CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ

Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ
Các mạng nội thị nằm giữa các mạng truy nhập và mạng đường trục như được vẽ trên
hình 1.3 chương I. MAN có một số đặc tính riêng cần phải xem xét khi thiết kế các giao
thức và kiến trúc mạng nội thị:
- Vùng phủ địa lí của MAN là có giới hạn. Thông thường, các MAN có đường kính từ
50 km tới 200 km, cung cấp đa dịch vụ tập trung ở khu vực đô thị.
- Số lượng node trong một MAN phổ biến trong khoảng từ 10 tới 200 node.
- So với các mạng đường trục, các MAN có hiệu quả chi phí hơn vì số lượng khách
hàng ít hơn nhiều và lưu lượng trong MAN có tính bùng nổ hơn.
- Trong khi tính chất lưu lượng trong các LAN và WAN đã được nghiên cứu, các kiểu
lưu lượng trong MAN đang được nghiên cứu ở mức lý thuyết.
- Trong khi các mạng lưới là khá phổ biến trong mạng đường trục, các mạng nội thị
thường có mô hình sao, ring hoặc bus.
Đồ án này sẽ tổng quan các mạng WDM nội thị khác nhau đã được giới thiệu một
cách lí thuyết cho đến thời điểm hiện tại. Thông thường, các mạng WDM nội thị có cấu
hình sao hoặc ring.
2.1 Các mạng WDM nội thị ring
Hầu hết các mạng WDM nội thị ring được mô tả dưới đây hoạt động ở tốc độ đường
là 2.5Gb/s. Vì các lí do thực tế nên hầu hết chúng được triển khai dạng các bộ thu cố định
hơn là các bộ thu chuyển đổi được.
2.1.1 Mạng Komnet
Mạng ba trường WDM nội thị Komnet bao gồm ba bộ kết hợp kênh xen/rẽ quang
(OADM) được kết nối với nhau thông qua một mô hình ring hai hướng. Cấu trúc của một
OADM được chỉ ra trên hình 3.1. Trên mỗi một sợi các bước sóng khác nhau có thể được
lọc bằng cách dùng các lưới Bragg chuyển đổi được. Bằng cách sử dụng các bộ kết hợp
bước sóng mật độ cao, các bước sóng các thể được xen vào mỗi sợi quang. Mỗi FBG có
một tổn thất chèn tương đối nhỏ khoảng 0,1 dB. Các FBG có thể chuyển đổi cơ với dải ms.
Do đó, Komnet rất thích hợp cho chuyển mạch kênh (Lambda), nhưng lại không hiệu quả
cho chuyển mạch gói do thời gian chuyển đổi tương đối lớn đối với mỗi FBG.
OADM

OADM
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
OADM
DEMUX
DEMUX
Receivers
Transmitters
Receivers
Combiners
Circulator
Tunable FBGs
. . . .
. . . .
Hình 3.1. Mạng WDM nội thị KomNet
2.1.2 RINGO
Mạng nội thị RINGO chuyển mạch gói là một mạng ring sợi đơn hướng. Nó bao gồm
N node trong đó N bằng với số bước sóng. Mỗi node được trang bị một dãy các bộ phát cố
định và một bộ thu cố định hoạt động ở bước sóng cho trước tương ứng với node đó. Node
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
j tách bước sóng λ
j
từ vòng ring. Do vậy, để truyền thông với node j, một node cho trước
phải truyền dữ liệu bằng cách sử dụng laser hoạt động ở bước sóng λ
j
, như được mô tả trên
hình 3.2. Tất cả các bước sóng được chèn với chiều dài khe bằng với thời gian truyền của
bói dữ liệu có kích thước cố định cộng với thời gian bảo vệ. Mỗi node kiểm tra trang thái
của chiếm bước sóng (λ–giám sát) dựa trên khe thời gian để tránh xung đột nhờ tạo ra đa
kênh theo xu hướng khe rỗng (Trong xu hướng khe rỗng, một bit tại đầu mỗi khe thời gian
chỉ ra trạng thái của khe thời gian tương ứng nghĩa là nó có rỗi hay không). Cơ chế truy

nhập này dành sự ưu tiên cho truyền bằng cách cho phép một node giám sát sử dụng chỉ các
khe thời gian rỗi.

Hình 3.2 Mạng nộ thị WDM RINGO
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
Hình 3.3 Cấu trúc node RINGO
Hình 3.3 thể hiện cấu trúc node một cách chi tiết hơn. Tại mỗi node tất cả các bước
sóng đều được giải ghép kênh. Bước sóng cần tách được định tuyến tới một bộ thu trong
khi trạng thái của các bước sóng khác được giám sát bởi khoảng trống 90/10 và một dãy
các photodiode. Tiếp đó, các bước sóng được ghép kênh trong sợi ra. Với một bộ kết hợp
50/50 và một bộ điều chế ngoài, node tương ứng có thể gửi gói tin dữ liệu bằng cách kích
hoạt một hoặc nhiều các bộ phát cố định.
2.1.3 HORNET
HORNET là một mạng ring WDM đơn hướng. Tất cả các bước sóng được chèn vào
khe với chiều dài khe bằng với thời gian truyền của một gói kích thước cố định (cộng với
thời gian bảo vệ). Mỗi bước sóng được chia sẻ bởi một vài node để tiếp nhận dữ liệu. Tất
cả các node được trang bị một bộ phát chuyển đổi nhanh và một bộ thu mode cố định. Cấu
trúc node bao gồm một bộ quản lí khe thời gian, mọt bộ tách thông minh và một khối chèn
thông minh như hình 3.4
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
Hình 3.4 Cấu trúc node HORNET
Truy cập tới tất cả các bước sóng được điều khiển nhờ giao thức MAC truy cập cảm
nhận sóng mang tránh xung đột (CSMA/CA). Khi một node truyền một gói tin nó ghép
sóng âm thứ cấp vào gói tin tại một tần số thứ cấp tương ứng với bước sóng mà gói tin
chuẩn bị truyền. Do vậy, tất cả các gói tin trên vòng mang cùng với nó một sóng âm ghép
kênh thứ cấp biểu thị bước sóng mà chúng chiếm. Để cảm nhận, bộ quản lí khe thời gian
chỉ cần tách một lượng nhỏ công suất quang và xác định nó bằng một photodiode. Như
được mô tả trên hình 3.5, dữ liệu trên tất cả các bước sóng xung đột tại băng gốc trong khi
bỏ lại các tần số sóng mang thứ cấp (được điều chế ASK hoặc FSK) không bị ảnh hưởng.
Sự vắng mặt của âm thứ cấp chỉ ra sự vắng mặt của bước sóng tương ứng. Điều này cho

phép node đó xác định liệu bước sóng đó là rỗi hay bận. Nếu như bước sóng đó của node
đích tương ứng là rỗi, node cảm nhận sẽ truyền gói tin bằng cách sử dụng khối chèn thông
minh của nó.
Mỗi khối sử dụng khỗi tách thông minh của nó (xem hình 3.4) để thu trên bước sóng
gắn sẵn cố định của nó. Tần số sóng mang thứ cấp tương ứng được điều chế FSK và mạng
địa chỉ đích của gói tin tương ứng. Nếu địa chỉ đích gói tin không phù hợp với địa chỉ node,
node đó sẽ chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng khối chèn thông minh. Giao thức MAC
CSMA/CA có thể mở rộng để hỗ trợ các gói tin IP có kích thước thay đổi. Bằng cách bổ
sung một ring sợi theo hướng ngược lại, HORNET có thể chống lại lỗi sợi/node.
Hình 3.5: Cấu trúc của quản lý khe thời gian
2.1.4 IEEE 802.17 RPR
Hiện nay IEEE 802.17 và IETF WG IPoRPR đang làm việc để có một chuẩn mới cho
các mạng ring nội thị.
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
2.2 Các mạng WDM nội thị hình sao
Các mạng WDM nội thị hình sao có thể dựa trên PSC hoặc AWG. Trong các mạng
hình sao dưới đây, truyền thông giữa hai cặp node bất kì - có thể chuyển mạch kênh hoặc
chuyển mạch gói - xảy ra đơn chặng nghĩa là dữ liệu được truyền không phải xử lí và
chuyển tiếp qua các node trung gian.
2.2.1 RAINBOW
RAINBOW là một mạng WDM nội thị do IBM khởi xướng dựa trên một PSC. Như
được mô tả trên hình 3.6 mạng này gồm 32 node. Mỗi node được trang bị với một bộ phát
cố định với một bước sóng dành riêng và một bộ thu điều chỉnh được. Tất cả các bộ thu sử
dụng một bộ lọc Fabry-Perot điều chỉnh được với tốc độ điều chỉnh là 1ms. RAINBOW
hướng tới xu hướng chuyển mạch kênh song công. Các mạch giữa các node được thiết lập
và loại bỏ bằng cách dùng giao thức tìm kiếm vòng. Để thiết lập một kết nối, một node liên
tục quảng bá một bản tin yêu cầu kết nối trên một bước sóng được gán trước cho nó. Đích
mong muốn, nếu rỗi, dò tìm bộ lọc điều chỉnh được của nó đối với tất cả các bước sóng để
tìm kiếm một bản tin như vậy và khoá đối với một bước sóng nếu nó gặp một bước sóng
như vậy. Sau đó nó gửi trở lại một bản tin chấp nhận kết nối mà phía khởi tạo tìm kiềm

trong khi nó kiểm tra tất cả các bước sóng. Trong RAINBOW 1, mỗi node có khả năng gửi
dữ liệu ở tốc độ 300Mb/s. Trong RAINBOW 2, ngược lại, tốc độ tại mỗi node là 1Gb/s.
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
Hình 3.6 Mạng nội thị sao RAINBOW của IBM
2.2.2 Telstra
Mạng Telstra sử dụng một AWG trung tâm (mà không đi kèm với bất cứ bộ kết hợp
và bộ chia nào) như là một bộ định tuyến bước sóng thụ động cho các mạng WDM liên kết
với nhau trong một mô hình sao như được thể hiện trong hình 3.7.
Hình 3.7 Mạng nội thị kết nối nhiều vòng dựa trên Telstra’s AWG
Mỗi node dùng các bộ thu phát cố định. Bằng cách kích hoạt các bộ thu phát khác
nhau, mỗi node có khả năng gửi dữ liệu tới các mạng ring khác thông qua AWG định tuyến
theo bước sóng. Điều quan trọng trong kiến trúc này là thực ra hai ring bất kì kết nối trực
tiếp với nhau thông qua một AWG trung tâm.
2.2.3 NTT
NTT là một mạng WDM nội thị hình sao dựa trên một AWG kết nối 32 node lại với
nhau. Như trong hình 3.8, mỗi node có 32 bộ thu phát cố định. Mỗi bộ thu phát hoạt động ở
một bước sóng khác nhau sao cho mỗi cặp node bất kì có thể truyền thông qua đơn chặng
duy nhất với tốc độ 10Gb/s. Với đường kính mạng 20km thì không cần một bộ khuyếch đại
quang nào. Mạng có thể mở rộng tới 96 node cho phép dung lượng mạng lên tới
96x96x10Gb/s = 92Tb/s.
Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị
Hình 3.8 Mạng WDM nội thị hình sao dựa trên NTT’s AWG
Một mạng biến đổi trong đó mỗi node được trang bị chỉ hai bộ phát cố định (và n bộ
thu, trong đó n là số lượng node) được trình bày trong [OSS
+
01]. Mỗi node truyền các gói
dữ liệu ở cùng bước sóng 1,55µm và các tiêu đề gói tin tương ứng ở bước sóng 1,33µm. Để
cho phép truyền thông đơn chặng giữa bất cứ cặp node nào, các bước sóng phải được
chuyển đổi tại một AWG trung tâm. Hình 3.9 mô tả một tiêu đề và gói tin đến từ một node
cho trước tới một AWG trung tâm. Một coupler WDM định tuyến gói tin phải truyền để đến

được node đích tương ứng. Gói tin dữ liệu được khuyếch đại và chuyển tiếp tới bộ chuyển
đổi bước sóng. Bộ này bao gồm nhiều nguồn quang mỗi cái hoạt động ở bước sóng khác
nhau. Nhờ sử dụng các cổng khuyếch đại quang (SOA) và điều chế thu thập chéo (XGM),
gói tin tới sẽ được chuyển đổi thành bước sóng đích. Sau khi vượt qua bộ kết hợp kênh
AWG sẽ định tuyến gói tin theo bước sóng tới node đích tương ứng.