4
LIB Label Information Base: Cơ sở thơng tin nhãn
LSP Label-Switched Path: Đường chuyển mạch nhãn
LSR Label Switched IP Router: bộ định tuyến IP chuyển mạch nhãn
MPLS Multi-Protocol Label Switching: Chuyển mạch nhãn đa giao thức
OADM Optical Add/Drop Multiplexer: Bé xen/rÏ b−íc sãng quang
OBS Optical Burst Switching: Chuyển mạch chùm quang
OC Optical Channel: Kªnh quang
ODBR On-Demand burst rescheduling: Tái lập lịch chùm quang theo u cầu
ODM Optical Demultiplexer: Bé t¸ch b−íc sãng quang
OPS Optical Packet Switching: Chuyển mạch gói quang
OSN Optical Swiching Node: Nút chuyển mạch quang
OXC Optical Cross-connect: Bé ®Êu nèi chÐo quang
SCU Switching Control Unit: Đơn vị điều khiển chuyển mạch
SDH Synchronous Digital Hierarchy: Ph©n cÊp sè ®ång bé
SMF Single Mode Fiber: Sợi quang đơn mốt
SNR Signal to Noise Ratio: TØ sè tÝn hiƯu trªn t¹p ©m
SOA Semiconductor Optical Amplifier: Khuếch đại quang bán dẫn
SONET Synchronous Optical NETwork: M¹ng quang ®ång bé
TAW Tell And Wait: Báo và chờ
TDM Time Division Multiplexing: GhÐp kªnh theo thêi gian
WDM Wavelengh Division Multiplexer: GhÐp kªnh ph©n chia theo b−íc sang
WIXC Wavelength Interchanging Cross Connect: Chuyển mạch trao đổi bước
sóng
WSXC Wavelength Selective Cross Connect: Chuyển mạch lựa chọn bước sóng
5
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1. Vùng bước sóng [11]
Hình 1.2 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM [1]
Hình 1.3 Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng và đơn hướng [1]
Hình 1.4 Bộ xen/rẽ kênh quang (OADM) [10]
Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống OXC 3×3 với hai bước sóng trên mỗi sợi quang [32]
Hình 1.6 Một số dạng OXC [32]
Hình 2.1 Chuyển mạch gói quang[23]
Hình 2.2 Mơ hình chuyển mạch chùm quang (OBS)[23]
Hình 2.3 OPS và OBS [12]
Hình 2.4 Giao thức JET [27]
Hình 3.1 Mơ hình mạng quang [36]
Hình 3.2 Mối quan hệ giữa các bộ định tuyến IP và OXC trong mặt phẳng
điều
khiển[36]
Hình 3.3 Mơ hình dịch vụ [36]
Hình 3.4 Các mơ hình vận chuyển IP trên WDM [36]
Hình 3.5: Tương tác giữa lớp quang và các lớp trên [36]
Hình 3.6 Tương tác giữa mạng MPLS và MPLambdaS[36]
Hình 3.7 Mơ hình mạng IP/MPLS/MPLambdaS định tuyến theo bước sóng[23]
Hình 3.8 Truyền dẫn trục chính IP/ OBS WDM dùng MPLS[35]
Hình 3.9 Mơ hình chức năng tại OXC hỗ trợ OBS và MPLS[35]
Hình 3.10 Giao diện MAC giữa IP và các lớp OBS WDM[35]
Hình 4.1 Thời gian trễ cho dịch vụ được bảo đảm [2]
Hình 4.2 Kiến trúc nút lõi (core node) trong mạng OBS [24]
Hình 4.3 Mối quan h
ệ giữa thời gian đến của BHP
i
và DB
i
[24]
Hình 4.4 Minh họa của thuật tốn LAUC [2]
Hình 4.5 Mơ tả thuật tốn LAUC-VF [2]
6
Hình 4.6 Ví dụ về phương pháp tái lập lịch [21]
Hình 4.7 Ví dụ về tái lập lịch đa mức [21]
Hình 4.8 Ví dụ về lập lịch đa mức [21]
Hình 4.9 Khơng lập lịch theo phương pháp LAUC, LACU-VF và ODBR [21]
Hình 4.10 Ví dụ về thuật tốn ABR [21]
Hình 4.11 Cấu trúc nút chuyển mạch quang [25]
Hình 4.12 Cấu trúc bộ đệm FDL[25]
Hình 4.13 Phân tách lớp trong đặt trước tài ngun[25]
Hình 4.14 Sự khác biệt giữa FDL và hàng đợi [25]
Hình 5.1 Kiến trúc OWns và các tầng
Hình 5.2 Các thành phần của OWns
Hình 5.3 Ví d
ụ mơ phỏng mạng với 25 nút
Hình 5.4 Mối quan hệ giữa xác suất bị chặn và hệ số chuyển đổi bước sóng
Hình 5.5 Mối quan hệ giữa hệ số chuyển đổi bước sóng và trễ trung bình gói tin
Hình 5.6 Mối quan hệ giữa số hop trung bình và hệ số chuyển đổi bước sóng
Hình 5.7 Mối quan hệ giữa độ hiệu dụng của liên kết với hê số chuyển đổi bước sóng
Hình 5.8 Mối quan h
ệ giữa xác suất bị chặn và tải lưu lượng
Hình 5.9 Mối quan hệ giữa tải lưu lượng và trễ trung bình gói tin
Hình 5.10 Mối quan hệ giữa lưu lượng tải và số hop trung bình
Hình 5.11 Mối tương quan giữa tải lưu lượng và độ hiệu dụng liên kết
Bảng 5.1 Xác suất bị chặn
Bảng 5.2 Trễ trung bình gói tin
Bảng 5.3 Số hop trung bình
Bảng 5.4 Mối quan hệ giữa độ hiệu dụng của liên kết với hê số chuyển đổi bước sóng
Bảng 5.5 Xác suất bị chặn và tải lưu lượng
Bảng 5.6 Trễ trung bình gói tin và tải lưu lượng biến đổi
Bảng 5.8 Mối tương quan giữa tải lưu lượng và độ hiệu dụng liên kết
7
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GHÉP KÊNH THEO
BƯỚC SĨNG (WDM)
1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TRUYỀN DẪN SỢI QUANG
Truyền dẫn sợi quang bắt đầu được áp dụng từ thế kỷ 19 và cơ bản đã đáp ứng
được nhu cầu truyền dẫn các dịch vụ hiện tại. Các hệ thống truyền dẫn sợi quang với
các ưu điểm về dung lượng truyền tải, băng thơng, cự ly truyền dẫn lớn, tỷ lệ l
ỗi thấp,
tránh được giao thoa điện trường, khả năng bảo mật đã ngày càng được nghiên cứu
phát triển và ứng dụng rộng rãi.
Trong truyền dẫn quang, người ta có xu hướng sử dụng những vùng phổ quang
nhất định, ở đó suy hao quang được tính tốn là thấp nhất. Những vùng này, thường
được gọi là cửa sổ, nằm giữa các khu vực có độ hấp thụ ánh sáng cao. Ban đầu, hệ
thống thơng tin quang hoạt
động ở cửa sổ thứ nhất, khu vực bước sóng xấp xỉ 850nm
trước khi người ta nhận ra rằng ở cửa số thứ 2 (băng S), khu vực bước sóng 1310nm,
có hệ số suy hao thấp hơn và thấp hơn nữa ở khu vực cửa sổ thứ 3 bước sóng 1550nm
(băng C). Ngày nay, cửa sổ thứ tư (băng L) bước sóng 1625nm vẫn đang được nghiên
cứu để ứng dụng. Bố
n cửa sổ đã trình bày được minh hoạ như trên hình 1.1.
Hình 1.1. Vùng bước sóng [11]
8
Cơng nghệ WDM được áp dụng đầu tiên vào đầu những năm 80’s sử dụng 2
bước sóng cách nhau khá xa trong vùng 1310nm và 1550nm (hoặc 850nm hoặc
1310nm) và được gọi là WDM băng rộng. Vào đầu những năm 90’s, bắt đầu xuất hiện
cơng nghệ WDM thế hệ thứ 2, còn gọi là WDM băng hẹp, sử dụng từ 2 đến 8 kênh.
Các kênh này thuộc cửa sổ 1550nm và cách nhau khoảng 400GHz. Đến giữa những
năm 90’s, các hệ thống WDM mật độ cao (DWDM) được phát triể
n với 16 đến 40
kênh và khoảng cách mỗi kênh từ 100 đến 200 GHz. Cho đến cuối thập kỷ 90, các hệ
thống DWDM đã sử dụng tới 64 đến 160 kênh với khoảng cách mỗi kênh là 50 thậm
chí 25 GHz. [11]
1.2 NGUN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SĨNG
1.2.1 Định nghĩa
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là cơng nghệ truyền dẫn đồng thời nhiều
bước sóng tín hiệu quang trong một sợi quang. Ở đầu phát, các tín hiệu quang có bước
sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên m
ột sợi quang. Ở đầu thu,
tín hiệu tổ hợp đó được phân giải (tách kênh) khơi phục lại thành các tín hiệu gốc và
đưa đến các thiết bị đầu cuối khác nhau đến đích mong muốn.
Hình 1.2 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM [1]
Như minh họa trong hình 1.2, hệ thống WDM bao gồm các các chức năng thành phần
như sau:
9
- Phát tín hiệu: Hệ thống WDM sử dụng nguồn tín hiệu Laser. u cầu đối với
nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức
cơng suất phát đỉnh, độ rộng phổ, bước sóng trung tâm phải nằm trong giới hạn
cho phép.
- Ghép/Tách tín hiệu: Ghép tín hiệu là sự kết hợp một số bước sóng ánh sang
khác nhau thành một tín hiệu tổng hợp để truyền dẫn qua sợ
i quang. Tách tín
hiệu là phân tách luồng tín hiệu tổng hợp đó thành các bước sóng tín hiệu riêng
rẽ tại mỗi cổng đầu ra của bộ tách. Khi nói đến các bộ tách/ghép tín hiệu, ta phải
xét đến các tham số như khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các
kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xun âm của các kênh,
suy hao…
- Truyền dẫn tín hiệu: Q trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh
hưởng củ
a nhiều yếu tố: suy hao quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, các vấn
đề về khuếch đại tín hiệu…
- Khuếch đại tín hiệu: Được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn có khoảng
cách xa nhằm đảm bảo chất lượng tín hiệu ở nơi nhận. Có ba chế độ khuếch đại
tín hiệu: khuếch đại cơng suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại.
-
Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách
sóng quang như các hệ thống thơng tin quang thơng thường: PIN, APD.
1.2.2 Phân loại hệ thống WDM
Hệ thống WDM về cơ bản chia làm 2 loại: hệ thống đơn hướng và song hướng
như minh hoạ trên hình 1.3. Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi
quang. Do vậy, để truyền thơng tin giữa 2 điểm cần 2 sợi quang. Hệ thống WDM song
hướng, ngược lại, truyền hai chiều trên một sợi quang nên chỉ cần một sợi quang để có
thể trao đổi thơng tin giữa 2 điểm.
10
Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. Giả sử rằng cơng nghệ hiện tại chỉ
cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:
• Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao
gấp đơi so với hệ thống song hướng. Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đơi
so với h
ệ thống song hướng.
• Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng khơng cần đến cơ chế chuyển
mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection Switching) vì cả hai đầu của
liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố ngay lập tức.
• Về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải
xét thêm các yếu t
ố như: vấn đề xun nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên
một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều
trên sợi quang khơng dùng chung một bước sóng…
Hình 1.3- Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng và đơn hướng.[1]
11
Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn
trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song
hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuyếch đại sẽ cho
cơng suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng.
1.2.3 Ưu nhược điểm của cơng nghệ WDM
So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những ưu điểm
nổi trội:
- Dung lượng truyền dẫn lớn: Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi
kênh quang ứng với tốc độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống WDM có dung
lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM. Hiệ
n nay hệ thống
WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung
lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được thử nghiệm thành cơng. Trong khi đó thử
nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s).
- Loại bỏ u cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM
đơn kênh tốc độ cao: Khơng giống như TDM phải tăng tốc
độ số liệu khi lưu
lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một
bước sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. Điều này làm
giảm đáng kể tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc… Do đó
tránh được sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao.
- Đáp ứng linh ho
ạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ
thống vẫn đang hoạt động: Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của các
mạng hiện có mà khơng phải lắp đặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang). Bên
cạnh đó nó cũng mở ra một thị trường mới đó là th kênh quang (hay bước sóng
quang) ngồi việc th sợi hoặc cáp. Việc nâng cấp chỉ đơn giản là gắn thêm các
Card mới trong khi hệ thống v
ẫn hoạt động (plug-n-play).
12
- Quản lý băng tần hiệu quả và thiết lập lại cấu hình một cách mềm dẻo và linh
hoạt: Việc định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM cho phép quản lý
hiệu quả băng tần truyền dẫn và thiết lập lại cấu hình dịch vụ mạng trong chu kỳ
sống của hệ thống mà khơng cần thi cơng lại cáp hoặc thiết kế lại mạng hiện tại.
- Giảm chi phí
đầu tư mới.
Bên cạnh những ưu điểm trên WDM cũng bộc lộ một số mặt hạn chế nằm ở ngay bản
thân cơng nghệ. Đây cũng chính là những thách thức cho cơng nghệ này:
- Dung lượng hệ thống vẫn còn q nhỏ bé so với băng tần sợi quang: Cơng nghệ
WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó cũng chưa
khai thác triệt để băng tần rộng l
ớn của sợi quang. Cho dù cơng nghệ còn phát
triển những dung lượng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị tới hạn.
- Chi phí cho khai thác tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn. Tuy nhiên,
chi phí cho bảo dưỡng hệ thống WDM vẫn nhỏ hơn rất nhiều nếu so sánh với hệ
thống TDM có dung lượng tương đương.
1.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM
1.3.1. Nguồn phát
a. u cầu đối với nguồn phát
- Độ rộng phổ hẹp và phổ vạch: Nhìn chung, hệ thống WDM cũng sử dụng các
nguồn phát giống như đối với hệ thống truyền dẫn đơn kênh cự ly dài. Tuy nhiên
trong trường hợp này chúng ta sử dụng loại Laser DFB hoặc DBR có duy nhất
một vạch phổ trong dải phổ của nó. Độ rộng phổ tuỳ thuộc vào số lượng kênh
trong hệ thống và dung sai của các phần tử.
- Độ
ổn định bước sóng phát: Trong hệ thống WDM cần giảm thiểu sự thay đổi
bước sóng nguồn phát trong suốt thời gian hoạt động để tránh được những ảnh
hưởng khơng mong muốn đến chỉ tiêu hệ thống.
13
- Khả chỉnh: Laser khả chỉnh có nghĩa rất lớn trong mạng quang tương lai, đặc biệt
trong mạng quảng bá. Khả năng điều chỉnh của bộ phát lẫn bộ thu ảnh hưởng
đến chỉ tiêu của tồn bộ hệ thống.
b. Các loại nguồn phát được sử dụng hiện nay
Nguồn phát quang thường được sử dụng hiện nay là điode phát quang (LED)
hoặc Laser bán dẫn (LD).
1.3.2 Phần tử tách ghép bướ
c sóng
Các phần tử tách ghép bước sóng có các tham số cơ bản sau:
- Bước sóng trung tâm: Đối với cách tử là bước sóng tại trung tâm của băng phản
xạ, còn đối với các bộ lọc là bước sóng nằm giữa hai bước sóng ở 2 cạnh của
băng.
- Băng tần: Băng tần đặc trưng cho dải bước sóng phản xạ đối với cách tử và dải
bước sóng lọc đặc tr
ưng bởi khoảng cách (theo thiết kế) giữa các cạnh bộ lọc.
- Đỉnh phản xạ: Đỉnh phản xạ định nghĩa cho cách tử, tương ứng lượng ánh sáng
phản xạ tại bước sóng trung tâm
- Bước sóng danh định: Bước sóng danh định sử dụng cho bộ lọc, được qui định
từ nhà sản xuất. Bước sóng trung tâm thực tế thường là khác bước sóng này
- Suy hao xen: Suy hao xen là lượng tổn hao cơng su
ất trên tuyến truyền dẫn
quang do sự xuất hiện của các bộ ghép bước sóng.
- Xun kênh: Xun kênh là sự xun nhiễu tín hiệu từ kênh này sang kênh khác,
nói cách khác là sự xuất hiện của tín hiệu kênh này trong kênh lân cận. Sự
xun kênh này làm tăng nền nhiễu của kênh tín hiệu dẫn đến giảm tỷ số S/N.
- Độ rộng phổ của kênh: Độ rộng phổ của kênh là dải bước sóng dành cho mỗi
kênh. Độ rộng phổ này phải
đủ lớn để đảm bảo ngăn chặn được nhiễu giữa các
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét