Định tuyến ho mạng áp quang đa miền

Trương Diệu Linh Trang 5 3 Các từ ế vi t tắt APD valanche PhotodiodeA Diod tách sóng quang thác lũAS Autonomous System H th ng t tr ệ ố ự ịATM Asynchronous Transfer Mode Kiểu truyền bấ

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ -

ĐỖ QU C CƯ NG Ố Ờ

ĐỊ NH TUY N CHO M NG CÁP QUANG ĐA MI N Ế Ạ Ề

LUẬ N VĂN TH C SĨ KHOA H Ạ Ọ C

X Ử LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Hà Nội – Năm 2011

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061182477521000000 dae3ceb8-a425-4e63-8557-5783d8abc54e

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ -

ĐỖ QU C CƯ NG Ố Ờ

ĐỊ NH TUY N CHO M NG CÁP QUANG ĐA MI N Ế Ạ Ề Chuyên ngành : X ử lý Thông tin và Truy ề n thông

LUẬN VĂN TH C SĨ KHOA H Ạ Ọ C

X Ử LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGƯỜ I HƯ Ớ NG DẪ N KHOA H C: Ọ

1 TS Trương Diệu Linh

Hà Nội – Năm 2011

3

Các từ ế vi t tắt

APD valanche PhotodiodeA Diod tách sóng quang thác lũ

AS Autonomous System H th ng t tr ệ ố ự ị

ATM Asynchronous Transfer Mode Kiểu truyền bất đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuy n vùng biên ế

CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã

DVA Distance Vector Algorithm Thuật toán Vector khoảng cách

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier B khuộ ếch đại quang s i có pha tợ ạp EIGRP Enhanced IGRP Giao th c IGRP nâng cứ ấp

IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao thức định tuyến bên trong

ISDN Itegrated Servise Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ

LED Light Emitting Diode Diod phát quang

LP Lightpath Đường đi ánh sáng

LSA Link State Algorithm Thuật toán tr ng thái liên kạ ết

4

LTD Lightpath Topology Design Thiết kế topology o ả

OADM Optical Add/Drop Multipler B ộghép kênh xen/r t quangớ

OLT Optical Line Terminator Thiết bị đầu cuối quang

OXC Optical Cross Connect B kộ ết nối chéo quang

MILP Mixed Integer Linear Program Quy hoạch tuyến tính với biến số

nguyên và không nguyên

PIN Positive Intrinsic Negative

PCE Path Computation Element Phầ ử tìm đường trong địn t nh tuyến

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuy n ế

RWA Routing & Wavelength Assignment Định tuyến và gán bước sóng

SOA Semiconductor Optical Amplifier B khuộ ếch đại quang bán dẫn

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo th i gian ờ

TE Topology Egineering Cấu trúc thông tin topology

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

Hình 2 4: Nguyên lí ghép kênh phân chia theo b c sóngướ U 26

Hình 3 10: Thuật toán định tuy n cho m t mi n con mế ộ ề ở ộ r ngU 64

7

Lời mở đầu

H thệ ống thông tin quang ra đời cùng với những ưu điểm vượt trội của nó đã và đang áp dụng r ng rãi trên mộ ạng lưới thông tin toàn c u Hi n nay, các hệ ốầ ệ th ng thông tin quang truy n d n tề ẫ ất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu

của mạ g số tích hợp dịch vụ ISDN Vì thế, hệ ống thông tin quang sẽ là mũi đột phá n th

v tề ốc độ truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch v vi n thông cụ ễ ấp cao

Thiết kế ạng WDM l m à bài to n quan trọng được quan tâm nghiên cứu rộng r i á ãTrong đ địó nh tuy n và gáế n bước sóng (RWA) cho c c Ligthpath lá à vấn đề then ch t ốChúng ta có bài to n định tuyến tĩnh (offline mode) nhằm đưa ra thiết kế ban đầu cho á

mạng, b i to n định tuyếà á n đ ng (online mode ) nh tuyộ đị ến khi có yêu cầu băng thông

xuất hiện trong mạng đang hoạt động Có rất nhiều gi i thu t cho b i toả ậ à án định tuyến

và gán bước s ng tĩnh trong miền đơnó [1][5], tuy nhiên các giải pháp này lại không áp

dụng được trong ngữ ả c nh đa miền (multi-domain network)

Mạng đa miền có đặc trưng là các mi n ch có th ề ỉ ể trao đổi thông tin v i nhau ớ

một c ch hạn chếá nhằm đảm bảo t nh mở ộng (scalability) cũng như t nh riêng tư í r ítrong c c miá ền Vì thế trong mạng không tồn tại m t trộ ung tâm có thông tin đầy đ v ủ ềtoàn m ng Cácạ bài to n RWA á cho mạng đa miền tr ở nên vô c ng phù ức tạp b i sở ự thiếu c c thông tin đầy đủá và toàn cục này Các giải pháp định tuyến cho mạng đơn

miền thường đòi hỏi các thông tin đầy đủ khó có ể p dụng được cho mạng đa miề th á n

Nhìn chung, các mạng sau m t thộ ời gian v n hành ậ thường không còn tối ưu so

với thiết kế ban đầu do ma trận thông lượng vào ra mạng đã thay đổi, nhất là v m ng ới ạ

đa miền Các mi n trong mề ạng đa miền có ng x “ích k ” s ứ ử ỷ ẽ có xu hướng mu n t ố ổchức lại thông lượng sao cho tối ưu cho mạng c a mình nhủ ất nhưng lại có th nh ể ảhưởng đến các m ng xung quanh Vì th c n thi t có m t mô hình tạ ế ầ ế ộ ối ưu hóa lại thông

toán được tiến hành cài đặt và mô phỏng thử nghiệm trên công cụ MatPlan WDM và

s dử ụng giải thuật quy hoạch tuyến tính (MILP) cho bài toán RWA

Luận văn được viết trong 4 chương với các nội dung chính như sau:

Chương 1: ổ T ng quan v h th ng thông tin quang ề ệ ố

Chương 2: Gi i thi u m ng WDM ớ ệ ạ

Chương 3: Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM đa miền

Chương 4: Cài đặt mô ph ng ỏ

9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

THÔNG TIN QUANG

1.1 Giới thiệu về thông tin quang

Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất nhanh Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng cũng thay đổi Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet Số người sử dụng truy cập Internet ngày càng tăng và thời gian mỗi lần truy cập thuờng kéo dài gấp nhiều lần cuộc nói chuyện điện thoại Chúng ta đang hướng tới một xã hội mà việc truy cập thông tin có thể được đáp ứng ở mọi lúc, mọi nơi chúng ta cần Mạng internet và ATM ngày nay không đủ dung lượng để đáp ứng cho nhu cầu băng thông trong tương lai

Hình 1 : S1 ự gia tăng lưu lượ ng dữ ệ li u và thoại qua các năm

Kĩ thuật thông tin quang có thể được xem là vị cứu tinh của chúng ta trong việc giải quyết vấn đề trên Bởi vì hệ thống thông tin quang ra đời với những khả năng vượt trội của nó: băng thông khổng lồ (gần 50Tbps), suy giảm tín hiệu thấp (khoảng 0.2dB/km), méo tín hiệu thấp, đòi hỏi năng lượng cung cấp thấp, không bị ảnh hưởng

10

của nhiễu điện từ, khả năng bảo mật cao… Vì vậy thông tin quang được xem là kĩ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng Các hệ thống thông tin quang không chỉ đặc biệt phù hợp với các tuyến thông tin đường dài, trung kế mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và trong tương lai

Khác với thông tin hữu tuyến hay vô tuyến - các loại thông tin sử dụng các môi

trường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn và không gian như hình 1.2 thì thông tin - quang là hệ thống truyền tin qua sợi quang như hình 1.3 Điều đó có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang Tại nơi nhận, nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu

Hình 1 : Thông tin h2 ữu tuyến

Hình 1 : Thông tin quang3

1.1.1 Sự phát triển của thông tin quang

Các phương tiện sơ khai của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người

về chuyển động, hình dáng và màu sắc sự vật qua đôi mắt Tiếp đó một hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng, các đèn hiệu Sau

đó, năm 1791, VC Chape phát minh một máy điện báo quang Thiết bị này sử dụng

11

khí quyển như là một môi trường truyền dẫn, do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện

về thời tiết Để giải quyết hạn chế này, Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến

có khả năng thực hiện thông tin giữa những người gởi và người nhận ở xa nhau

Đầu năm 1880, A.G Bell người phát minh ra hệ thống điện thoại đã nghĩ ra một - thiết bị quang thoại có khả năng biến đổi dao động máy hát thành ánh sáng Tuy nhiên,

sự phát triển tiếp theo của hệ thống này đã bị bỏ bê do sự xuất hiện hệ thống vô tuyến

Sự nghiên cứu hiện đại về thông tin quang được bắt đầu bằng sự phát minh thành công của Laser năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và Hockham năm 1966 về việc chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp Bốn năm sau, Kapron đã có thể chế tạo các sợi quang trong suốt có độ suy hao khoảng 20dB/km Được cổ vũ bởi thành công này, các nhà khoa học và kĩ sư trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành các hoạt động nghiên cứu và phát triển và kết quả là các công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dải thông, về các Laser bán dẫn… đã được phát triển thành công trong những năm 70,

độ tổn thất của suy hao đã được giảm đến 0.18dB/km Hơn nữa trong những năm 70, Laser bán dẫn có khả năng thực hiện dao động liên tục đã được chế tạo, tuổi thọ của nó ước lượng khoảng 100 năm và cho phép tạo ra cự ly truyền xa hơn với dung lượng truyền lớn hơn mà không cần đến các bộ tái tạo Cùng với công nghệ chế tạo các nguồn phát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với các hệ thống thông tin cáp kim loại

1.1.2 Những ưu điểm của hệ thống thông tin quang

Thông tin sợi quang có những ưu điểm vượt trội Trong phần này, đưa những ưu điểm thể hiện tính vượt trội của nó:

• Băng thông khổng lồ đầy tiềm năng: tần số sóng mang quang trong khoảng10P

12

đồng trục khoảng 500Mhz) Hiện tại, giá trị băng thông của hệ thống sợi quang chưa

sử dụng hết nhưng việc ở một vài GHz qua khoảng cách vài km và hàng trăm Mhz qua khoảng cách hàng chục Km mà không cần sự can thiệp về điện (dùng bộ lặp) là có thể

Vì thế, dung lượng mang thông tin của hệ thống thông tin quang lớn hơn nhiều so với

hệ thống cáp đồng tốt nhất Do suy hao lớn ở băng thông rộng, hệ thống cáp đồng trục giới hạn khoảng cách truyền với chỉ một vài km ở băng thông trên 100Mhz

• Sợ i quang kích thư c nhỏ và nhẹ: sợ ớ i quang có bán kính r t nhấ ỏ, thường bán kính này không lớn hơn bán kính sợi tóc con người Vì th , th m chí khi sợi ế ậquang được ph thêm nh ng lủ ữ ớp bảo vệ thì chúng v n nhẫ ỏ và nhẹ hơn nhiều so

với cáp đồng

• S ự cách li về điệ : sợi quang đượn c ch t o t thu tinh hoế ạ ừ ỷ ặc đôi lúc là chấ ẻt d o,

đó là những chất cách điện, vì th không gi ng v i dây d n kim lo i, nó không ế ố ớ ẫ ạcho th y nh ng tr c trấ ữ ụ ặc cơ bản Hơn n a, đ c tính này làm cho vi c truyữ ặ ệ ền thông tin của sợi quang tr nên phù h p mở ợ ột cách lí tưởng cho sự thông tin trong những môi trường m o hi m vạ ể ề điện

• Không bị ả nh hư ng b i nhi u và xuyên âm: sợi quang đượ ở ở ễ c ch t o t các ế ạ ừchất điện môi phi d n nên chúng không bẫ ị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, các xung điện t , nhi u t n s vô tuy n Vì thử ễ ầ ố ế ế hoạt động của hệ thống thông tin quang không bị ảnh hưởng khi truyền qua môi trường nhiễu điện Điều đó có nghĩa là nó có thể ắp đặ l t cung ng vứ ới cáp điện l c và có th s d ng trong ự ể ử ụmôi trường ph n ng h t nhân ả ứ ạ

• Bảo mật thông tin: ánh sáng từ ợ s i quang b bị ức xạ một cách không đáng kể nên chúng có tính bảo mật tín hiệu cao Đặc tính này thu hút đố ới quân đội v i, ngân hàng và các ng d ng truy n dứ ụ ề ữ ệ li u

• Suy hao thấp: sự phát tri n c a s i quang qua nhiể ủ ợ ều năm đã đạt được k t qu ế ảtrong việc chế tạo ra sợi quang có độ suy hao rất thấp Sợi quang được chế ạo t

với độ suy hao 0.2dB/km và đặc tính này tr thành lở ợi thế chính c a thông tin ủ

13

quang Điều này thu n l i cho vi c đ t b khuậ ợ ệ ặ ộ ếch đại cho m i kho ng cách trên ỗ ảđường truy n mà không c n chuy n sang tín hiề ầ ể ệu điệ ở bướn c trung gian, do đó

giảm được cả giá thành và cả độ ph c tạp của hệ ốứ th ng

• Tính linh hoạt: mặc dù các l p b o v là c n thi t, sớ ả ệ ầ ế ợi quang được ch t o v i ế ạ ớ

sức căng cao, bán kính rất nhỏ Với lợi thế ề kích thước và trọng lượng, sợi v quang nói chung là tốt hơn trong việc lưu trữ, chuyên chở, xử lí và lắp đặt dễ hơn hệ ống cáp đồ th ng

• Độ tin c y c a h th ng và d b o dư ng: do đặc tính suy hao th p c ậ ủ ệ ố ễ ả ỡ ấ ủa sợi quang nên có thể ảm đượ gi c yêu c u sầ ố ộ ặ b l p trung gian hoặc số ộ b khuếch đại trên đường truy n Vì th , vớề ế i m t vài b lộ ộ ặp thì độ tin c y c a h th ng có th ậ ủ ệ ố ểđược nâng cao hơn hẳn h th ng dệ ố ẫn điện Hơn nữa, đ tin c y c a các thi t b ộ ậ ủ ế ịquang không còn là vấn đề, các thiế ị t b quang có tuổi thọ ất cao, khoảng 20 r -30 năm

• Giá thành thấp đ y ti m năng: thủ ầ ề y tinh cung cấp cho thông tin quang được

lấy từ cát, không phải là ngu n tài nguyên khan hiồ ếm Vì thế, sợi quang đem lại giá thành thấp

Thông tin quang cũng cho phép truyền đ ng th i các tín hiồ ờ ệu có bước sóng khác nhau Đặc tính này cùng với khả năng truy n dẫn băng thông rộề ng c a s i quang s n ủ ợ ẵ

có làm cho dung lượng truy n d n c a tuy n tr nên r t l n ề ẫ ủ ế ở ấ ớ

1.1.3 Cấu trúc và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang

Hình 1 : C4 ấu trúc của hệ ố th ng thông tin quang

hệ thống thông tin quang thì nó phải có công suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh LD khắc phục nhược điểm của LED, thường sử dụng LD cho truyền dẫn tốc độ cao LD có nhiều ưu điểm hơn so với LED: phổ phát xạ của LD rất hẹp (khoảng từ 1 đến 4nm nên giảm được tán sắc chất liệu), góc phát quang hẹp (5-

10P

0

P

), hiệu suất ghép ánh sáng vào sợi cao

• Cáp sợi quang: gồm các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo

vệ khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài Có thể chọn các loại sợi sau: sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc, sợi quang đa mode chiết suất giảm dần, sợi quang đơn mode

• Phần thu quang: do bộ tách sóng quang và các m ch khuạ ếch đại, tái t o tín ạ

hiệu hợp thành Trong hệ ống thông tin quang, người ta quan tâm nhất đối với thcác bộ tách sóng quang là các diod quang PIN và diod quang ki u thác APD ểđược ch t o t các bán d n cơ bản Si, Ge, InP ế ạ ừ ẫ

Ngoài các thành ph n chầ ủ ế y u này, tuy n thông tin quang còn có các bế ộ ốquang, các mối hàn, các bộ chia quang và các tr m l p T t cạ ặ ấ ả ạ t o nên m t tuy n thôộ ế ng tin hoàn chỉnh

15

Tương tự như cáp đồng, cáp sợi quang được khai thác với điều kiện lắp đặt khác nhau, có thể được treo ngoài trời, chôn trực tiếp dưới đất hoặc đặt dưới biển,…tuỳ thuộc vào các điều kiện lắp đặt khác nhau mà độ chế tạo của cáp cũng khác nhau và các mối hàn sẽ kết nối các độ dài cáp thành độ dài tổng cộng của tuyến được lắp đặt Tham số quan trọng nhất của cáp sợi quang tham gia quyết định độ dài tuyến là suy hao sợi quang theo bước sóng

Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể s dử ụng LED ặc laser bán dẫn Cả hai honguồn phát này đều phù hợp cho các hệ ố th ng thông tin quang, v i tín hiớ ệu quang đầu

ra có tham số ến đổi tương ứ bi ng v i s ớ ự thay đổ ủa dòng điềi c u biến Bước sóng làm

việc của nguồn phát quang cơ bản phụ thuộc vào vật liệu chế ạo, đoạn sợi quang ra t

của nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang khai thác trên tuyến

Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ đuợc lan truy n dề ọc theo sợi quang để ớ t i ph n thu quang Khi truy n trên s i d n quang, tín hiầ ề ợ ẫ ệu thường

b ị suy hao và méo do các yếu tố ấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên Bộ tách sóng quang ở h

phần thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới Tín hiệu quang được biến đổi tr l i thành tín hiệu điện Các Photodiod PIN và Photodiod thác ở ạAPD đều có th s d ng làm các b tách sóng quang trong các h th ng thông tin ể ử ụ ộ ệ ốquang Đặc tính quan tr ng nh t c a thi t b ọ ấ ủ ế ị thu quang là độ nh y thu quang ạ

Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có các trạm lặp quang đặt trên tuyến Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã được sử dụng để thay thế cho các thiết bị trạm lặp quang

1.2 Sợi quang

1.2.1 Sợi dẫn quang

16

Sợi quang là những dây nhỏ và dẻo truyền các ánh sáng nhìn thấy được và các tia hồng ngoại Chúng có lõi ở giữa và có phần bao bọc xung quanh lõi Để ánh sáng có thể phản xạ một cách hoàn toàn trong lõi thì chiết xuất của lõi phải lớn hơn chiết suất

áo một chút

Hình 1 : C5 ấu tạo sợi quang

V bỏ ọc phía ngoài áo b o vả ệ ợ s i quang khỏi bị ẩm và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi đi bên cạnh và làm cho s i quang dợ ễ ử lí Để ọ x b c ngoài ta dùng các nguyên li u mệ ềm

Lõi và áo được làm bằng thủy tinh hay chất dẻo (silicat, chất dẻo, kim loại, Flour, sợi quang kết tinh) Ngoài ra chúng được phân loại thành các loại sợi quang đơn mode

và đa mode tương ứng với số lượng mode của ánh sáng truyền qua sợi quang Ngoài ra chúng còn được phân loại thành sợi quang có chỉ số bước sóng và chỉ số lớp tuỳ theo hình dạng và chiết suất của các phần của lõi sợi quang

Sợi quang là môi trường truyền thông đặc bi t so với các môi trường khác như ệcáp đồng hay không gian t do M t s i quang cho suy hao tín hi u th p trên m t ự ộ ợ ệ ấ ộ

17

phạm vi tần số ớ l n, đ c tính này cho phép tín hiệu được truyền qua các khoảng cách xa ặ

ở ố t c đ ộ cao trước khi c n khuầ ếch đại ho c tái l p l i ặ ặ ạ

Một sợi quang gồm có một lõi hình trụ được bao quanh bởi lớp vỏ Cả phần lõi

và ph n vầ ỏ được làm chủ ế y u từ silica (SiOR 2 R), có chỉ ố s khúc x (chi t suấạ ế t) x p xỉ ấ1.45 Chỉ ố s khúc xạ ủ c a vật li u là tệ ỉ ố ậ s v n t c ánh sáng trong chân không so v i tố ớ ốc

độ ánh sáng trong v t liậ ệu đó

n =

v

c

n: chiết suất của môi trường, không có đơn vị

c: vận tốc ánh sáng trong chân không , đơn vị : m/s

v: v n tậ ốc ánh sáng trong môi trường, đơn vị : m/s

Vì c≥ v nên n≥ 1

Trong quá trình s n xu t s i, m t sả ấ ợ ộ ố ạ t p chất nào đó được đưa vào trong lõi ặho c

v ỏ để cho chỉ số khúc xạ trong lõi lớn hơn m t tí so v i v Các nguyên liệu như ộ ớ ỏGermani hoặc Photpho làm tăng chiết suất silica và được dùng để thêm vào ph n lõi ầcủa sợi quang, trong khi ch t Bo hay Flo làm gi m chi t suấ ả ế ất của Silica nên được dùng

tạp chất cho lớp vỏ

Ánh sáng có thể được xem như một chùm tia truy n theo nhề ững đường thẳng trong một môi trường và bị phản xạ hoặc khúc xạ ở ề ặ b m t gi a hai v t li u khác nhau ữ ậ ệMột tia sáng từ môi trường 1 đ n mặt phân cách cế ủa môi trường 2, góc t i là gócớ giữa tia t i và pháp tuy n vớ ế ớ ề ặi b m t chung của hai môi trường được bi u th b ng ể ị ằ

θ Phần năng lượng b phị ản xạ vào môi trường 1 là một tia phản xạ, phần còn lại đi xuyên qua môi trường 2 là tia khúc x Góc ph n xạ ả ạ θ là góc giữa tia ph n x và pháp tuy1r ả ạ ến, tương tự góc khúc x là góc gi a tia khúc x ạ ữ ạvà pháp tuyến

18

Ta có: θ =1r θ1

Theo định lu t Snell: ậ n1sinθ1 =n2sinθ2

Khi góc tới θ tăng lên thì góc khúc xạ 1 θ cũng tăng theo Nếu 2 θ2 =90°thì sinθ =1

sinn

Hình 1 : S6 ự ph n xạ ả và khúc x ạcác tia sáng t i mạ ặt phân cách hai môi trường

Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần:

• Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn

• Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn

Ánh sáng tru n trong s i quang do hiyề ợ ện tượng ph n xả ạ toàn phần xảy ra giữa bề

mặt phần lõi và vỏ

19

Hình 1 : Truy n ánh sang trong s7 ề ợi quang

Hình trên cho thấy ánh sáng được ghép từ môi trường bên ngoài (không khí với chiết suất nR 0 R) vào sợi

1.2.2 Các thông số của sợi quang

Để xác đ nh t c đ truy n d n và kho ng cách tr m lị ố ộ ề ẫ ả ạ ặp của hệ ố th ng thông tin sợi quang, có hai tham số cần phải nghiên cứu là tổn hao quang và độ ộng băng truyề r n dẫn Đo tổn hao quang để xác đ nh t n hao công su t ánh sáng lan truy n trong sị ổ ấ ề ợi quang

1.2.2 .1 Suy hao của sợi quang

α

Trong đó:

A: Suy hao của sợi

L: Chi u dài cề ủa sợi

• Đặc tuyến suy hao

Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tuỳ thuộc vào loại sợi Hình dưới cho thấy suy hao trong sợi quang như một hàm theo bước sóng Ta thấy rằng suy hao nhỏ nhất ở ba dải bước sóng dùng trong thông tin quang: 0.8µm, 1.3µm và 1.55µm

21

Hình 1 8: Đặc tuyến suy hao c a sủ ợi quang

• Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang

 Suy hao do hấp th : Sự ấụ h p th ánh sáng x y ra do các nguyên nhân sau gây ụ ảra: suy hao do sự ấ h p thụ ủ c a các tạp ch t kim lo i, sấ ạ ự ấ h p thụ ủ c a ion OH, sự ấ h p thu

bằng cực tím và hồng ngoại

 Suy hao do tán xạ: Suy hao do tán xạ bao gồm tán xạ Rayleigh, tán xạ do mặt phân cách gi a lõi và lữ ớp bọc không hoàn hảo

Tán xạ do mặt phân cách gi a lõi và lữ ớp bọc không hoàn h o: khi tia sáng truyả ền

đến nh ng ch không hoàn h o gi a lõi và l p b c tia sáng b tán xữ ỗ ả ữ ớ ọ ị ạ Lúc đó 1 tia tới

có nhi u tia ph n xề ả ạ ớ v i nhi u góc phề ản xạ khác nhau

 Suy hao do bị ố u n cong: bao gồm suy hao do vi u n cong và do u n cong.ố ố

22

Suy hao do vi uốn cong: sợi quang bị chèn ép tạo nên những chỗ uốn cong nhỏ thì suy hao của sợi cũng tăng lên Suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệch trục đi qua những chỗ vi uốn cong đó Sợi đơn mode rất nhạy với những chỗ vi uốn cong nhất là

về phía bước sóng dài

Suy hao do uốn cong: khi bị uốn cong với bán kính cong càng nhỏ thì suy hao càng tăng

1.2.2.2 Tán sắc ánh sá ng

Tương tự như tín hiệu điện, tín hiệu quang truyền qua sợi quang cũng bị biến dạng Hiện tượng này được gọi là tán sắc Sự tán sắc méo dạng tín hiệu analog và làm xung bị chồng lấp trong tín hiệu digital Sự tán sắc làm hạn chế dải thông của đường truyền dẫn quang

Hình 1 : Tán s c trong s9 ắ ợi quang

• Tán sắc mode: trong sợi đa mode, do xung ánh sáng vào m c dù ch có m t ặ ỉ ộbước sóng nhưng lan truyền v i vài mode khác nhau v i t c đ truy n khác nhau, nó ớ ớ ố ộ ềlàm kho ng tr ng th i gian gi a các xung c nh nhau trả ố ờ ữ ạ ở nên ngắn hơn và tăng theo

23

khẩu độ ố ủa sợi Hiện tượng này gọi là tán s s c ắc mode Do đó, độ ộng băn r g truyền

dẫn của nó bị ới hạn chủ ếu do tán sắc mode gi y

• Tán sắc th : bao gồể m tán s c ch t li u và tán sắắ ấ ệ c d n sóng ẫ

Tán sắc chất liệu: ánh sáng sử dụng trong thông tin quang không phải là ánh sáng hoàn toàn đơn sắc Chiết suất của thuỷ tinh thay đổi theo bước sóng nên vận tốc truyền của ánh sáng có bước sóng khác nhau cũng khác nhau Chính vì thế, ánh sáng có phân

bố tốc độ lan truyền khác nhau của các thành phần bước sóng ánh sáng khác nhau Hiện tượng này được gọi là tán sắc chất liệu

• Tán sắc d n sóng: sựẫ phân b ố năng lượng ánh sáng trong s i quang ph thu c ợ ụ ộvào bước sóng S phân b này gây nên tán sự ố ắc ống d n sóng ẫ

24

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU MẠNG WDM

Kĩ thuật mạng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Mutiplexing) được coi là cu c cách m ng v ộ ạ ề băng thông trong mạng xương sống Internet và hơn thế nữa Nhu cầu băng thông đang gia tăng một cách nhanh chóng với nhi u ề ứng dụng mới phong phú, chẳng hạn như thương mại điện tử, video theo yêu

cầu, các công việc đòi hỏi hoạt động đồng bộ trên toàn cầu Mạng quang WDM đã đưa

ra hứa hẹn h t sế ức ý nghĩa cho nhu cầu b c thiứ ết trên

Khi sợi quang được sử ụng để d truyền thông tin thì thách thứ được c đặt ra đối với chúng ta trong giai đoạn mới trước nhu cầu thông tin ngày càng tăng mạnh m c a ẽ ủcon người Khi mà ngày càng có nhiều ngườ ắt đầi b u s d ng các m ng d li u và c ử ụ ạ ữ ệ ứ

mỗi lần sử ụng đó cũng đã chiếm một băng thông đáng kể trong các ứng dụ g thông d ntin của họ ch ng hạn như đọẳ c lướt thông tin trên các trang web, các ứng dụng sử ụ d ng Java, h i nghộ ị truyền hình, … Từ đó cho thấy nhu cầu thông tin băng rộng đặt ra hết sức bức thiết, và nhu cầu này còn vượt xa hơn nữa trong tương lai Hình 2.1 cho ấ th y

s ự gia tăng băng thông của các mạng khác nhau qua các năm Sự phát tri n m nh m ể ạ ẽnày chủ ế y u là do sự triển khai các hệ ố th ng thông tin quang

Hình 2 : S1 ự gia tăng băng thông của các mạng khác nhau qua các năm

25

Để thích ng v i s phát tri n không ngứ ớ ự ể ừng đó và thoả mãn yêu c u tính linh ầ

hoạt về thay đổi m ng, các công ngh truyền dẫn khác nhau đã được nghiên c u, triạ ệ ứ ển khai thử nghiệm và đưa vào ứng dụng như kĩ thuật TDM, CDM Công ngh ghép kênh ệ phân chia theo bước sóng WDM được ưa chuộng hơn cả Điều này là do công ngh ệTDM có chi phí kĩ thuật và thi t b lế ị ắp đặ ệt h thống tương đối cao, đặc bi t trong TDM ệgây lãng phí m t s kênh thông tin khi mộ ố ỗi khe thời gian được dự ữ tr ngay cả khi không có dữ liệu để gửi và phía thu khó khăn khi phân biệt các khe th i gian thuờ ộc về kênh nào để ả gi i ghép kênh tín hi u Bên cệ ạnh đó, ghép kênh phân chia theo mã CDM còn t n t i nh ng h n chồ ạ ữ ạ ế ề kĩ thuật như tố v c đ ộ điều ch và suy hao trong mã hoá ế cũng như giải mã cao WDM là ti n b r t l n trong công ngh truy n thông quang, nó ế ộ ấ ớ ệ ềcho phép tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc đ ộ bit đường truyền cũng như không c n dùng thêm s i d n quang.ầ ợ ẫ

Hình 2 : Mô hình TDM2

Hình 2 : Mô hình WDM3Với WDM, mỗi kênh với một bước sóng khác nhau và các bước sóng ánh sáng này không ảnh hưởng l n nhau bẫ ởi vì chu kì dao động c a các các kênh khác nhau là ủ

26

hoàn toàn độ ậc l p nhau Khác v i h th ng TDM, m i ph n t kênh WDM có thểớ ệ ố ỗ ầ ử ho t ạ

động t c đ b t kì và mở ố ộ ấ ỗi kênh cũng có thể mang đầy dung lượng c a mủ ỗi bước sóng Chương này sẽ trình bày rõ nguyên lí hoạt động c a h th ng WDM và các ủ ệ ốthành ph n c a nó ầ ủ

2.1 Nguyên lí hoạt động của hệ thống WDM

Ngày nay, nhu c u cầ ủ con ngườa i về các d ch vụ thông tin băng rộị ng ngày một tăng lên, thì mạng ghép kênh đa bước sóng WDM đã thoả mãn được nhu cầu đó Theo kĩ thuật này, các luồng ánh sáng với các bước sóng khác nhau được truyền trên cùng một

sợi quang Mỗi bước sóng mang mộ dung lượng điển hình, thuờng là 2.5Gbps t

Hình 2 4: Nguyên lí ghép kênh phân chia theo bước sóng

Nguyên lí cơ bản của ghép kênh theo bước sóng là ghép t t cấ ả các bước sóng khác nhau c a ngu n phát quang vào cùng mủ ồ ột sợi dẫn quang nhờ ộ b ghép kênh MUX và truyền dẫn các bư c sóng này trên cùng sớ ợi quang Khi đến đầu thu, b tách kênh ộ quang s phân tách ẽ để thu nhận lại các bước sóng đó

Với cùng một nguyên lí hoạt động có hai loại truyền dẫn trong WDM, đó là: truyền

dẫn một chiều và truyền dẫn hai chiều một sợi

Hình 2 : Mô hình WDM m5 ộ t hư ớng (a) và hai hướng (b)

So với hệ ố th ng WDM m t chi u, hệ ốộ ề th ng WDM hai chi u giảề m đư c số lượợ ng

b khuộ ếch đại và đường dây Tuy nhiên, hệ ống WDM hai chiều thường bị can nhiễu thnhiều kênh, ảnh hưởng ph n x quang, vả ạ ấn đ ềcách li giữa các kênh hai chiều, trị ố s và

loại hình xuyên âm,… đồng thời phải sử ụng bộ d khuếch đại quang hai chiều

28

2.2 Ưu điểm của hệ thống WDM

• Có khả năng tạo dung lượ ng l n ch trên một sợi quang, và có thể đạt ớ ỉdung lượng lớn hơn khi sử dụng kĩ thuật DWDM (Dense WDM: ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao)

• H thệ ống WDM thuận tiện khi cho phép truyền dẫn đồng thời tín hiệu không

đồng nh t ấ

• Có khả năng truyền dẫn tín hiệu hai chiều

2.3 Vấn đề tồn tại của hệ thống WDM và hướng giải quyết trong tương lai

Với hệ thống WDM, sợi quang cung c p cho chúng ta tấ ốc đ truyộ ền mong muốn nhưng băng thông mạng l i b gi i h n b i t c đ x lí các nút, do t c đ x lí các ạ ị ớ ạ ở ố ộ ử ở ố ộ ử ởnút được th c hi n bự ệ ằng điệ ửn t , mà t c đ ố ộ điệ ử ạn t l i thấp hơn rất nhi u so v i t c đ ề ớ ố ộthông tin truy n trong s i quang (ề ợ khoảng vài Gbps) Như vậy, tín hi u quang trên sệ ợi khi đến nút s ẽ được chuy n thành tín hiể ệu điện để th c hiệự n xử lí điện tử ự (s chuy n ể

đổi quang- điện O/E), sau đó được chuy n lể ại thành tín quang để truyền đi Điều này

đã làm giảm t c đ m ng, giố ộ ạ ải pháp đặt ra là xây d ng mự ạng mà trong đó tín hiệu được

x ử lí hoàn toàn trong miền quang, gọi là mạng toàn quang

Trong mạng toàn quang, dữ liệu đi từ nguồn đến đích hoàn toàn dưới dạng quang

mà không cần bất cứ sự chuyển đổi quang điện nào trên đường đi, việc điều khiển xử -

lí chuyển mạch cũng được thực hiện dưới dạng quang Tuy nhiên, mạng toàn quang hiện tại vẫn chưa được tiến hành thành công bởi những tồn tại của nó Các thiết bị logic hoàn toàn trong miền quang khó thực hiện hơn nhiều so với các thiết bị logic điện tử Bên cạnh đó, các trạm lặp bằng quang cũng rất khó thực hiện hơn nhiều so với các trạm lặp điện tử mặc dù các trạm lặp trong mạng toàn quang được đặt ở những khoảng cách định kì rất xa nhau

29

2.4 Các thành phần chính của hệ thống WDM

Cấu trúc của mạng WDM gồm có các thành phần: thiết bị đầu cuối OLT, các bộ ghép kênh xen/rớt quang OADM, các bộ kết nối chéo quang OXC liên kết với nhau qua các kết nối sợi quang Ngoài ra còn có bộ khuếch đại để bù suy hao trên đường truyền 2.4 .1 Thiết bị đầu cuối OLT

Thiết bị đầu cuối OLT (Optical Line Terminator) là thiết bị được dùng ở đầu cuối của một liên kết điểm nối đi m đ ể ể ghép và phân kênh các bước sóng Thiết bị đầ u cuối gồm có ba phần tử: bộ tiếp sóng (transponder), bộ ghép kênh các bước sóng (wavelength multiplexer) và bộ khuếch đại (optical amplifier)

B tiộ ếp sóng làm nhi m vệ ụ thích ứng tín hiệu đi vào từ ột ngườ m i sử ụ d ng mạng thành m t tín hi u phù hộ ệ ợp sử ụ d ng trong mạng Và ở hướng ngược lại nó làm thích

ứng tín hi u t mệ ừ ạng quang thành tín hiệ phù hợp với ngườ ử ụu i s d ng Giao di n gi a ệ ữngườ ử ụi s d ng và b ti p sóng có th ộ ế ể thay đổi dựa vào người sử ụng, tố d c đ bít và ộkhoảng cách hoặc suy hao giữa người dùng và bộ chuyển tiếp Giao diện phổ ến nhất bi

là giao di n SONET/SDH ệ

Hình 2 : OLT6

S thích ự ứng bao gồm nhiều chức năng, tín hiệu có thể được chuyển đổi thành bước sóng thích h p trong mạng quang, nó cũng có thể thêm vào các phợ ần đầu header

30

nhằm quản lí mạng Bộ ếp sóng cũng có thể giám sát tỉ ệ ỗi bit của tín h ệ ở điể ti l l i u m

đi vào và đi ra trong mạng Vì nh ng lí do này nên bữ ộ chuyển ti p th c hi n chuyế ự ệ ển

đổi quang- điện- quang

Ở hình trên, s làm thích ng ch ự ứ ỉ cho theo hướng đi vào và bước sóng ở hướng ngượ ại được l c g i tr c tiử ự ếp đến hướng người dùng Trong m t s ộ ố trường h p, ta có ợ

th ể tránh sử ụng bộ ếp sóng bằng cách thực hiện chức năng thích ứng bên trong thiết d ti

b ị người dùng, như phần tử mạng SONET như hình trên, điều này làm giảm được chi phí đáng kể

Tín hi u ra kh i bệ ỏ ộ ếp sóng đượ ti c ghép kênh với các tín hi u khác ệ ở các bư c ớsóng khác nhau sử ụ d ng bộ ghép kênh theo bước sóng trên m t s i quang Thêm vào ộ ợ

đó bộ khuếch đại có th ểđược dùng để khuếch đ i công suất lên nếu cần thiạ ết trước khi chúng được đưa đ n b phân kênh Nhế ộ ững bước sóng này lại được k t thúc trong m t ế ộ

b tiộ ếp sóng nếu có hoặc kết thúc trực tiếp trong thiết bị người sử ụ d ng

Cuối cùng OLT cũng kết thúc một kênh giám sát quang (OSC) OSC được mang bước sóng riêng l , khác vớẻ i các bước sóng mang lưu lượng th c sự ự Nó dùng để giám sát vi c th c hi n cệ ự ệ ủa các bộ khuếch đại dọc theo liên kết cũng như cho các chức năng

quản lí khác

2.4 .2 Bộ ghép kênh xen/rớt quang OADM

B ộ ghép kênh xen/rớt quang cung c p mấ ột phương tiện điều khiển lưu lượng trong

mạng OADM có thể được dùng ở các vị trí khuếch đại trong các mạng đường dài nhưng cũng có thể s d ng nhử ụ ở ững phần tử ạng độc lậ m p Để hiểu được lợi ích của

b xen/rộ ớt quang, ta xét một mạng giữa ba node A, B và C như hình vẽ dưới, lưu lượng m ng giạ ữa A và C đi qua node B, giả thi t các tuy n liên k t hoàn toàn song ế ế ếcông

Với giải pháp trong hình (b), thay vì sử ụ d ng các hệ ống WDM điể th m nối điểm, ta triển khai một mạng định tuyến bước sóng Mạng sử ụng một OLT ở node A và C, d

một OADM ở node B OADM rớt một trong bốn bước sóng, sau đó kết thúc ở các transponder Ba bước sóng còn lại đi xuyên qua trong miền quang mà không c n k t ầ ếthúc trong các transponder Điều này thấy được hi u quệ ả là ch s dỉ ử ụng hai transponder thay vì sử ụng đến tám transponder như giải pháp (a), do đó giảm đượ d c chi phí đáng kể

32

Hình 2 : Vai trò c a OADM trong m7 ủ ạng

Câu hỏi đặt ra là tại sao các bộ ế ti p sóng c n thiầ ế ở ải pháp (a) để điềt gi u khiển lưu lượng đi qua Nói cách khác là tại sao chúng ta không đơn giản lo i b các b ti p ạ ỏ ộ ếsóng và thực hiện kết nối trực tiếp các bộ ghép kênh và tách kênh WDM giữa hai bộ

ti p sóng ế ở node B như trong hình (b), hơn là thiế ế ột k m t OADM riêng bi t Đi u này ệ ề

là có thể, các OLT được thi t kế ế để ổ ợ h tr khả năng này Lớp vật lí được xây d ng ựtrong các m ng phạ ức tạp hơn nhiều các hệ ống điể th m nối điểm

33

Hình 2 : Các ki n trúc OADM8 ế

Ở hình 2.8(a), m t s ộ ố kênh được ch n có th ọ ể được tách ra và nh ng kênh khác ữđược đi qua Vì thế không có s ràng buộc trên các kênh đượ ớự c r t và xen Vì vậy cấu trúc này áp đặt nh ng ràng bu c nh nh t trong vi c thi t l p các lightpath trong ữ ộ ỏ ấ ệ ế ậ

mạng Ngoài ra suy hao qua OADM cố định, độc lập với số kênh được rớt và xen là bao nhiêu Tuy nhiên ki n trúc này lế ại không hiệu quả ề v chi phí trong việc điều khiển

một số nh ỏ các kênh được rớt, vì bất kể bao nhiêu kênh được rớt, tất cả ác kênh đều ccần phải được tách và ghép lại với nhau Do đó ta phải tốn chi phí cho việc tách và ghép cho t t cấ ả những kênh đi vào Điều này cũng dẫn đến suy hao cao hơn Tuy nhiên khi m t sộ ố lượng lớn số kênh được rớt và linh ho t trong vi c thêm vào hoạ ệ ặc lấy ra bất

c ứ kênh nào thì cấu trúc này cũng cho ta hiệu quả kinh tế

34

Hình 2.8(b) là sự ả c i ti n c a hình 2.8(a) nh m gi m chi phí thi t k trên, vi c ghép ế ủ ằ ả ế ế ệ

và tách kênh được th c hiự ện qua hai giai đoạn Giai đoạn th nhứ ất tách riêng các bước sóng thành nh ng dữ ải (bands), giai đoạn th hai tách nh ng dứ ữ ải thành các bước sóng riêng l Ví dẻ ụ như hệ thống 16 kênh, có thể ự th c hi n sệ ử ụ d ng b n d i, mố ả ỗi dả ồm i g

bốn kênh Nếu chỉ có bốn kênh được rớ ởt một v trí, thì 12 kênh có thểị gi nguyên ữtrong các d i, thay vì ph i tách xu ng thành t ng kênh riêng lả ả ố ừ ẻ Điều này cho th y ta ấ

đã tiết kiệm được chi phí cho b MUX và DEMUX Ngoài ra, vi c s d ng các d i ộ ệ ử ụ ảcho phép tín hiệu được đi qua với suy hao quang thấp hơn Khi mạng có s kênh lố ớn thì c u trúc hình 2.8(b) ghép kênh nhiấ ều giai đoạn tr nên c n thiở ầ ết

Trong cấu trúc hình 2.8(c), một kênh riêng lẻ được tách và ghép từ một tập các kênh đi vào Ta gọi thiết bị này là bộ xen rớt đơn kênh (SC OADM) Để tách và ghép nhiều - kênh thì các SC - OADM được nối liên tiếp nhau Kiến trúc này bổ sung cho kiến trúc của hình 2.8(a) Việc tách và ghép kênh ảnh huởng đến các kênh đang tồn tại, nên nhằm giảm tối thiểu ảnh hưởng này thì lên kế hoạch tập bước sóng nào cần được lấy ra

ở từng vị trí Tuy nhiên nếu số kênh cần được tách ra là lớn thì kiến trúc này không còn phù hợp nữa, do chúng ta phải sử dụng nhiều thiết bị riêng lẻ nối lại với nhau Điều đó cho thấy nó không hiệu quả về kinh tế Ngoài ra suy hao cũng gia tăng theo 2.4 .3 Bộ khuếch đại quang

Nhằm bù lại sự suy hao tín hiệu trên đường truyền sợi quang cũng như tại các thiết bị (như các bộ ghép kênh) thì các bộ khuếch đại được đặt giữa các kết n i số ợi quang nhở ững khoảng cách định kì Trước khi các bộ khuếch đại quang ra đời thì lựa chọn duy nh t là tái t o l i tín hi u, nấ ạ ạ ệ ghĩa là nhận tín hiệu và sau đó phát lại nó Quá trình này được th c hi n b ng các b l p tái sinh M t b l p chuy n tín hi u quang ự ệ ằ ộ ặ ộ ộ ặ ể ệthành tín hiệu điện, khôi phục sau đó chuyển lại thành tín hiệu quang để truyền tiếp Điều này h n ch tính trong su t và tạ ế ố ăng chi phí bảo trì c a h th ng ủ ệ ố

35

Kĩ thuật khuếch đại quang chiếm ưu thế hơn nhi u các bộ ặề l p Bộ khuếch đại quang không phụ thu c vào tốộ c đ ộ bit và các định d ng tín hi u M t hạ ệ ộ ệ ố th ng sử ụ d ng khuếch đại quang có thể d ễ nâng cấp hơn nhiều, ví dụ đế n mộ ốt t c đ ộ bit cao hơn mà không c n ph i thay thầ ả ế b khuộ ếch đại Hơn nữa các bộ khu ch đế ại quang có băng thông l n nên có thớ ể được dùng để khuếch đại đồng th i nhi u tín hi u WDM Nờ ề ệ ếu không v i mớ ỗi bước sóng ta ph i sả ử ụ d ng một bộ ặ l p

Loại khuếch đại quang điển hình là bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier - khuếch đại quang s i có pha t p Erbium).ợ ạ

B ộ EDFA thực chất là sợi quang có pha tạp có chức năng khuếch đại được tín

hiệu ánh sáng, chúng có thể thay đổi các đ c tính vật lí của sợi theoặ nhiệt độ, áp suất

và chúng có tính chất bức xạ ánh sáng Đặc điểm của sợi này là chúng có khả năng tựkhuếch đại hoặc tái tạo tín hiệu khi có kích thích phù hợp

Hình 2 : EDFA9Theo hình vẽ thì ánh sáng bơm vào từ laser được kế ợt h p v i tín hi u vào nhớ ệ ờ ử s

dụng bộ ghép WDM trên hệ thống sử ụng một bộ ghép Ánh sáng bơm này được dtruyền dọc theo sợi có pha Eribium và tín hiệu bơm này kích thích các các ion Eribium lên mức năng lượng cao hơn Sự dịch chuyển mức năng lượng của đi n tử ừ cao ệ t

36

xuống thấp sẽ phát ra photon, được gọi là bức xạ ự phát nếu không có bất cứ tác độ t ng nào t phía bên ngoài, còn gừ ọi là bức xạ kích thích khi do sự có mặt các photon chứa năng lượng bằng năng lượng d ch chuy n Khi tín hi u d liị ể ệ ữ ệu được truyền đến EDFA, tín hi u dệ ữ ệu này đế li n gặp các ion ErP

3+

P đã được kích thích ở mức năng lượng cao Quá trình này làm cho các ion nh y tả ừ ạng thái năng lượ tr ng cao xu ng m c tr ng thái ố ứ ạnăng lượng th p nên phát ra photon, do đó sẽấ khuếch đại công su t tín hiấ ệu lên rồi truyền đi tiếp trong sợi quang

EDFA có các đặc điểm sau:

• Không có mạch tái t o th i gian, m ch ph c h i (b chuyạ ờ ạ ụ ồ ộ ển đổi O/E và E/O).Do đó mạch s tr nên linh hoẽ ở ặc hơn

• Công suất ngu n nuôi nh nên khi áp d ng cho các tuyồ ỏ ụ ến thông tin vượt

biển, cáp sẽ có cấu trúc nhỏ và nhẹ hơn cáp thường

• Giá thành của h th ng th p do c u trúc cệ ố ấ ấ ủa EDFA đơn giản, trọng lượng

nhỏ, khoảng lặp và dung lượng truyền dẫn được nâng cao

Ngoài ra do EDFA có khả năng khuếch đại nhiều bước sóng trong cùng một sợi nên nó có khả năng tăng dung lượng tốc đ lên đến 20Gbps hoặc cao hơn khi sử ụộ d ng

với một bộ khuếch đại, hai đầu cuối của vùng tích cự được phủc một lớp không ph n ả

x loạ để ại bỏ ợn sóng trong độ ợi bộ g l khuếch đại

2.4.4 Bộ kết nối chéo quang OXC

37

Hình 2 : M10 ạng WDM định tuyế n bư c ớ song và OXCTrong mạng định tuyến bước 37ong WDM, ởhình trên g m có hai lo i node là: ồ ạOXC và Edge node OXC là node mà đóng vai trò kế ốt n i các s i quang trong m ng ợ ạEdge node đóng vai trò cung cấp giao di n gi a nh ng h th ng k t cu i phi quang ệ ữ ữ ệ ố ế ố(như là các IP Router, chuyển m ch ATM, hay các siêu máy tính) vạ ới lõi quang Các Edge node thường n m u cu i c a h thằ ở đầ ố ủ ệ ống và các lightpath được thi t l p gi a ế ậ ữhai edge node qua các node trung gian như hình trên Đây được mong đợi mang l i c u ạ ấtrúc của mạng toàn quang, thông tin truyền đi trên lightpath không cần sự chuyển đổi nào t tín hiừ ệu điện sang quang hoặc ngược lại từ quang sang tín hiệu điện

OXC cung c p chấ ức năng chuyển mạch và định tuyến để ổ ợ h tr các liên k t logic ế

giữa hai Edge Một OXC làm nhiệm vụ truyền thông tin trên mỗi bước 37ong m t ở ộ

đầu vào và nó có th chuy n mể ể ạch đến m t c ng ra riêng bi t M t OXC v i N c ng ộ ổ ệ ộ ớ ổvào- N cổng 37ong37 các cổng này có khả năng xử lí W bước 37ong trên mỗi cổng OXC ( optical cross connect) là thành phần 37ong để điều khiển các cấu trúc mắt lưới

phức tạp và ột số lượng lớm n các bư c ớ 37ong OXC là thành phần mạng chính cho phép c u hình l i m ng quang, mà ấ ạ ạ ở đó các lightpath có thể thi t l p và k t thúc khi ế ậ ế