyến sang một tuyến khác của mạng (xem hình 1.10). Một thiết bị OADM có
thể coi nh làm một loại chuyển mạch quang (Optical Cross-connect) đặc biệt.

Hình 1.10: Cấu tạo của một bộ OADM sử dụng FBG và hai bộ Circulator
Cấu trúc điển hình của một OADM gồm 3 khối: Khối tách kênh quang
(Optical Demux), khối ghép kênh quang (Optical Mux), ở giữa là khối chuyển
mạch quang (optical switch). Tất cả các lightpath đi trực tiếp qua OADM gọi
là cut-through ligthpath., trong khi nhũng lightpath đợc xen/rớt tại node
OADM gọi là added/dropped lightpath. Một OADM có các chuyển mạch
quang có thể cấu hình lại từ xa đợc gọi là ROADM (Reconfigurabel

OADM). Về mặt vật lý, có một số cách để thực hiện OADM. Có rất nhiều
công nghệ tách/ghép kênh nh: dùng bộ lọc, FBG (Fiber Bragg Gratings) với
các bộ Circulator quang, Cũng có rất nhiều các công nghệ chuyển mạch

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 21 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
hay cấu hình lại: Fiber Patch Panel, công nghệ MEMS, các chuyển mạch
quang nhiệt và tinh thể lỏng trong các mạch dẫn sóng phẳng. Mặc dù đều có
chức năng xen/rớt, nhng OADM lại khác với các bộ ADM (Add-Drop
Multiplexer) về dạng tín hiệu làm việc. OADM xen/rớt các kênh quang trong
mạng WDM, trong khi ADM xen/rớt các luồng TDM tín hiệu điện trong
mạng SONET/SDH.
Bộ xen/tách quang cung cấp một phơng tiện điều khiển lu lợng hiệu
quả trong mạng. OADM có thể dùng tại những vị trí khuếch đại trong các
mạng đờng trục, nhng cũng có thể sử dụng nh những phần tử mạng độc
lập. Để hiểu đợc các lợi ích của bộ xen/tách quang, ta xét một mạng giữa ba
node A,B, và C với các bộ định tuyến IP đặt ở mỗi node nh trong hình 1.11.
Dựa vào cấu trúc mạng, lu lợng giữa A và C đi xuyên qua node B. Để đơn
giản ta giả thuyết các tuyến kết nối hoàn toán song công giống nh hầu hết
các mạng quang hiện nay.

Hình 1.11: Vai trò của OADM trong mạng 3 node
Giả sử yêu cần lu lợng nh sau: một bớc sóng giữa A và B, một
bớc sóng giữa B và C, và ba bớc sóng giữa A và C. Bây giờ ta xây dựng hệ
thống WDM điểm nối điểm để đáp ứng nhu cầu lu lợng này. Trong giải

pháp đa ra trong hình 1.11a, mỗi liên kết điểm điểm sử dụng một OLT ở cuối
tuyến. OLT gồm các bộ Mux/demux, các bộ tiếp sóng. Chí phí bộ tiếp sóng là
LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 22 -


Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
một phần quan trọng trong chi phí chung của mạng. Node B có hai OLT, mỗi
OLT kết thúc bốn bớc sóng và vì vậy yêu cầu bốn bộ tiếp sóng. Tuy nhiên,
chỉ có một trong bốn bớc sóng này là dành cho node B, các bớc sóng còn lại
đợc sử dụng để cung cấp lu lợng giữa A và C. Vì thế sau trong tám bộ tiếp
sóng ở node B dùng để điều khiển lu lợng. Đây là việc làm tốn kém.
Xét giải pháp dùng OADM trong hình 1.11b. Thay vì thực hiện các hệ
thống WDM điểm nối điểm, ta triển khai một mạng định tuyến bớc sóng.
Mạng sử dụng một OLT ở node A và C và một OADM ở node B. OADM tách
một trong bốn bớc sóng, sau đó kết thúc trong các transponder. Ba bớc sóng
còn lại đi xuyên qua trong miền quang sử dụng các kỹ thuật lọc tơng đối đơn
giản, mà khôngphảI kết thúc trong các transponder. Kết quả là chỉ có hai
transponder cần thiết ở node B thay vì tám transponder nh ở giải pháp 1.11a.
Điều này cho thấy OADM sẽ giảm bớt chi phí đáng kể.

Hình 1.12: Các loại ROADM trong mạng toàn quang có thể cấu hình lại
(Nguồn:

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 23 -

Nghiên cứu phân bổ tối u bộ chuyển đổi bớc sóng trong mạng AON
Tuy nhiên các OADM hiện tại khá cứng nhắc do nó không có khả năng
thay đổi lựa chọn các kênh đợc tách và đi xuyên qua băng phần mềm điều
khiển khi đang hoạt động. Với ROADM (Reconfigurable OADM) sử dụng
các bộ lọc và laser hiệu chỉnh đáp ứng đợc yêu cầu về tính mềm dẻo của cấu
hình hệ thống. Các mạng toàn quang cấu hình lại đợc có bộ khung chính là
các node ROADM (xem hình 1.12 ở trên). Hiện nay có 4 loại ROADM chính
gồm ROADM loại I/II, WSS (Wavelength Selective Switches), và OXC
(Optical Cross-Connects). Bảng 1.1 tổng hợp các đặc điểm quan trọng của các
loại ROADM này
Loại ROADM

Số lợng
kênh Add/Drop

ROADM loại I
(Fixed Ports)

N

Nhiều bớc
sóng trên
một cổng
Không

ROADM loại II
(Any to any port)

M

Không

WSS
(Any multiple s to any port
OXC
(Any multiple s from any
port to any port)

M-1
(1xM WSS)
N/A
(Mesh connectivity
only)

Có
Có

Các công nghệ
thành phần
Wavelength Blocker (LCD or MEMS) +
Fixed Filters (TFF)
Demux + Small Switch Array + Mux (PLC)

Wavelength Blocker( LCD or
MEMS)+Tunalbe Filters/Lasers
Demux+Small Switch
Array+Mux+MxN Switches (PLC)
1xN Wavelength Selective Switch

(LCD or LCoS or MEMS)
NxN Matrix Switch (PLC)
NxN Wavelength Selective Switch
(LCD or LCoS or MEMS)

Bảng 1.1: So sánh các loại ROADM
1.2.3. Bộ kết nối chéo quang OXC
OADM là phân tử mạng hữu ích để điều khiển các cấu trúc mạng đơn
giản nh cấu trúc tuyến tính trong hình 5.4 hoặc cấu trúc vòng Ring với số
bớc sóng ít. Với mạng có cấu trúc mắt lới phức tạp hơn và số bớc sóng sử
dụng nhiều hơn, ngời ta phải sử dụng một phần tử khác là bộ kết nối chéo
OXC. OXC là thiết bị dùng để chuyển mạch các tín hiệu quang tốc độ cao
trong mạng sợi quang. Có thể coi OADM là một trờng hợp đặc biệt của
OXC.

LUậN VĂN THạC Sỹ
Chuyên ngành: Điện tử-Viễn thông

- 24 -