Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM

Nội dung đồ án gồm 5 chương. Cụ thể như sau: Chương 1: Tổng quan DWDM, trình bày khái niệm DWDM, động lực phát triển các ứng dụng của DWDM Chương 2: Nguyên lý hệ thống, trình bày sơ đồ chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống; các tiêu chuẩn khuyến nghị cho hệ thống và cấu chung tổng quát của thiết bị DWDM Chương 3: Các thành phần trong hệ thống DWDM Chương 4:Cấu trúc mạng truyền tải,các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng hệ thống Chương 5:Tìm hiểu về thiết bị XDM 1000

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐỨC THỦY

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ TƯỞNG

Lớp :D08VT2

Khóa :2008-2013

Hệ :CHÍNH QUY

Hà Nội,tháng 12/2012

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: “Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM”

Giảng viên hướng dẫn:TS.NGUYỄN ĐỨC THỦY

Sinh viên thực hiện :NGUYỄN THỊ TƯỞNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC……… i

DANH MỤC HÌNH VẼ……… … iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU………

… vii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii

LỜI MỞ ĐẦU……… 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN DWDM ……… 3

1.1 Khái niệm……… ……… 3

1.2 Ứng dụng……… ……… 7

1.2.1 Các kiểu mạng DWDM……… …… 7

1.2.2 Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng 8

1.3 Ưu-Nhược điểm của DWDM……… ………… … 8

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG……… …… 11

2.1 Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động……… 11

2.2 Cấu trúc thiết bị……… ………… 14

2.2.1 Cấu trúc phần cứng ….……… ……… 14

2.2.2 Các bộ phận chức năng… ……… 15

2.3.3 Cấu trúc phần mềm……… 16

2.4 Cấu hình thiết bị……….……… 18

2.4.1 Phân loại cấu hình thiết bị ……… 18

2.4.2 Thiết bị OTM 19

2.4.5 Thiết bị REG………… ……… … 23

CHƯƠNG 3:CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG DWDM……… …25

3.1 Bộ phát đáp quang OUT……… ………… 25

3.1.1 Vai trò và chức năng……… 25

3.1.2 Phân loại……… 25

3.1.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động……….26

3.2 Bộ ghép kênh quang OMU….……… …28

3.2.1 Vai trò và chức năng……… 28

3.2.2 Phân loại 28

3.2.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động……… 28

3.3 Bộ tách kênh quang ODU 30

3.3.1 Vai trò và chức năng 30

3.3.2 Phân loại 30

3.3.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 31

3.4 Bộ ghép kênh xen rẽ quang OADM 32

3.4.1 Vai trò và chức năng 32

3.4.2 Phân loại 32

3.4.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 33

3.5 Bộ ghép kênh xen rẽ quang ROADM 34

3.5.1 Vai trò và chức năng 34

3.5.2 Phân loại ROADM 34

3.5.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 35

3.5.4 Các kỹ thuật và công nghệ cơ sở 36

3.6 Bộ khuếch đại OA 40

3.6.1 Vai trò và chức năng 40

3.6.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 40

3.7 Khối giám sát kênh quang OSC 43

3.8 Khối bù tán sắc 44

CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG DWDM 45

4.1.Thiết kế tuyến điểm –điểm 45

4.2.Mạng quảng bá và phân bố 46

4.3.Mạng cục bộ LAN 47

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế hệ thống 48

4.4.1 Suy hao 48

4.4.2 Hệ số phi tuyến 49

4.4.3 Quỹ công suất 49

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

4.4.4 Quỹ thời gian lên 50

4.4.5 Tán sắc 51

4.5.Thiết kế mạng điểm -điểm dựa trên hệ số Q và OSNR… ……….… 53

4.5.1 Cách tính hệ số Q từ OSNR 53

4.5.2 Cách tính OSNR cho mạng điểm - điểm 54

4.6 Bảo vệ mạng DWDM 55

4.7 Thiết kế và mô phỏng 56

4.7.1 Giới thiệu chung về phần mềm Optisystem 56

4.7.2 Mô hình mô phỏng 59

CHƯƠNG 5:TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ XDM1000 69

5.1 Các đặc điểm chính của thiết bị XDM-1000 69

5.2 Kết cấu vật lý của XDM-1000………… …69

5.3 Các card và module chính của XDM-1000 71

5.3.1 xMCP (Main Control Processor Cards) 71

5.3.2 MECP (Main Equipment Control Panel) 73

5.3.3 xECB 73

5.3.4 Card MUX/DEMUX 74

5.3.5.Card OADM 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của DWDM và phổ của tín hiệu ghép……… 3

Hình 1.2: Hệ thống DWDM mở……… 7

Hình 1.3: Hệ thống DWDM tích hợp……… 8

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý DWDM……… 11

Hình 2.2: Hệ thống DWDM hai hướng……….13

Hình 2.3: Thành phần phần cứng……… 14

Hình 2.4: Kiến trúc phần mềm hệ thống……… 17

Hình 2.5:Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng……… 19

Hình 2.6: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang……… 19

Hình 2.8: Sơ đồ vị trí các thiết bị trong một node OADM………22

Hình 2.9: Cấu trúc thiết bị tái tạo (REG)……… 24

Hình 3.1: Sơ đồ khối chức năng của OTU có FEC……… 26

Hình 3.2: Sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang………29

Hình 3.3: Sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang……….31

Hình 3.4:Sơ đồ khối nguyên lý khối OADM 33

Hình 3.5: Sơ đồ chức năng ROADM………36

Hình 3.6: Cấu trúc của phân hệ WB ROADM……… 37

Hình 3.7: Cấu trúc của nút mạng hai hướng dựa trên PLC ROADM……… 37

Hình 3.8: Cấu trúc của ROADM 4 hướng trên cơ sở WSS trong trường hợp cổng xen/tách là colored (a) và colorless (b)……… 38

Hình 3.9: Cấu trúc phân hệ WXC cho nút mạng 8 hướng 40 bước sóng trên một sợi quang………39

Hình 3.10 vị trí các bộ khuếch đại EDFA……….40

Hình 3.11 Cấu trúc điển hình của bộ khuếch đại quang sợi EDFA………41

Hình 3.12 Sơ đồ bộ khuếch đại quang Raman điển hình………42 NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

Hình 3.13 Sơ đồ khối giám sát kênh quang……… 43

Hình 4.1: Các tuyến điểm-điểm có bù suy hao định kỳ bằng cách; a) Sử dụng các trạm tái tạo ; b) sử dụng khuếch đại quang……… 45

Hình 4.2: a) Topo hub ;b) Topo bus dành cho mạng phân bố……… 46

Hình 4.3: Cấu trúc a) mạng vòng ;b) mạng hình sao trong mạng LAN………47

Hình 4.4 Tán sắc làm độ rộng xung ngõ ra tăng……… 51

Hình 4.5: Quan hệ của Q với BER……… 53

Hình 4.6: Khuếch đại đa miền trong mạng điểm-điểm……….54

Hình 4.7: Bảo vệ đoạn ghép kênh quang……… 55

Hình 4.8:Tuyến phát quang……… 60

Hình4.9 :Tuyến truyền quang………61

Hình 4.10 :Thông số sợi bù tán………62

Hình 4.11:Tuyến thu quang……… 63

Hình 4.12:Quang phổ tín hiệu phát……… 63

Hình 4.13:Quang phổ tín hiệu thu……… 64

Hình 4.14: Công suất phát……….64

Hình 4.15.Công suất thu………64

Hình 4.16:Hiển thị mắt quang……… 65

Hình 4.17a:Ber của kênh thứ nhất……….65

Hình 4.17c:Ber của kênh thứ ba………66

Hình:4.18 Tuyến truyền dẫn có thêm suy hao……… 66

Hình 4.19a:Ber của kênh thứ nhất……….67

Hình 4.19b:Ber của kênh thứ hai……… 67

Hình 4.19c:Ber của kênh thứ ba………67

Hình 4.19d:Ber của kênh thứ tư………67

Hình 5.1 Kết cấu vật lý của XDM-1000……… 70

Hinh 5.2: Card xMCP……… 71

Hình 5.3:Card xECB……….73

Hình 5.4a : xINF………74

Hình 5.4b:xINF-H……….74

Hình 5.5:Card MO_DW40VDMI và MO_DW40VDME………75

Hình 5.6:Card MO_OADM4……….76

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Phân chia băng tần quang 4

Bảng 1.2: Bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692 7

Bảng 3.1 :Các đặc điểm của WB,PLC,WSS,WXC 35

Bảng 3.2 :So sánh OADM và ROAM 39

Bảng 5.1: Các đèn cảnh báo trên xMCP 72

Bảng 5.2 Các đèn cảnh báo trên Mux/Demux 75

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ

APD Avalanche Photo Diode Diode quang thác

APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự độngASE Amplifier Spontaneous Emission Nhiễu tự phát được khuếch đạiAWG Arrayed-wavegiude Grating Cách tử ống dẫn sóng ma trận BER Bit Error Ratio Tỷ số lỗi bit

DCF Dispersion Compensated Fiber Sợi bù tán sắc

DCM Dispersion Compensator Module Module bù tán sắc

DEMUX Demultiplexer Thiết bị tách kênh

DWDM Dense Wavelength Division

FWM Four Wave Mixing Hiệu ứng trộn bốn bước sóngFEC Forward error correction Sửa lỗi hướng tới trước

FIU Fiber Interface Unit Khối giao tiếp quang

RPU Raman Pump amplifier Unit Bộ khuếch đại Raman

IP Internet Protocol Giao thức internet

LED Light Emitting Diode Diode phát quang

LD Laser Diode Diode laser

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2 viii

MUX Multiplexer Thiết bị ghép kênh

MAN Metro Area network Mạng đô thị

NE Network Element Phần tử mạng

NMS Network management system Hệ thống quản lý mạng

OADM Optical Add/Drop Mutplexer Bộ xen/rẽ bước sóng quang

OAU Optical Amplifier unit Bộ khuếch đại quang

OBA Optical Booster Amplifier Bộ khuếch đại công suất

ODU Optical Demultiplexing Unit Bộ tách kênh quang

OEQ Optical equalizer Thiết bị cân bằng tín hiệu quangOLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đưởng truyền quangOLT Optical Line Terminator Bộ kết cuối đường quang

OMU Optical Multiplexing Unit Bộ ghép kênh quang

OPA Optical Pre-Amplifier Bộ tiền khuếch đại

OTM Optical Terminal multiplexer Ghép kênh quang đầu cuối

OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

OUT Optical Transponder Unit Khối thu phát quang

OSC Optical Supervisor Channel Kênh giám sát quang

OSNR Optical Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm quangOXC Optical Cross Connect Khối kết nối chéo quang

PLC Planar lightwave circuit Mạch sáng quang phẳng

REG Regenerator Thiết bị tái tạo

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

SMF Single Mode Fiber Sợi đơn mốt

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SPM Self Phase Modulation Điều chế tự dịch pha

SSMF Standard Single Mode Fiber Sợi đơn mốt chuẩn

WB Wavelength Block Khối bước sóng

WDM Wavelength Division

Multiplexer

Ghép kênh theo bước sóng

WSS Wavelength Selective Switches Chuyển mạch lựa chọn bước sóngWCC Wavelength Croos-Connects Bước sóng kết nối chéo

LỜI MỞ ĐẦU

Đi đôi với sự phát triển vượt bậc của nên kinh tế tri thức là nhu cầu trao đổithông tin ngày càng tăng Đòi hỏi mạng truyền thông cần phải có khả năng linh hoạtcao,tốc độ truyền dẫn lớn,băng thông rộng Để đáp ứng nhu cầu trên cho đến nay sợiquang vẫn được xem là môi trường lý tưởng cho việc truyền tải lưu lượng cực lớn Đốivới hệ thống dung lượng thấp, công nghệ TDM thường được sử dụng để tăng dunglượng truyền dẫn của một kênh cáp đơn lên 10Gbps, thậm chí là 40Gbps Tuy nhiên,việc tăng tốc cao hơn nữa là không dễ dàng vì các hệ thống tốc độ cao đòi hỏi côngnghệ điện tử phức tạp và đắt tiền Khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbps, bản thân cácmạch điện tử sẽ không thể đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp, thêm vào đó chiphí cho các giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi côngnghệ rất cao

Để nâng cao tốc độ truyền dẫn và khắc phục được những hạn chế mà các mạchđiện hiện tại chưa khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bướcsóng mật độ cao DWDM ra đời DWDM có thể ghép một số lượng lớn bước sóngtrong vùng bước sóng 1550nm để nâng dung lượng hệ thống lên hàng trăm Gbps Sựphát triển của hệ thống DWDM cùng công nghệ chuyển mạch quang sẽ tạo nên mộtmạng thông tin thế hệ mới-mạng thông tin toàn quang.Với những ưu điểm vượt trội vềchất lượng,đặc biệt là băng thông rộng đã tạo nên một cuộc cách mạng không chỉ trongcông nghệ truyền dẫn mà còn cả giải pháp phát triển mạng viễn thông.Chính vì những

lý do trên nên em muốn tìm hiểu “Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ caoDWDM”.Nội dung đồ án gồm 5 chương Cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan DWDM, trình bày khái niệm DWDM, động lực phát

triển các ứng dụng của DWDM

Chương 2: Nguyên lý hệ thống, trình bày sơ đồ chức năng và nguyên lý hoạt

động của hệ thống; các tiêu chuẩn khuyến nghị cho hệ thống và cấu chung tổng quátcủa thiết bị DWDM

Chương 3: Các thành phần trong hệ thống DWDM, trình bày chi tiết về các

thành phần trong hệ thống DWDM bao gồm sơ đồ chức năng, nguyên lý hoạt động,thông số kỹ thuật và các tham số khai thác

Chương 4:Cấu trúc mạng truyền tải,các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng hệ

thống,mô hình mô phỏng hệ thống DWDM điểm-điểm

Chương 5:Tìm hiểu về thiết bị XDM 1000.

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn những vấn đề nêu ra trong phạm vi

đồ án này chưa thể hoàn chỉnh Nội dung của đồ án vẫn còn những vấn đề cần phảixem xét thêm và không thể tránh khỏi những khiếm khuyết.Rất mong nhận được sựđóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đức Thủy-Viện khoa học kỹ thuật bưu điện, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn nghiên cứu để em có thể hoàn thành đồ án này.Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô tại Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em theo học tại trường

Hà Nội, ngày 06 tháng 12 năm 2012

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

Cấu trúc tổng quát của một tuyến DWDM đơn hướng, N kênh như hình 1.1.

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của DWDM và phổ của tín hiệu ghép

Hệ thống DWDM về cơ bản gồm ba phần chính:khối phát quang,khối thu

quang và phần truyền dẫn

+ Khối phát quang gồm N bộ phát quang tương ứng với N bước sóng λ1… λn

và một bộ ghép kênh quang theo bước sóng Đầu ra của khối phát quang là N bướcsóng đã được ghép lại để có thể ghép lên đường truyền quang

+ Phần truyền dẫn quang gồm các đoạn sợi quang và các bộ khuếch đại.Sợi

quang được dùng trong hệ thống này chủ yếu là sợi đơn mốt tiêu chuẩn

+ Khối thu quang gồm một bộ tách kênh bước sóng và N bộ thu quang để thuđược N kênh bước sóng riêng biệt

Hệ thống ghép kênh DWDM hiện tại hoạt động ở băng C hoặc băng L (bảng 1), dung lượng 32 hoặc 40 kênh, khoảng kênh 0,4 nm và tốc độ tới 10G

Băng O Original – băng gốc 1260 đến 1360

Băng E Extended – băng mở rộng 1360 đến 1460

Băng S Short – băng ngắn 1460 đến 1530

Băng C Conventional – băng thông thường 1530 đến 1565

Băng L Long – băng dài 1565 đến 1625

Băng U Ultra-long – băng cực dài 1625 đến 1675

Bảng 1.1: Phân chia băng tần quang

Các bước sóng trong DWDM được chuẩn hóa theo khuyến nghị ITU-T G.692 (bảng 2) Hiện tại, hệ thống DWDM đã nghiên cứu thử nghiệm với dung lượng kênh được

1-nâng đến 40G hoặc số lượng kênh được 1-nâng đến 80

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

Bước sóng trung tâm (nm)

Bước sóng trung tâm (nm)

Bảng 1.2: Bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-T G.692

1.2 Ứng dụng

1.2.1 Các kiểu mạng DWDM

DWDM có hai kiểu ứng dụng: kiểu mạng mở và mạng tích hợp

- Kiểu mạng DWDM mở :Hoạt động với mọi loại giao diện quang đầu cuối Hệ

thống này sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi tín hiệuquang từ bước sóng của luồng tín hiệu cần truyền sang bước sóng quy chuẩntrong hệ thống Các tín hiệu quang từ các thiết bị đầu cuối khác nhau sau khiđược chuyển đổi thành các bước sóng khác nhau phù hợp hệ thống theo khuyếnnghị ITU-T được đưa tới bộ ghép để ghép thành tín hiệu DWDM

Hình 1.2: Hệ thống DWDM mở.

-Hệ thống DWDM tích hợp: Không sử dụng công nghệ chuyển đổi bước

sóng,được thiết kế để hoạt động cùng với một số mạng khác như SDH,Ethernet, Các giao diện quang từ thiết bị thuộc các mạng được tích hợp phải

có bước sóng chuẩn hóa DWDM và được kết nối trực tiếp vào bộ tách ghépkênh của hệ thống DWDM

Hình 1.3: Hệ thống DWDM tích hợp

Các kiểu mạng này được áp dụng tùy thuộc vào từng hoàn cảnh cụ thể Trongthực tế, có thể kết hợp cả hai kiểu ứng dụng này trong một hệ thống mạng

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

1.2.2 Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng

- Mạng đường trục (back-bone)

Các hệ thống DWDM khoảng cách xa (long-haul) được ứng dụng trong mạngđường trục để truyền tải thông tin với lưu lượng lớn giữa các vùng trong một quốc gia.Đặc điểm của các hệ thống này là dung lượng rất lớn và sử dụng các công nghệ sửa lỗiFEC (forward error correction), khuyếch đại Raman, định dạng xung CRZ cùng vớicác trạm lặp để tăng cường về khoảng cách Hệ thống mạng đường trục được xây dựngdưới dạng hình vòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng

- Mạng nội vùng (Metropolitan)

Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các điểmtập trung lưu lượng trong một vùng Các mạng metro cũng được xây dựng dạng hìnhvòng hoặc hình lưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng

1.3 Ưu-Nhược điểm của DWDM

Hệ thống DWDM có các ưu điểm sau:

1 Dung lượng cực lớn

Băng thông truyền dẫn của sợi quang thông thường được sử dụng rất lớn.Nhưng tỷ lệ sử dụng của các hệ thống đơn bước sóng vẫn rất thấp Bằng cách sử dụngcông nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lên rất nhiềulần mà không cần tăng tốc độ bit

2 Trong suốt đối với tốc độ bit và khuôn dạng dữ liệu

Các hệ thống DWDM được xây dựng trên cơ sở ghép và tách các tín hiệu quangtheo bước sóng và việc ghép tách này độc lập với tốc độ truyền dẫn và phương thứcđiều chế Vì thế, các hệ thống này trong suốt đối với tốc độ dữ liệu và khuôn dạng dữliệu

3.Khả năng nâng cấp và mở rộng dễ dàng

Trong quá trình mở rộng và phát triển mạng, có thể mở rộng dung lượng màkhông cần xây dựng lại hệ thống cáp quang mà chỉ cần thay thế các bộ thu phát quang.Hơn nữa, việc tăng thêm dịch vụ mới và dung lượng mới được thực hiện đơn giảnbằng cách tăng thêm bước sóng

4 Khả năng linh hoạt, tiết kiệm và và độ tin cậy cao

So với các mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDM

có cấu trúc cực kỳ đơn giản và các lớp mạng được phân tách rõ ràng Lớp thấp nhấtcủa mạng là lớp toàn quang tính từ đầu vào bộ ghép tới đầu ra bộ tách kênh bước sóngbao gồm các bộ khuyếch đại, bù tán sắc và các thành phần ở trên đoạn đường truyền.Lớp này là được xây dựng cố định với từng mạng và có chi phí rất thấp Lớp dịch vụmức cao hơn bao gồm các bộ phát đáp quang Các bộ phát đáp quang làm nhiệm vụgom các dữ liệu cần truyền và phát đáp tại các bước sóng chuẩn hóa của hệ thống.Việc thay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ được thực hiện bằng cách thay đổi hoặcthêm bớt các bộ phát đáp Do đó, mạng DWDM đáp ứng tốt về khả năng linh hoạt vàtiết kiệm chi phí Do đặc điểm trong suốt với tín hiệu truyền nên độ tin cậy của mạngcao hơn hẳn so với các mạng TDM

5 Tương thích với chuyển mạch quang hoàn toàn

Việc xử lý như xen/rẽ và kết nối của tất cả các dịch vụ viễn thông có thể đượcthực hiện bằng cách thay đổi và điều chỉnh các bước sóng tín hiệu quang Vì vậy, hoàntoàn có thể thực hiện mạng hoàn toàn quang trong suốt và có độ tin cậy cao trên cơ sở

hệ thống DWDM hiện tại

Bên cạnh những ưu điểm trên hệ thống DWDM cũng có những nhược điểm sau :

- Chi phí cho khai thác, bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động

- Dung lượng hệ thống còn nhỏ, chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn củasợi quang

Kết luận chương:

Sự tăng nhanh về dung lượng,khoảng cách và sự đa dạng về định dạng truyền đã tạo động lực cho sự ra đời và phát triển hệ t h ố n g D W D M Để thấy được vai trò quan trọng của công nghệ này đối với viêc phát triển hệ thống mạng, trong chương này chúng ta đã xem xét những nét chung nhất về công nghệ DWDM.Với những ưu điểm vượt trội và khả năng ứng dụng DWDM là tiền đề để xây dựng,phát triển mạng toàn quang trong tương lai

NGUYỄN THỊ TƯỞNG-LỚP D08VT2

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG

2.1 Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động

Hệ thống DWDM về cơ bản chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng và songhướng.Mô hình tổng quát hệ thống DWDM đơn hướng được trình bày như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý DWDM

OSC (Optical Supervision Channel):

Kênh giám sát quang

BA (Boost Amplifier):Bộ khuếch đạităng cường

OMU (Optical Multiplexing Unit):Bộ

NMS: Network Management System:

hệ thống quản lý mạng

OTU (Optical Transponder Unit): Bộ phát đáp quang

Phía phát, các luồng tín hiệu đầu vào được đưa đến các bộ phát đáp (OTU) khácnhau, từ OTU1 đến OTUn.Nhiệm vụ của các bộ này là nhận và gom tín hiệu cầntruyền từ đầu vào và phát lại trên các bước sóng chuẩn hóa của hệ thống DWDM, từλ1 đến λn Đầu ra từ các OTU được đưa đến bộ ghép kênh theo bước sóng OMU.OMU làm nhiệm vụ ghép các tín hiệu tại các bước sóng khác nhau thành một luồng tínhiệu, tín hiệu ghép này được đưa đến bộ khuếch đại tăng cường (BA) để tăng mứccông suất quang

Trên đường truyền có đặt các bộ khuếch đại đường (LA) để tăng độ dài khoảnglặp hoặc với cấu hình nối đa đểm nó có thể bù lại các suy hao rẽ nhánh trong mạngtruy nhập quang Ngoài ra, trên đường truyền còn có đặt các bộ bù tán sắc (DCF) đểhạn chế tán sắc Bộ bù tán sắc thường được chèn vào giữa các tầng khuếch đại của một

bộ khuếch đại hoặc chèn vào giữa hai bộ khuếch đại liên tiếp

Tại đầu thu, vì tín hiệu có công suất rất nhỏ nên được đưa vào bộ tiền khuếchđại (PA) để khuếch đại công suất với tạp âm rất thấp để đảm bảo chất lượng tín hiệu.Tín hiệu sau khi khuếch đại và bù tán sắc được đưa đến bộ tách kênh (ODU) để táchthành các kênh bước sóng đơn, từ λ1 đến λn Tín hiệu bước sóng đơn được đưa đếncác bộ phát đáp tương ứng để chuyển đến giao diện đầu ra của hệ thống (SDH, FE,GE, )

Trong hệ thống DWDM, hệ thống quản lý được truyền qua kênh giám sátquang (OSC) Kênh giám sát thường có tốc độ 2Mbit/s Một hay nhiều hệ thống quản

lý phần tử EMS được kết nối với các thiết bị DWDM để tạo thành một mạng quản lý.EMS kết nối trực tiếp đến một phần tử DWDM, thường bằng giao diện Fast Ethernet.Kênh truyền thông tin quản lý giữa các phần tử DWDM là kênh OSC EMS quản lýcác phần tử trực thuộc nó bao gồm: cấu hình, nhận cảnh báo và xem thông tin cấu

hình NMS quản lý toàn mạng và xem các phần tử mạng là các đối tượng nằm trong hệthống liên kết NMS quản lý mạng thông qua các EMS

Các hệ thống DWDM tích hợp cũng hoạt động với nguyên lý này Tuy nhiên,với hệ thống DWDM tích hợp, các luồng tín hiệu từ mạng được tích hợp đã đượcchuẩn hóa về bước sóng DWDM, hệ thống không cần sử dụg OTU

Trên thực tế, hệ thống DWDM được xây dựng là hệ thống hai hướng Mô hìnhtổng quát của hệ thống DWDM hai hướng được trình bày trên hình 2.2 Mỗi thiết bịOTM đều có một bộ ghép và tách kênh OTU giao tiếp về hai phía, mỗi phía đều cóđầu thu và đầu phát Hướng giao tiếp với các luồng thông tin cần truyền gọi là clientside hay còn gọi là local side Hướng giao tiếp về phía mạng DWDM gọi là line sidehay còn gọi là network side

Hình 2.2: Hệ thống DWDM hai hướng

Với hệ thống DWDM mở, sử dụng các bộ phát đáp (OTU) để nhận, gom cácluồng thông tin của các dịch vụ khác nhau để phát trên các bước sóng chuẩn hóa củaDWDM Như vậy, các dịch vụ ngoài giao tiếp với hệ thống DWDM bằng giao diệnquang mở của hệ thống Với hệ thống DWDM tích hợp, các luồng số liệu cần truyền

từ mạng kết hợp đã được chuẩn hóa bước sóng nên có thể kết nối trực tiếp với khốitách ghép kênh.Vì thế các lớp dịch vụ ngoài giao tiếp trực tiếp với lớp DWDM

Hệ thống DWDM tích hợp có chi phí thấp hơn do không phải sử dụng OTU Hệthống DWDM mở có ưu điểm là khả năng linh hoạt tốt hơn

2.2 Cấu trúc thiết bị

2.2.1 Cấu trúc phần cứng

Về phần cứng, thiết bị DWDM được thiết kế theo cấu trúc phân tách khối chứcnăng Thiết bị bao gồm khung giá (subrack) và các khối chức năng Khung giá thiết bịđược gắn trên tủ thiết bị (rack) Các khối chức năng bao gồm các khối (Modul) và các

bộ mạch chức năng (board) hay còn gọi là card chức năng

1-Bảng mạch (Board); 2-Giá OADM; 3: DCM; 4-Kẹp sợi

Tủ thiết bị (Rack) Khung giá thiết bị (Subrack) Bảng mạch (Board)

Hình 2.3: Thành phần phần cứng

Hình 2.3 là hình ảnh ví dụ về tủ thiết bị, khung giá thiết bị và bảng mạch chứcnăng Tủ rack thường được sử dụng là tủ theo chuẩn ETSI rộng 600mm, sâu 300mm,cao 2200mm hoặc 2600mm Tủ rack làm bằng tấm kim loại kín, với cửa phía mặttrước để thao tác Subrack có các kích thước chiều rộng chuẩn là 19 inchs hoặc 21inchs, chiều sâu nhỏ hơn 300 mm và chiều cao tùy theo nhà sản xuất Trên rack có hệthống phân phối nguồn nuôi DC và hệ thống đèn cảnh báo cho các thiết bị nằm trênrack

Cấu tạo subrack và bảng mạch chức năng tùy theo nhà sản xuất, tuy nhiên đều

có bố trí tương tự như trên hình 2.3 Subrack là một khung với các khe trượt và hệthống chân cắm để lắp bảng mạch chức năng Phía dưới có khe để đi dây Khối nguồn

có thể bố trí dưới dạng một card chức năng hoặc gắn liền với subrack ở vị trí trêncùng

Cấu trúc bảng mạch chức năng bao gồm mặt trước, thân card và hệ thống lỗcắm tại mặt sau Mặt trước bao gồm ký hiệu tên card, các giao diện tín hiệu, đèn cảnhbáo và công tắc điều khiển Khối DCM là một đoạn sợi quang tán sắc ngược chiều vớisợi quang đường truyền được đặt trong khối hộp độc lập với subrack thiết bị và đượcgắn trên rack

2.2.2 Các bộ phận chức năng

Các khối chức năng chính của một thiết bị DWDM bao gồm:

1) Bộ phát đáp quang (OTU): Có chức năng gom và chuyển đổi tín hiệu từ phíakhách hàng thành dòng dữ liệu tại giao diện chuẩn hóa DWDM

2) Bộ ghép kênh theo quang (OMU): Có chức năng ghép các tín hiệu tại cácbước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM thành luồng tín hiệu ghép kênh theobước sóng

3) Bộ tách kênh theo quang (ODU): Có chức năng ghép các tín hiệu tại cácbước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM từ luồng tín hiệu ghép kênh theobước sóng

4) Bộ ghép kênh xen rẽ quang (OADM): Có chức năng xen/rẽ các tín hiệu tạicác bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM vào/từ luồng tín hiệu ghép kênhtheo bước sóng

5) Bộ khuếch đại quang (OAU): Có chức năng khuếch đại công suất tín hiệuquang

6) Bộ điều khiển hệ thống và truyền thông: Có chức năng điều khiển cấu hìnhtoàn hệ thống, xử lý cảnh bảo hệ thống, giao tiếp với hệ thống quản lý

7) Khối giao tiếp kênh giám sát quang (OSC): Có chức năng giao tiếp kênhgiám sát quang đảm bảo liên lạc từ thiết bị đến hệ thống quản lý

8) Khối bù tán sắc (DCM): Có chức năng bù tán sắc sợi quang để hạn chế tánsắc

Các khối chức năng bổ xung của thiết bị DWDM bao gồm:

9) Khối điều khiển công suất tự động: Có chức năng điều khiển suy hao tự độnghoặc nhân công bằng cách chèn suy hao điều khiển được để thích ứng với sự thay đổicủa đường truyền.

10) Khối bảo vệ quang: Có chức năng kết nối bảo vệ lưu lượng mức quang.11) Khối cân bằng tín hiệu quang: Bao gồm cân bằng công suất các kênh và cânbằng tán sắc các kênh

12) Khối phân tích phổ: Có chức năng đo phổ tín hiệu ghép kênh tổng tại đầugiám sát trên các khối xử lý tín hiệu DWDM như OMU, ODU,

2.3.3 Cấu trúc phần mềm

* Sơ đồ chức năng

Phần mềm của hệ thống DWDM được phân bố thành ba khối, bao gồm phầnmềm bảng mạch (nằm trong các bảng mạch chức năng), phần mềm NE (nằm trongbảng mạch SCC) và phần mềm quản lý mạng (nằm trong máy tính quản lý mạng).Kiến trúc phần mềm hệ thống được biểu thị trên hình 2.4

* Nguyên lý hoạt động

Các chức năng và hoạt động của các lớp trong hệ thống như sau:

Phần mềm bảng mạch: Phần mềm bảng mạch điều khiển trực tiếp các mạchchức năng Trong bảng mạch tương ứng, nó thực hiện một chức năng chuyên biệt củaphần tử mạng như được định nghĩa trong các khuyến nghị ITU-T và chức năng cảnhbáo Phần mềm bảng mạch hỗ trợ phần mềm NE quản lý bảng mạch

Phần mềm NE: Phần mềm NE quản lý, giám sát và điều khiển các hoạt độngcủa bảng mạch bên trong NE.Nó cũng trợ giúp NMS để làm dễ dàng hơn cho việcquản lý tập trung qua mạng WDM Theo khuyến nghị ITU-T M.3010, phần mềm NEđặt tại lớp quản lý đơn vị trong mạng quản lý viễn thông, thực hiện chức năng phần tửmạng (NEF – Network Element Function),chức năng điều phối từng phần và chứcnăng hệ điều hành (OS) tại lớp đơn vị mạng Chức năng truyền thông số liệu (DCF –Data Communication Function) cung cấp kênh truyền thông giữa NE và các thiết bịkhác (gồm NM và các NE khác) Phần mềm NE gồm các khối chức năng sau:

Hình 2.4: Kiến trúc phần mềm hệ thống

1) Hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực:

Phần mềm phần tử DWDM yêu cầu hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực đểquản lý tài nguyên dùng chung và hỗ trợ các chương trình ứng dụng Nó cách ly cácchương trình ứng dụng với bộ xử lý và cung cấp một ứng dụng môi trường thực thichương trình, độc lập với phần cứng bộ xử lý

2) Khối truyền thông với cấp thấp hơn:

Khối truyền thông với cấp thấp hơn là khối giao diện giữa phần mềm NE vàphần mềm bảng mạch Theo giao thức truyền thông tương ứng, chức năng truyềnthông giữa phần mềm NE và phần mềm bảng mạch được thực hiện nhằm trao đổithông tin và bảo dưỡng thiết bị Qua thông tin với cấp thấp hơn, các lệnh điều khiển vàbảo dưỡng bảng mạch từ phần mềm NE được gửi tới các bảng mạch Mặt khác, trạngthái, cảnh báo và các sự kiện thực thi của bảng mạch tương ứng được thông báo tớiphần mềm NE

3) Khối quản lý thiết bị:

Khối quản lý thiết bị là phần nhân của phần mềm NE trong việc thực hiện quản

lý phần tử mạng Nó bao gồm bộ phận quản lý (administrator) và bộ phận đại diện(agent) Bộ phận quản lý có thể gửi các lệnh điều hành quản lý mạng và nhận các sựkiện Bộ phận đại diện có thể đáp ứng các lệnh điều hành quản lý mạng gửi bởi bộ

phận quản lý, thực hiện các hoạt động của đối tượng được quản lý và gửi lên các sựkiện để thay đổi trạng thái của đối tượng được quản lý.

4) Khối truyền thông với lớp cao hơn

Khối truyền thông với lớp cao hơn trao đổi thông tin quản lý giữa hệ thốngquản lý mạng và phần tử mạng và giữa các phần tử mạng với nhau Nó bao gồm khốitruyền thông mạng (network communication module), khối truyền thông nối tiếp(serial communication module) và khối truyền thông ECC (ECC communicationmodule)

5) Khối quản lý cơ sở dữ liệu:

Khối quản lý cơ sở dữ liệu là một bộ phận tổ chức của phần mềm NE Nó baogồm hai phần độc lập: dữ liệu và chương trình Dữ liệu, được tổ chức theo khuôn dạngcủa cơ sở dữ liệu, bao gồm cơ sở dữ liệu mạng, cơ sở dữ liệu cảnh bảo, cơ sở dữ liệuchất lượng và cơ sở dữ liệu thiết bị Chương trình có chức năng quản lý và truy nhập

dữ liệu trong cơ sở dữ liệu

Phần mềm quản lý mạng:

Hệ thống quản lý mạng được chia làm hai phần: hệ thống quản lý phần tử(EMS) và hệ thống quản lý mạng (NMS) EMS bao gồm cấu hình, quản lý sai lỗi, chấtlượng, bảo mật, đồ hình, các báo cáo chất lượng của từng NE và quản lý hệ thống.Thông tin quản lý được lưu trong cơ sở dữ liệu EMS quản lý NE Đối với EMS, NEcác thực thể rời rạc độc lập NMS bao gồm cấu hình, quản lý sai lỗi, chất lượng, bảomật, đồ hình, các báo cáo chất lượng của NE và tuyến, quản lý hệ thống NMS đượckết nối với các EMS để quản lý các toàn mạng bao gồm các NE và các liên kết, cáctuyến, kênh Đối với NMS, NE là các thực thể có liên kết trong một hệ thống NMSbiểu diễn thông tin về mạng, các công cụ điều khiển, giám sát, truy vấn dưới dạng giaodiện người dùng đồ họa (GUI) Khai thác viên tương tác với mạng bằng NMS EMS

và NMS có thể nằm tách biệt trên hai hệ thống máy tính hoặc nằm trên cùng một hệthống máy tính

2.4 Cấu hình thiết bị

2.4.1 Phân loại cấu hình thiết bị

Thiết bị DWDM bao gồm năm loại cấu hình chính:

1) Thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM – Optical Terminal Multiplexer)2) Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA – Optical Line Amplifier)

3) Thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM – Optical Add/Drop Multiplexer)4) Thiết bị tái tạo (REG – Regenerator)

5) Thiết bị cân bằng tín hiệu quang (OEQ – Optical Equalizer)

Mỗi loại trên có một vị trí và chức năng khác nhau trong tổng thể hệ thống(hình 2.5) Do đó, cấu trúc và các thành phần trong thiết bị cũng khác nhau

Hình 2.5: Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng

Phần sau đây sẽ trình bày cấu trúc và thành phần của từng loại thiết bị

2.4.2 Thiết bị OTM

OTM là trạm kết cuối của mạng DWDM Một OTM bao gồm hướng phát vàhướng thu Hướng phát là hướng từ phía khách hàng (client side) đến phía mạng(network side) Hướng thu là hướng ngược lại (hình 2.6)

Hình 2.6: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang

Nguyên lý hoạt động của thiết bị OTM như sau: Theo hướng phát, OTM nhậntín hiệu từ nhiều luồng tín hiệu từ phía khách hàng với các giao diện điện hoặc giaodiện quang với bước sóng không chuẩn hóa theo DWDM Các tín hiệu này được cácOTU gom thành các luồng có tốc độ phù hợp và phát trên các bước sóng chuẩn hóaDWDM khác nhau Các tín hiệu từ đầu ra các OTU đưa tới OMU để ghép kênh theo

bước sóng để phát trên một sợi quang Tín hiệu ghép kênh trước khi phát vào sợiquang được đưa qua BA để khuếch đại đến một mức công suất thích hợp.

Theo hướng thu, OTM nhận tín hiệu ghép kênh đến từ phía mạng (networkside), khuếch đại với tạp âm nhỏ, bù tán sắc và đưa đến ODU để tách thành các kênh

có bước sóng khác nhau Mỗi kênh này được đưa đến một OTU để chuyển hóa lưulượng về phía đầu thu phù hợp với giao diện thiết bị phía khách hàng tương ứng

Khối giao tiếp quang (FIU:Fiber Interface Unit) có chức năng ghép/ tách kênhtín hiệu giám sát quang (OSC) để kênh OSC được ghép vào tín hiệu ghép DWDM sau

bộ khuếch đại và được tách ra trước bộ khuếch đại

Một thiết bị OTM bao gồm các thành phần chính sau:

- Các bộ phát đáp quang (OTU)

- Bộ ghép kênh quang (OMU)

- Bộ tách kênh quang (ODU)

- Các bộ khuếch đại quang (OA) bao gồm bộ tiền khuếch đại PAđược sử dụng để khuếch đại với tạp âm thấp cho tín hiệu công suất lớn nhỏ và

bộ khuếch đại tăng cường BA được sử dụng để khuếch đại cho các tín hiệucông suất cao

- Khối giao tiếp kênh giám sát quang (OSC), OTM sử dụng loạiOSC đơn hướng vì OTM chỉ giao tiếp một hướng với mạng

- Khối giao tiếp quang (FIU): có chức năng giao tiếp với đườngtruyền và tách/ghép kênh OSC

- Khối điều khiển hệ thống và truyền thông (SCC): có chức năngđiều khiển hoạt động của hệ thống và liên lạc với hệ thống quản lý

- Khối bù tán sắc (DCM) có chức năng bù tán sắc sợi quang nhằmhạn chế tán sắc

- Khối cấp nguồn: cấp nguồn nuôi cho thiết bị Ngoài ra, tùy vào yêu cầu của nhà khai thác và yêu cầu thiết kế tuyến, OTM cóthể có các khối chức năng sau:

- Bộ khuếch đại Raman (RPU- Raman Pump amplifier Unit): được

sử dụng để khuếch đại với tạp âm rất nhỏ để đảm bảo chất lượng tín hiệu RPUđược sử dụng với các tuyến có khoảng cách lớn để giảm yêu cầu tái tạo tín hiệu

- Khối đồng bộ: có chức năng xử lý về đồng bộ, được sử dụng khimạng DWDM đảm nhận vai trò đồng bộ trong hệ thống.

- Khối phân tích phổ: được sử dụng để giám sát phổ tín hiệu Khốiphân tích phổ được kết nối với cổng giám sát (monitor) trên thiết bị tách vàghép kênh

- Khối điều khiển suy hao: khối này thường được tích hợp vàoOMU để đảm bảo cân bằng công suất giữa các kênh

- Khối điều khiển công suất tự động: được sử dụng để điều khiểncông suất thích ứng với thay đổi của đường truyền

2.4.3 Thiết bị OLA

Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA) có chức năng khuếch đại tín hiệuquang hai hướng và để bù lại suy hao của liên kết quang nhằm tăng khoảng cáchtruyền dẫn không cần tái tạo Cấu trúc thiết bị OLA được biểu diễn trên hình 2.7

Hình 2.7: Cấu trúc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA)

Trên hình là sơ đồ khối của OLA, thành phần cơ bản một hoặc nhiều khối độlợi là sợi EDF mắc nối tiếp với nhau, giữa các chặng độ lợi có thể là bộ bù tán sắc(dispersion compensasor) để bù tán sắc tích luỹ dọc theo tuyến quang.Các bộ khuếchđại đường quang OLA (Optical Line Amplifier) được dùng ở giữa các liên kết quangvới những khoảng cách bằng nhau (trên thực tế có thể khoảng cách đặt các OLAkhông bằng nhau nhưng phải nhỏ hơn một giá trị khoảng cách nhất định, thường làkhoảng 100-200 km)

Bộ khuyếch đại sử dụng nhiều tầng khuyếch đại Erbium và bao gồm bộ bù tánsắc (tùy chọn) và các OADM giữa các tầng khuyếch đại Bộ bơm Raman có thể dùng

để cung cấp thêm độ khuyếch đại Raman cho đoạn sợi quang OSC được tách ra tạiđầu vào và kết cuối, và xen vào tại ngõ ra

Bộ OLA còn có các thiết bị thực hiện chức năng ghép/tách kênh giám sát OSC

Tại đầu vào khi chưa qua các khối độ lợi, kênh giám sát OSC được lọc lại và đưa vàođầu thu OSC Tiếp đến, sau khi khuếch đại các kênh tín hiệu thuộc các bước sóng khácnhau, kênh OSC được ghép chung vào với các kênh tín hiệu và truyền đi Như vậy,kênh OSC không được khuếch đại bởi các OLA Bộ OLA cũng có thể được cấu hìnhgồm bộ khuếch đại Raman thực hiện chức năng khuyếch đại phân bố (distributedamplifier) bằng cách cấu hình tại đầu vào của nó nguồn bơm Raman có công suấtquang lớn, bơm ngược chiều với chiều tín hiệu đi vào.

2.4.4 Thiết bị OADM

Thiết bị OADM được sử dụng để xen rẽ một số kênh của luồng ghép kênh tổng,OADM là node có vai trò rất quan trọng trong mạng DWDM, làm cho mạng quangDWDM trở nên linh hoạt và đơn giản hơn nhiều với nhiều cấu hình mạng khác nhau

Điểm node OADM có thể chia làm hai loại: điểm node OADM tĩnh và điểmnode OADM động Trong điểm node OADM tĩnh, thực hiện việc xen/rẽ các bước sóng

cố định Trong điểm node OADM động, có thể căn cứ vào nhu cầu để chọn tín hiệuquang có bước sóng xen/rẽ nhau

Hình 2.8: Sơ đồ vị trí các thiết bị trong một node OADM

Thiết bị OADM như trên hình 2.8 có thể cho phép xen/rẽ một kênh bướcsóng đơn hoặc nhiều kênh bước sóng đồng thời Trong tương lai, khi vai trò của lớpchuyển mạch định tuyến được chuyển dần cho lớp quang thì các thiết bị OADM này sẽcho phép chuyển luồng số có bước sóng này sang một bước sóng khác nếu chẳng maymạng gặp sự cố tại một nhánh nào đó, do đó tránh được mất thông tin Hoặc việcchuyển bước sóng mang nhằm mục đích cân bằng lưu lượng giữa các nhánh của mạng

để đạt hiệu quả cao nhất cho mạng lưới, từ đó cải thiện được hiệu quả truyền thông

Các kỹ thuật sử dụng trong OADM hiện tại chủ yếu dựa trên các bộ lọc điệnmôi mỏng, các bộ lọc quang âm điều chỉnh được, các bộ dịch pha định tuyến bướcsóng AWG, hoặc sợi cách tử Bragg.Với các bộ lọc điện môi, thiết bị OADM đạt được

khoảng cách giữa các kênh là 100 GHz và lớn hơn còn với khoảng cách kênh là 50GHz thì bộ lọc điện môi chưa thể đáp ứng được Các bộ lọc quang âm mặc dù có ưuđiểm là phạm vi điều chỉnh bước sóng rộng, song lại bị hạn chế bởi các đặc tính khôngthích hợp của bộ lọc băng thông

2.4.5 Thiết bị REG

Việc sử dụng OLA và DCM có thể tăng khoảng cách truyền dẫn không cần táitạo nhờ vào việc đảm bảo về công suất và hạn chế tán sắc Tuy nhiên, với khoảng cáchrất xa, các nhân tố như tán sắc, suy hao, nhiễu quang, các hiệu ứng phi tuyến, tán sắcphân cực mode sẽ ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn Các ảnh hưởng này có tínhtích lũy Vì thế, cần tái tạo lại tín hiệu ban đầu để loại bỏ các ảnh hưởng này Thiết bịREG có chức năng 3R: tái tạo dạng xung (reshaping), định thời lại (re-timing) và phátlại (regenerating) để cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng khoảng cách truyền dẫn.Hình 2.9 biểu diễn sơ đồ cấu trúc của một thiết bị REG

Nguyên lý hoạt động của thiết bị REG như sau: tín hiệu đến , sau khi đượckhuếch đại và bù tán sắc, được đưa đến ODU để tách hoàn toàn thành các kênh bướcsóng đơn Các kênh này được đưa đến OTU REG tương ứng OTU có chức năng khôiphục thành luồng số ban đầu và phát lại tại bước sóng tương tự như đầu vào Các kênhđầu ra của các OTU REG lại được ghép lại như cũ tại OMU, được khuyếch đại và phátvào sợi quang hướng tây Hướng ngược lại được thực hiện tương tự Như vậy, sauthiết bị REG, tín hiệu đã được khôi phục lại như ban đầu OTU REG cũng có chứcnăng sửa lỗi như OTU thông thường

Hình 2.9: Cấu trúc thiết bị tái tạo (REG)

Nguyên lý khuyếch đại, bù tán sắc và tách ghép OSC của thiết bị REG cũngtương tự như các loại thiết bị còn lại

Kết luận chương :

Chương này chúng ta đã tìm hiểu mô hình nguyên lý hoạt động của hệ thống DWDM đơn hướng,sóng hướng.Cấu trúc và thành phần của từng loại thiết bị.Các thành phần ấy có chức năng gì và hoạt động như thế nào sẽ được trình bày trong chương tiếp theo.

- Nguồn phát tiêu chuẩn: Băng hẹp, không có mode bên, tần số trung tâm ổnđịnh tuân theo khuyến nghị của ITU-T.

- Nguồn phát với khả năng chịu tán sắc cao: nguồn phát phải đảm bảo băng tần

đủ hẹp để tín hiệu mức tán sắc khi truyền trong sợi quang đảm bảo yêu cầu của bộ thu

3.1.2 Phân loại

Tùy vào công nghệ chế tạo, chức năng hoạt động, dịch vụ đầu cuối, mà có thểchia OTU ra thành nhiều loại khác nhau Về phía nhà khai thác mạng, có thể phân loạiOTU theo các tiêu chí như sau:

- Phân loại theo chức năng sửa lỗi: Có hai loại sau:

1) OTU không có chức năng sửa lỗi: OTU không có chức năng sửa lỗi, chỉ đơnthuần làm nhiệm vụ truyền tải, chuyển đổi tín hiệu

2) OTU có chức năng sửa lỗi: ngoài chức năng chuyển đổi tín hiệu, OTU còn

có sửa lỗi FEC (Forward Error Correction) nhằm giảm lỗi bit OTU sửa lỗi có 3 loại

+ OTU có chức năng sửa lỗi bằng FEC thông thường

+ OTU có chức năng sửa lỗi bằng AFEC (Advance FEC – FEC cải tiến)

+ OTU có chức năng sửa lỗi bằng EFEC (Enhance FEC – FEC tăng cường)

- Phân loại theo dịch vụ đầu cuối: Có hai loại phổ biến sau:

1) OTU hỗ trợ dịch vụ SDH phía đầu cuối ở các tốc độ STM-1/4/16/64

2) OTU hỗ trợ dịch vụ Ethernet, chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ 1Giga Ethernet, 10Giga Ethernet.

-Ngoài ra người ta còn phân loại OUT theo vị trí trong hệ thống và theo cấu tạo

3.1.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động

Sơ đồ khối

Bộ phát đáp OTU sửa lỗi có sơ đồ chức năng được trình bày trên hình 3.1.Chức năng các khối thu quang, các khối phát quang và khối điều khiển truyền thông.Khối sửa lỗi và giám sát có hai chức năng: Sửa lỗi FEC, Giám sát chất lượng và màođầu

Hình 3.1: Sơ đồ khối chức năng của OTU có FEC

+ Khối phát tín hiệu quang: có chức năng phát tín hiệu quang, có hai loại khốiphát tín hiệu quang là khối phát bước sóng chuẩn hóa và khối phát bước sóng khôngchuẩn hóa Khối phát tín hiệu quang không chuẩn hóa là khối phát tại giao diện clientside, có chức năng phát tín hiệu quang tại bước sóng thích hợp với giao diện mạngngoài và không theo chuẩn hóa của hệ thống DWDM Khối phát tín hiệu quang bướcsóng chuẩn hóa là khối phát tại giao diện network side, có chức năng phát ra tín hiệu

quang nằm trong bộ giá trị bước sóng chuẩn hóa DWDM theo khuyến nghị ITU-TG.692, G.694.1 để phù hợp với bộ ghép kênh theo bước sóng.

+ Khối giám sát chất lượng và byte mào đầu: có chức năng xử lý các thông sốchất lượng dịch vụ và giám sát byte mào đầu thu được Các thông tin sau khi được xử

lý được đẩy tới khối điều khiển và truyền thông

+ Khối điều khiển và truyền thông: có hai chức năng: 1) Nhận lệnh từ phầnmềm NE và điều khiển các khối chức năng và gửi thông tin phản hồi 2) Nhận cácthông tin từ khối giám sát chất lượng và byte mào đầu, nhận biết tín hiệu báo lỗi từ cáckhối chức năng trong hệ thống Sau đó, đưa ra cảnh báo về phần mềm NE và từ đóchuyển về hệ thống quản lý mạng

+ Khối thu tín hiệu quang: có chức năng thu tín hiệu quang trên dải rộng

Nguyên lý hoạt động

Theo hướng phát, luồng thông tin từ mạng ngoài phía khách hàng cần truyềnđược đưa vào khối thu tín hiệu quang của giao diện client side để khôi phục luồngthông tin ban đầu Luồng tin thu được tiếp tục được chuyển đến khối sửa lỗi và giámsát mào đầu để tính toán bit dư và chèn thêm mã hóa FEC vào luồng tín hiệu Luồngtín hiệu đầu ra được đưa đến khối phát bước sóng chuẩn hóa để chuyển hóa thành tínhiệu quang có bước sóng chuẩn hóa DWDM phù hợp với bộ ghép kênh bước sóng

Theo hướng thu, tín hiệu quang bước sóng chuẩn hóa từ bộ tách kênh bướcsóng quang được đưa đến khối thu tín hiệu quang giao diện network để khôi phụcluồng thông tin ban đầu Luồng thông tin thu được tiếp tục được chuyển đến khối sửalỗi và giám sát để sửa lỗi bằng phương thức FEC Luồng tin sau khi được sửa lỗi đượcđưa đến khối phát bước sóng không chuẩn hóa của giao diện client side để chuyểnthành tín hiệu quang phù hợp với thiết bị mạng ngoài

Khối sửa lỗi và giám sát đọc và phân tích phần mào đầu của các dòng tín hiệukhôi phục được để nhận biết trạng thái và chất lượng đường truyền Thông tin nàyđược chuyển đến đến khối điều khiển và truyền thông Các lỗi phát sinh trong quátrình hoạt động của các khối chức năng cũng được thông báo đến khối điều khiển vàtruyền thông Khối điều khiển và truyền thông có 2 chức năng: điều khiển hoạt độngcủa các khối và gửi thông tin về cấu hình, trạng thái, các phản hồi về phần mềm NEđịnh kỳ và theo yêu cầu

3.2 Bộ ghép kênh quang OMU

3.2.1 Vai trò và chức năng

Vai trò : OMU nằm ở đầu phát của tuyến DWDM, có vai trò ghép tín hiệu

quang để truyền trên cùng một sợi quang Đôi khi, OMU cũng phục vụ cho mục đíchtái tạo tín hiệu hoặc chuyển tiếp tín hiệu

Chức năng:OMU có chức năng ghép các kênh quang phân chia theo bước

sóng Ngoài ra, OMU còn có các chức năng phụ trợ như điều chỉnh công suất từngkênh, giám sát công suất, trích một phần tín hiệu ghép tổng cho mục đích đo kiểm,giám sát,

3.2.2 Phân loại

Có thể phân loại OMU theo các tiêu chí sau:

1) Phân loại theo dung lượng bộ ghép: có hai loại, 40 bước sóng và 80 bướcsóng

2) Phân loại theo chức năng điều chỉnh công suất: có hai loại: có và không điềuchỉnh công suất từng kênh

3) Phân loại theo nguyên lý cơ sở: có các loại thông dụng như sau:

+ Cách tử nhiễu xạ

+ Cách tử dàn ống dẫn sóng

+ Bộ lọc bằng film mỏng

+ Hệ thống Mach-Zehnder Interferometer kết hợp với FBG

3.2.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động

Sơ đồ khối

Hình 3.2 biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang theo bướcsóng có thể điều chỉnh công suất từng kênh và có hệ thống giám sát công suất quangtích hợp

Cấu tạo của bộ ghép kênh quang theo bước sóng bao gồm: Khối ghép kênhquang theo bước sóng, các khối suy hao điều chỉnh được,bộ chia quang,khối giám sátcông suất quang,khối điều khiển và truyền thông

Hình 3.2: Sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang

Nguyên lý hoạt động

Mỗi bước sóng trên từng kênh riêng biệt được đưa qua bộ ghép bước sóngMUX để ghép thành tín hiệu ghép kênh tổng, tín hiệu ghép tổng tại đầu ra của khốiMUX đi qua một bộ chia công suất quang thụ động để tách một phần tín hiệu với côngxuất nhỏ đưa tới khối giám sát công suất quang, phần tín hiệu có công xuất lớn đượcđưa tới lối ra

Khối giám sát công suất quang làm nhiệm vụ giám sát công xuất luồng tổng củatín hiệu đầu ra thông qua phần tín hiệu được tách từ bộ chia Khối giám sát công suấtquang cung cấp một đầu ra giám sát quang, trích từ tín hiệu ghép tổng, để phục vụ chomục đích đo kiểm Khối điều khiển và truyền thông làm nhiệm vụ giao tiếp với hệthống quản lý mạng NMS: nhận lệnh từ NMS, điều khiển các thành phần trong bộghép kênh và gửi kết quả giám sát công suất, cấu hình, trạng thái về NMS

Các thông số được giám sát, cảnh báo, điều khiển như sau:

- Giám sát các thông số chất lượng

+ Công suất tổng đầu ra

+ Nhiệt độ làm việc của các ống dẫn sóng (AWG)

- Cảnh báo

+ Cảnh báo khi không có tín hiệu quang đầu ra

+ Cảnh báo khi tín hiệu đầu ra quá thấp

+ Cảnh báo quá ngưỡng nhiệt độ làm việc

- Điều khiển:

+ Cấu hình ngưỡng làm việc

+ Upgrade firmware trực tuyến

3.3 Bộ tách kênh quang ODU

3.3.1 Vai trò và chức năng

Vai trò:ODU nằm ở đầu thu của tuyến DWDM, có vai trò tách luồng tín hiệu

tách luồng quang ghép kênh tổng thành các kênh bước sóng đơn Trong mạng DWDMtích hợp, ODU nằm ở biên mạng DWDM Về phía client, ODU giao tiếp trực tiếp vớicác mạng khác Về phía mạng, ODU kết nối với đầu ra các bộ khuếch đại hoặc giaotiếp trực tiếp với khối giao tiếp đường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn) Trongmạng DWDM mở, về phía client, ODU kết nối với đầu thu các các OTU, về phíamạng, ODU kết nối với đầu ra bộ khuếch đại hoặc giao tiếp trực tiếp với khối giao tiếpđường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn) Đôi khi, ODU cũng phục vụ cho mụcđích tái tạo tín hiệu hoặc chuyển tiếp tín hiệu

Chức năng:ODU có chức năng tách các kênh quang phân chia theo bước sóng.

Ngoài ra, ODU còn có các chức năng phụ trợ như giám sát công suất đầu vào, tríchmột phần tín hiệu ghép kênh tổng cho mục đích đo kiểm, giám sát,

+ Hệ thống Mach-Zehnder Interferometer kết hợp với FBG

3.3.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động

Sơ đồ khối