CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP.doc

CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌCĐề tài:

CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP

TRÊN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGNCỦA TỔNG CÔNG TY BCVT VIỆT NAM

Người hướng dẫn: TS Hoàng Văn VõNgười thực hiện: Nguyễn Thị Yến

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌCCÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP

TRÊN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGNCỦA TỔNG CÔNG TY BCVT VIỆT NAM

Người thực hiện: Nguyễn Thị Yến

-o0o -ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Yến

Tên đề tài:

Các phương thức tích hợp IP trên quang và ứng dụng trong NGNcủa Tổng công ty BCVT Việt Nam

Nội dung đồ án:

• Tổng quan

• Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

• Internet Protocol – IP

• Các phương thức tích hợp IP trên quang

• Ứng dụng IP trên quang trong NGN của Tổng công ty BCVT Việt Nam

Ngày giao đề tài:

Ngày nộp đồ án:

Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Giáo viên hướng dẫn

TS Hoàng Văn Võ

Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Giáo viên hướng dẫn

TS Hoàng Văn Võ

CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG 13

2.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM 13

2.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM 15

4.5 Công nghệ Ethernet quang (Gigabit Ethernet- GbE) 78

4.6 Kỹ thuật MPLS để truyền dẫn IP trên quang 79

4.7 GMPLS và mạng chuyển mạch quang tự động (ASON) – Hai mô hình cho mảng điều khiển quang tích hợp với công nghệ IP 85

4.8 Công nghệ truyền tải gói động (DPT) 91

4.9 Phương thức truyền tải gói đồng bộ động (DTM) 92

4.10 Kiến trúc IP/SDL/WDM 94

4.11 Kiến trúc IP/WDM 95

CHƯƠNG 5: 109

ỨNG DỤNG IP TRÊN QUANG TRONG NGN 109

CỦA TỔNG CÔNG TY BCVT VIỆT NAM 109

5.1 Mạng thế hệ sau (NGN) của Tổng công ty 109

5.2 Phân tích và đánh giá các phương thức tích hợp IP trên quang 113

5.3 Tình hình triển khai IP trên quang của Tổng công ty 118

5.4 Đề xuất phương án IP trên quang cho Tổng công ty trong những năm tới 120

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ASE Amplified Spontanous Emission Bức xạ tự phát có khuếch đại

CR-LDP Constain-based Routing using Lable Distribution Protocol

Định tuyến và sử dụng giao thức phân phối nhãn

Ghép kênh bước sóng mật độ cao

HDLC High-level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức cao

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet

Giao thức quản lý nhóm

Liên hiệp viễn thông quốc tế

cao

LSP Lable Switch Path Đường chuyển mạch nhãn

MPλS MultiProtocol Lambda Switching Chuyển mạch bước sóng đa giao thức

OAM&P Operation, Administation, Maintaince and Provisioning

Các chức năng vận hành, quản lý, bảo dưỡng và giám sát

Kết nối dịch vụ miền quang

O-UNI Optical User-Network Interface Giao diện mạng-người sử dụng

PDH Plesiochronous Digital Hierarche Phân cấp số cận đồng bộ

PSTN Public Switching Telephone Network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức chiếm tài nguyên

SAPI Service Access Point Identifier Chỉ thị điểm truy cập dịch vụ

SLA Semiconductor Laser Amplifier Bộ khuếch đại laser bán dẫn

SPM Self Pulse Modulation Hiệu ứng tự điều chế pha

SRS Stimulated Raman Scattering Hiệu ứng tán xạ bị kích thích Raman

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

VBR-rt Variable Bit Rate-real time Tốc độ bit khả biến-thời gian thực

Lời nói đầu

Internet đã làm một cuộc cách mạng hoá đến rất nhiều khía cạnh trong cuộc sống của chúng ta Nó đã ảnh hưởng đến cách mà chúng ta kinh doanh cũng như cách mà chúng ta giải trí Nó làm thay đổi hẳn các hoạt động mang tính chất truyền thống của con người Bằng cách sử dụng Internet người ta có thể đọc một tờ báo ở một thành phố rất xa, hoặc tìm kiếm một bộ phim hành động đang chiếu ở đâu đó, nói chuyện với một người lạ ở bất kỳ nơi nào người ta muốn, hoặc so sánh giữa các cửa hàng với nhau về một sản phẩm nào đó (ví dụ như một chiếc máy tính)… Chính sự đơn giản trong sử dụng, đa dạng trong số các dịch vụ cung cấp và tương đối rẻ so với các loại hình thức dịch vụ khác, Internet đã phát triển một cách mạnh mẽ và nhanh chóng tại các quốc gia trên thế giới.

Bên cạnh đó, các nhà cung cấp dịch vụ ngày càng cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng Các loại hình dịch vụ như: thoại, âm thanh, hình ảnh đều có thể sử dụng giao thức Internet (IP) nhờ tính phổ thông và giá thành rẻ của nó Mỗi loại dịch vụ đều có một yêu cầu về băng thông, tốc độ truyền dẫn, QoS…phục vụ nhu cầu của người sử dụng.

Nhu cầu lưu lượng tăng mạnh do sự bùng nổ của các loại hình dịch vụ Internet và các dịch vụ băng rộng đã tác động mạnh mẽ tới việc cải tiến, xây dựng cấu trúc mạng viễn thông Việc xây dựng mạng thế hệ sau (NGN) là một giải pháp hữu hiệu nhằm thoả mãn nhu cầu của mạng lưới Trong cấu trúc NGN, lớp truyền tải là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụ truyền dẫn thông suốt lưu lượng trao đổi thông tin của người dùng với tất cả các loại hình dịch vụ trên mạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là huyết mạch chính Để thoả mãn việc thông suốt lưu lượng với băng tần lớn, các hệ thống truyền dẫn thông tin quang được sử dụng nhờ các ưu điểm nổi bật của nó Mặt khác, công nghệ WDM được xem là công nghệ quan trọng và hiệu quả nhất cho đường truyền dẫn Công nghệ WDM đã và đang cung cấp cho mạng lưới khả năng truyền dẫn cao trên băng tần cực lớn Với công nghệ WDM, nhiều kênh quang, thậm chí tới hàng ngàn kênh quang, truyền đồng thời trên một sợi, trong đó mỗi kênh quang tương ứng một hệ thống truyền dẫn độc lập tốc độ nhiều Gbps Hơn nữa, sự ra đời phiên bản mới IPv6 và các công nghệ như: chuyển mạch quang, GbE…là cơ sở để xây dựng một mạng thông tin toàn quang Với tốc độ truyền dẫn ánh sáng và dung lượng truyền dẫn có thể đạt tới tốc độ nhiều Gbps hoặc Tbps trong các mạng toàn quang này, khối lượng lớn các tín hiệu quang được truyền dẫn trong suốt từ đầu đến cuối.

Do đó, việc ứng dụng kỹ thuật IP over Optical là một xu hướng tất yếu của các mạng viễn thông hiện nay Để tìm hiểu và nghiên cứu kỹ thuật này, đồ án tốt nghiệp của em với đề tài “Các phương thức tích hợp IP trên quang và ứng dụng trong NGN của Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam” sẽ trình bày tổng quan các phương thức

hướng đến công nghệ IP trên quang bằng cách sử dụng lại các công nghệ hiện có như: PDH, SDH, ATM…và sử dụng các công nghệ mới như: DTM, SDL…Qua đó đánh giá về QoS của các phương thức và trình bày công nghệ được ứng dụng trong mạng viễn thông hiện nay.

Nội dung của đề tài được chia thành 5 chương như sau:

- Chương 1: Giới thiệu chung về sự phát triển của Internet, công nghệ truyền dẫn

Đánh giá sơ bộ về ưu điểm và nhược điểm của các mô hình truyền dẫn IP trên quang Yêu cầu đối với việc truyền dẫn IP trên quang.

- Chương 2: Trình bày về công nghệ ghép kênh theo bước sóng, các thiết bị của

hệ thống và yêu cầu đối với các thiết bị này Và một số chú ý khi sử dụng công nghệ DWDM.

- Chương 3: Tìm hiểu về giao thức IP với hai phiên bản là IPv4 và IPv6 Bao

gồm: khuôn dạng gói tin, quá trình phân mảnh và tái hợp, định tuyến, đặc tính vượt trội của IPv6 so với IPv4 và sự chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6.

- Chương 4: Nghiên cứu các phương thức truyền dẫn IP trên quang Đặc biệt lưu

ý giai đoạn cuối cùng - truyền dẫn IP datagram trực tiếp trên quang: nguyên lý, kiến trúc, các yêu cầu đối với hệ thống.

- Chương 5: Phân tích và đánh giá các giải pháp đã trình bày ở chương 4 Tìm

hiểu nguyên tắc tổ chức và phương thức ứng dụng trong NGN của TCT.

Do hạn chế về thời gian và năng lực nên nội dung của đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn Em mong quý Thầy, Cô giáo và các bạn quan tâm, đóng góp ý kiến thêm.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Hoàng Văn Võ đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trong khoa Viễn thông I - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông; các anh, chị trong Trung Tâm ứng dụng công nghệ mới - Viện Khoa Học Kỹ Thuật Bưu Điện; các anh, chị trong Trung Tâm Viễn Thông Khu Vực I, VTN đã cung cấp tài liệu và có những lời khuyên bổ ích giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài này!

Hà Đông, tháng 11 năm 2005

Sinh viên

Nguyễn Thị Yến

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN

Trong những năm cuối thế kỷ 20 đầu thế kỷ 21, công nghệ truyền thông, tin học đã có những bước phát triển mạnh mẽ và đã có những ảnh hưởng sâu sắc đến đời sống kinh tế xã hội Sự phát triển này làm thay đổi hẳn cách sống và cách làm việc của con người và đã đưa loài người sang một kỷ nguyên mới - kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức.

Khi công nghệ viễn thông và tin học phát triển đến trình độ cao, chúng luôn luôn tác động và hỗ trợ cho nhau cùng phát triển Quá trình này dẫn đến sự hội tụ của công nghệ viễn thông và tin học, tạo nên một mạng truyền thông thống nhất đáp ứng mọi nhu cầu dịch vụ đa dạng, phong phú của xã hội Mạng viễn thông thống nhất có xu thế toàn cầu hoá với mục tiêu phát triển:

- Công nghệ hiện đại.- Chất lượng tiên tiến.

- Khai thác đơn giản, thuận tiện.

- Chuẩn hoá quốc tế và đạt được hiệu quả kinh tế cao.

Chính vì thế, cần có một phương thức truyền dẫn mới ra đời có khả năng đáp ứng được các yêu cầu này

1.1 Xu hướng tích hợp IP trên quang

1.1.1 Sự phát triển của Internet

a) Về mặt lưu lượng

Thoại là hình thức thông tin đã xuất hiện từ lâu và ngày nay lưu lượng thoại đang đi vào trạng thái ổn định mà trong quá trình phát triển khó có thể có được sự đột biến nào Trong khi đó, xã hội loài người đang chuyển sang xã hội thông tin, nhu cầu trao đổi số liệu lớn nên lưu lượng số liệu ngày càng cao Sự ra đời và phổ biến của mạng Internet đã khiến cho nhu cầu trao đổi thông tin tăng, dẫn đến bùng nổ lưu lượng Internet Theo số liệu thống kê trên thế giới trong 5 năm qua, lưu lượng Internet đã tăng 86% mỗi năm, hơn 6 lần tốc độ phát triển của lưu lượng thoại Hiện nay, khoảng 45% dân số EU kết nối Internet Các nước Châu Á tuy tỷ lệ kết nối Internet hiện còn thấp, nhưng trong một vài năm tới sẽ tăng rất nhanh, đặc biệt là các thị trường tiềm năng như Trung Quốc và Ấn Độ.

Ngoài ra, ngày nay giao thức IP không chỉ còn sử dụng để truyền dẫn số liệu cho mạng Internet mà nó còn được sử dụng để truyền dẫn các loại lưu lượng khác nhau như thoại, video là các dịch vụ với QoS cao Vì vậy, phương thức truyền dẫn phải có dung lượng lớn và chất lượng cao.

b) Về mặt công nghệ

Các tổ chức viễn thông quốc tế đã khuyến nghị nhiều công nghệ truyền dẫn số liệu khác nhau Sử dụng giao thức X.25 để truyền dẫn có nhược điểm là thời gian trễ lớn do có nhiều thủ tục quản lý, sửa lỗi, phát lại gói tin và cần thiết lập liên kết trước khi truyền, các liên kết này được dùng riêng nên hiệu suất sử dụng không cao X.25 có thông lượng tối đa là 64 Kbps nên không đáp ứng được truyền thông đa phương tiện.

Để khắc phục, giao thức Frame Relay ra đời cho phép thông lượng đạt tới 2 Mbps Đồng thời nó còn giảm thời gian trễ vì không có chức năng sửa lỗi, gói tin hỏng sẽ bị loại bỏ, việc kiểm tra gói tin được thực hiện tại từng node trên đường truyền và khi gói tin bị hỏng sẽ bị loại bỏ ngay và các gói sau sẽ được phát tiếp Đến đích, gói nào thiếu mới yêu cầu phát lại.

IP băng hẹp sử dụng mã hoá vi sai nên với cùng một tốc độ truyền dẫn thì lượng thông tin truyền đi nhiều hơn Trong khi đó, IP băng rộng ra đời sẽ cung cấp phương thức truyền dẫn có băng thông rộng, truyền được tất cả các nhu cầu dịch vụ của xã hội như truyền hình, hội nghị truyền hình, giao dịch điện tử, mua hàng tại nhà, truy cập thông tin

Công nghệ truyền dẫn IP có nhiều điểm ưu việt so với chuyển mạch kênh truyền thống, cụ thể: nó là hình thức truyền dẫn thông tin theo các gói nên định tuyến các gói tin là độc lập nhau, hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng cao, quản lý đơn giản, khai thác dễ dàng và nó sẽ là xu hướng phát triển tất yếu.

1.1.2 Sự phát triển của công nghệ truyền dẫn

Có nhiều hình thức để truyền dẫn tín hiệu từ đầu cuối đến đầu cuối Các phương thức truyền thống chính là sử dụng cáp Đầu tiên là sử dụng cáp đồng Đây là hình thức truyền dẫn đơn giản nhất nhưng lại bộc lộ nhiều nhược điểm như: băng thông hẹp, tốc độ thấp, chịu ảnh hưởng của sóng điện từ Hiện nay, cáp đồng chỉ còn được sử dụng để truyền dẫn ở cự ly ngắn, dung lượng ít Để cải thiện chất lượng truyền dẫn, người ta sử dụng cáp đồng trục Tuy cáp đồng trục đã hạn chế được sự ảnh hưởng của sóng điện từ nhưng băng thông và tốc độ truyền dẫn thì vẫn không đáp ứng được nhu cầu phát triển Các hệ thống truyền dẫn vô tuyến như vi ba số, vệ tinh cũng đã ra đời nhưng chất lượng

của các phương pháp truyền dẫn này lại phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện của môi trường như: nhiệt độ, mưa, độ ẩm Vì thế, chất lượng đường truyền không ổn định.

Khi truyền dẫn cáp sợi quang ra đời đã đem đến một phương pháp truyền dẫn mới có băng thông rộng, tốc độ cao và chất lượng truyền dẫn tốt vì ít chịu ảnh hưởng của sóng điện từ cũng như các điều kiện của môi trường xung quanh Ngoài ra, các hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM cũng đang được ứng dụng trên mạng, có khả năng đáp ứng được tất cả các yêu cầu của người sử dụng cũng như của các nhà cung cấp DWDM còn cho phép ghép nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, như vậy giá thành sẽ giảm trong khi dung lượng của hệ thống là rất lớn, đáp ứng được sự bùng nổ thông tin ngày nay DWDM là lựa chọn tất yếu cho các mạng truyền dẫn.

1.1.3 Nỗ lực của các nhà cung cấp và các tổ chức

Bên cạnh nhu cầu lắp đặt các modul định tuyến IP, đã có một số tham luận trong lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật đề cập đến những nỗ lực nhằm kết hợp IP với công nghệ quang Ví dụ, đối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) cần có độ rộng băng thông cho phép ghép kênh tăng dung lượng, vì thế có thể sử dụng biện pháp như ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM để đáp ứng được các yêu cầu truyền tải lưu lượng lớn mạng DWDM cho phép ghép STM-16 (2,5 Gbps) hay STM-64 (10 Gbps) kênh thoại trên các bước sóng để truyền dẫn song song trên một sợi cáp quang.

ISP còn dùng công nghệ quang có chi phí thấp để truyền toàn bộ các gói IP kích thước lớn dưới dạng quang trong suốt qua các điểm trung chuyển mà không phải chuyển đổi lại (không cần chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, xử lý tại tầng IP và chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu quang cho bước tiếp theo trên tuyến) Các nhà cung cấp luôn mong muốn thúc đẩy việc hoàn thiện cơ cấu kỹ thuật lưu lượng IP để nhanh chóng xây dựng các chức năng cho tầng quang nhằm đáp ứng được yêu cầu tăng số địa chỉ dự phòng Công nghệ truyền tải quang còn có kỹ thuật bảo vệ và khôi phục dữ liệu một cách nhanh chóng Đây là vấn đề mà các ISP rất quan tâm khi họ muốn truyền được nhiều dữ liệu có tính khẩn cấp cao.

Mặt khác, một số nhà cung cấp cho rằng các chức năng của tầng truyền dẫn đồng bộ ATM hay tầng SDH - các thành phần chính trong cơ sở hạ tầng của nhiều mạng - sẽ không cần thiết khi có các chức năng tương tự hay tốt hơn được thực hiện nhờ sự liên kết của tầng IP và tầng quang Việc loại bỏ một tầng tương ứng với việc loại bỏ phần cứng và chi phí vận hành của nó; do đó, cơ sở hạ tầng của mạng sẽ có giá thành thấp và ít phức tạp hơn Tất nhiên nó không đúng cho mọi trường hợp, cụ thể là đối với các nhà cung cấp còn sử dụng các dịch vụ ATM hay TDM.

Các hoạt động giúp cho việc thống nhất công nghệ IP và công nghệ quang thực hiện tốt hơn vẫn chưa được nói đến nhiều từ trước đến nay Loại router có card đường dây cung cấp OC-192/STM-64 đã được sản xuất và sử dụng trong một số mạng Một họ thiết bị mạng mới đã ra đời gọi là các bộ định tuyến theo bước sóng Những thiết bị này dùng giao thức định tuyến động giả IP để tạo và chuyển mạch một số lượng lớn các kết nối quang.

Tổ chức IETF đang giải quyết một số công việc để tìm ra những cách tốt hơn nhằm thực hiện truyền dẫn IP trên mạng quang Đáng chú ý hơn, nhóm làm việc về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MultiProtocol Label Switching) đã đề xuất việc mở rộng để có thể thực hiện được tại các kết nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) và được gọi là chuyển mạch bước sóng đa giao thức MPλS (MultiProtocol Lambda Switching).

Ngoài ra, còn có các tổ chức khác và các Liên đoàn công nghiệp đang sử dụng các

giao thức chuẩn cho phép các thực thể client (ví dụ như Router IP) báo hiệu và thiết lập

kết nối qua mạng truyền tải quang (OTN) Các nhóm này bao gồm: Diễn đàn kết nối mạng quang (OIF), Kết nối song hướng dịch vụ miền quang (ODSI) và Liên hiệp viễn thông quốc tế (ITU).

Hạ tầng cơ sở của mạng truyền thông trong tương lai, đặc biệt là trong xã hội thông tin, thì IP trên DWDM là tất yếu Trên cơ sở IP trên DWDM sẽ đáp ứng được các nhu cầu dịch vụ phong phú, đa dạng cũng như đảm bảo được chất lượng dịch vụ Vì thế, IP trên DWDM đang nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất cũng như các tổ chức viễn thông trên thế giới.

1.2 Quá trình phát triển

1.2.1 Các giai đoạn phát triển

Do sự phát triển về công nghệ còn nhiều hạn chế mà kỹ thuật IP over Optical không thể thực hiện ngay lập tức các gói IP trực tiếp trên quang Để đạt được kỹ thuật này cần phải trải qua một quá trình phát triển Quá trình này được chia ra làm 3 giai đoạn phát triển và được minh hoạ trong hình 1.1

1 Giai đoạn I: IP over ATM

Đây là giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải IP trên quang Trong giai đoạn này, các IP datagram trước khi đưa vào mạng truyền tải quang (OTN) thì phải thực hiện chia cắt thành các tế bào ATM để có thể đi từ nguồn tới đích Tại chuyển mạch ATM cuối cùng, các IP datagram mới được khôi phục lại từ các tế bào.

Đây là giai đoạn đầu tiên nên có đầy đủ các tầng IP, ATM và SDH, do đó chi phí cho lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng là tốn kém nhất Tuy nhiên, khi mà công nghệ của các router còn nhiều hạn chế về mặt tốc độ, dung lượng thì việc xử lý truyền dẫn IP trên quang thông qua ATM và SDH vẫn có lợi về mặt kinh tế.

2 Giai đoạn II: IP over SDH

IP over SDH là giai đoạn tiếp theo trong tiến trình phát triển hướng tới mạng Internet quang – mô hình này đã được sử dụng trong nhiều mạng thực tế hiện nay Trong hình vẽ này, tầng ATM đã bị loại bỏ và các IP datagram được chuyển trực tiếp xuống tầng SDH Như vậy, đã loại bỏ được các chức năng, sự hoạt động và chi phí bảo dưỡng cho riêng mạng ATM Điều này có thể thực hiện được bởi công nghệ router đã có những ưu điểm vượt trội so với chuyển mạch ATM về mặt tính năng, dung lượng và còn vì router IP là phương tiện có chức năng định hướng cho đơn vị truyền dẫn ưu việt: IP datagram.

Ngoài ra, việc có thêm kỹ thuật MPLS bổ sung vào tầng IP sẽ xuất hiện hai khả năng mới Đầu tiên, nó cho phép thực hiện kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả năng thiết lập kênh ảo VC - giống như các đường cụ thể trong mạng chỉ gồm các router IP Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiển ra khỏi mặt định hướng nên cho phép giao thức điều khiển IP quản lý trạng thái thiết bị mà không yêu cầu xác định rõ biên giới của các IP datagram (như trong chuyển mạch ATM đòi hỏi phải xác định rõ biên giới của từng tế bào) Như vậy, có thể dễ dàng xử lý đối với các IP datagram có độ dài thay đổi.

3 Giai đoạn III: IP over Optical

Trong giai đoạn này, tầng SDH cũng bị loại bỏ và IP datagram được chuyển trực tiếp xuống tầng quang Việc loại bỏ tầng ATM và tầng SDH đồng nghĩa với việc có ít phần tử mạng phải quản lý hơn Sự kết hợp IP phiên bản mới với khả năng khôi phục của tầng quang, các thiết bị OAM&P và chức năng định tuyến phân bố đã tạo ra khả năng phục hồi, phát hiện lỗi và giám sát nhanh Một điểm mới là với cấu trúc khung gọn nhẹ có thể thay thế cho các chức năng mà các khung SDH thực hiện trong các kết nối Och Sự tồn tại của hàng loạt giao thức kỹ thuật lưu lượng MPLS (MPLS TE) đã mở

rộng khả năng hoạt động cho mạng quang và tầng IP, đặc biệt là các router IP ngày nay có thể giao diện trực tiếp với mạng quang.

Thông qua 3 giai đoạn phát triển trên ta thấy rằng càng các giai đoạn về sau thì các tầng ATM, SDH càng giảm do ít sử dụng vì một số hạn chế vốn có của nó trong khi yêu cầu về chất lượng dịch vụ càng ngày càng tăng, còn DWDM càng tăng lên do có những ưu điểm ưu việt cho việc tích hợp các gói tin IP trên quang Trong quá trình đó xuất hiện một số công nghệ mới hỗ trợ cho việc phát triển truyền dẫn cho quá trình tích hợp IP trên quang như GMPLS, DTM, GbE Trong phần tiếp theo sẽ nghiên cứu mô hình phân lớp của chúng.

1.2.2 Mô hình phân lớp của các giai đoạn phát triển

Hình 1.2 minh hoạ mô hình phân lớp của các giai đoạn phát triển.

Tầng OTN là lớp mạng truyền tải quang, nó bao gồm các lớp sau:

• Lớp kênh quang (Och): định nghĩa một kết nối quang (đường tia sáng) giữa hai

thực thể client quang Lớp kênh quang là sự truyền dẫn trong suốt các tin tức dịch vụ từ

đầu cuối đến đầu cuối (Kênh quang Och tương đương với một bước sóng trong DWDM) Nó thực hiện các chức năng sau: định tuyến tin tức của thuê bao khách hàng, phân phối bước sóng, sắp xếp kênh tín hiệu quang để mạng kết nối linh hoạt, xử lý các thông tin phụ của kênh tín hiệu quang, đo kiểm lớp kênh tín hiệu quang và thực hiện chức năng quản lý Khi phát sinh sự cố, thông qua việc định tuyến lại hoặc cắt chuyển dịch vụ công tác sang tuyến bảo vệ cho trước để thực hiện đấu chuyển bảo vệ và khôi phục mạng.

• Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS): định nghĩa việc kết nối và xử lý trong nội

bộ ghép kênh hay một nhóm các kết nối quang ở mức kênh quang Och (OMS còn được gọi là một nhóm bước sóng truyền trên cáp sợi quang giữa hai bộ ghép kênh DWDM) Nó đảm bảo truyền dẫn tín hiệu quang ghép kênh nhiều bước sóng giữa hai thiết bị truyền dẫn ghép kênh bước sóng lân cận, cung cấp chức năng mạng cho tín hiệu nhiều bước sóng OMS có các tính năng như: cấu hình lại đoạn ghép kênh quang để đảm bảo mạng định tuyến nhiều bước sóng linh hoạt, đảm bảo xử lý hoàn chỉnh tin tức phối hợp của đoạn ghép kênh quang nhiều bước sóng và thông tin phụ của đoạn ghép kênh quang, cung cấp chức năng đo kiểm và quản lý của đoạn ghép kênh quang để vận hành và bảo dưỡng mạng.

• Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS): định nghĩa cách truyền tín hiệu quang trên

các phương tiện quang đồng thời thực hiện tính năng đo kiểm và điều khiển đối với bộ khuếch đại quang và bộ lặp Lớp này thực hiện các vấn đề sau: cân bằng công suất, điều khiển tăng ích của EDFA, tích luỹ và bù tán sắc.

• Lớp sợi quang: là tầng vật lý ở dưới cùng, gồm các sợi quang khác nhau như:

G.652, G.653, G.655 Các sợi này sẽ được trình bày trong chương sau.

Tầng SDH

Tầng SDH có tốc độ thấp, các mạch đường dây TDM (ví dụ luồng 2 Mbps, 34

Mbps) nối với các thiết bị client (như chuyển mạch ATM), sắp xếp chúng vào khuôn

dạng của các khung đồng bộ để truyền tải qua mạng truyền tải tốc độ cao (có thể là STM-1) Điển hình cho chức năng này là hoạt động của bộ ghép kênh xen/rẽ ADM SDH Nói chung ADM được thiết kế để sử dụng trong cấu hình mạng ring quang, và mạng SDH được tạo bởi hai hay nhiều mạng ring kết nối vào nhau thông qua việc sử dụng các thiết bị kết nối chéo số DXC Việc thiết lập một mạch TDM kết nối end-to-end có thể mất nhiều thời gian bởi vì nhà cung cấp phải xử lý tại từng ring và từng DXC dọc trên đường truyền.

Kế thừa mạch ghép kênh TDM trong mạng thoại, mạng SDH cung cấp tất cả các chức năng vận hành, quản lý, bảo dưỡng và giám sát (OAM&P) Các chức năng này được dùng để thiết lập và quản lý các mạch kết nối qua mạng Để bảo vệ thông tin khi sợi quang bị đứt hay bị các tổn hao quan trọng khác, mạng SDH có chức năng chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) APS cho phép thiết lập và chuyển mạch sang các đường bảo vệ vật lý dự phòng trong trường hợp lỗi xảy ra trên đường hoạt động Dịch vụ được khôi phục nhanh chóng (trong khoảng thời gian xấp xỉ 50 ms), nhưng khi đó ta phải có băng thông rộng hơn và phải có chi phí thêm cho các thiết bị được lắp đặt trên đường truyền dự phòng.

Tầng ATM

Tầng ATM (nếu có) nằm ngay trên tầng SDH, hỗ trợ một vài chức năng mạnh cho mạng Đây là kỹ thuật kết nối có định hướng yêu cầu thiết lập một kênh ảo VC giữa nguồn và đích trước khi thông tin được trao đổi VC có thể được thiết lập thông qua tiến trình xử lý động một cách tự động hoặc bằng lệnh Tiến trình này có sử dụng báo hiệu của ATM và các giao thức định tuyến ATM có lớp đa dịch vụ cho phép nhà cung cấp thực hiện ghép kênh và truyền tải lưu lượng dữ liệu, thoại và video với tính năng có thể dự đoán trước lưu lượng để thực hiện ghép kênh thống kê ATDM Ngoài việc định nghĩa kênh ảo VC trên một đường truyền xác định giữa hai điểm trên mạng, nhà cung cấp còn có thể sử dụng ATM để thực hiện kỹ thuật lưu lượng TE.

Tại tầng ATM có thể thực hiện chức năng chuyển mạch gói theo từng tế bào ATM Việc này được thực hiện tại các tổng đài ATM Tại đây, chỉ thị kênh ảo VCI và chỉ thị đường ảo VPI được biên dịch để các tế bào ATM đến được đầu ra tương ứng Đây là xử lý chuyển mạch gói tại miền điện.

Tuy nhiên, giống như bất kỳ một công nghệ nào khác ATM cũng có những hạn chế của nó Hiệu quả băng thông bị giảm vì ATM cắt các gói thành các tế bào 53 byte để truyền tải, trong đó có 5 byte tiêu đề mang thông tin điều khiển cho mỗi tế bào ATM

Một hạn chế khác là khả năng mở rộng scalability: giao thức định tuyến IP không thể

thực hiện được khi lượng liên kết lớn, do đó không thể mở rộng phạm vi mạng Một VC được coi là một liên kết, và để kết nối N router IP trong kiến trúc mạng mesh với đầy đủ các kết nối thì cần (N2 - N) VC được thiết lập và quản lý Cuối cùng là ATM yêu cầu phải có sơ đồ địa chỉ, giao thức định tuyến và hệ thống quản lý mạng của nó, vì thế làm tăng độ phức tạp của mạng và tăng chi phí vận hành.

Tầng IP

Tầng IP có chức năng cung cấp dịch vụ cho các tầng dưới Tầng này sử dụng giao thức chính là giao thức IP Tại đây thực hiện việc đóng gói dữ liệu, thoại và video thành các IP datagram, sau đó định hướng nó truyền qua mạng theo từng bước một Tầng IP cung cấp các liên kết any-to-any, chức năng liên kết mạng phi kết nối Nó cũng có khả năng tự sửa lỗi, nghĩa là các gói IP có thể được định tuyến động khi mạng, node hay liên kết xảy ra lỗi.

1.3 Các yêu cầu đối với truyền dẫn IP trên quang

Giao thức IP thực hiện truyền dẫn dựa trên cơ sở đơn vị truyền dẫn là các IP datagram Và các datagram này định tuyến hoàn toàn độc lập với nhau cho dù có xuất phát từ cùng một nguồn và đến cùng một đích Để đảm bảo sử dụng các tài nguyên của mạng với hiệu suất cao thì các gói tin có thể đi theo bất kỳ hướng nào mà tài nguyên rỗi Vì thế đòi hỏi năng lực định tuyến của các node mạng phải cao.

Mặt khác, nhược điểm lớn nhất của IP chính là trễ lớn do phải chia sẻ tài nguyên và các gói tin phải xử lý tiêu đề và có thể phải phân tách datagram (nếu cần) tại mỗi node trung gian trên đường truyền dẫn.

Để khắc phục có thể ứng dụng rộng rãi phiên bản mới của IP là IPv6 có thể định tuyến và phân đoạn datagram ngay tại nguồn Ngoài ra, có thể sử dụng các giao thức giúp định tuyến nhanh hơn như sử dụng giao thức MPλS.

Để có thể đưa kỹ thuật này vào thực tế, một yêu cầu khá quan trọng khác là tính hiện hữu của công nghệ cũng như giá thành thiết bị của nhà cung cấp hay các thiết bị của khách hàng.

Như vậy, trong chương này em đã trình bầy xu hướng tất yếu là tích hợp IP trên quang Trong đó, với sự phát triển mạnh mẽ của Internet thì giao thức IP và công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM và DWDM là những công nghệ lõi và đóng một vai trò quyết định trong quá trình tích hợp IP trên quang Trong phần tiếp theo, em sẽ nghiên cứu về giao thức và công nghệ này Tuy nhiên, các công nghệ khác như: MPLS, GMPLS, DTM, GbE…đã làm tăng tính đa dạng cho quá trình này và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tích hợp IP trên quang sẽ được giới thiệu trong các kiến trúc cụ thể tương ứng.

CHƯƠNG 2

CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG

Do hệ thống truyền dẫn thông tin quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn các hình thức thông tin khác như: băng thông rộng, tốc độ cao, không chịu ảnh hưởng của sóng điện từ…nên thông tin quang đang giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các tuyến đường trục và các tuyến xuyên lục địa, vượt đại dương…Công nghệ hiện nay đã tạo đà cho thông tin quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh tế nhất trong mạng viễn thông Vì vậy, các hệ thống truyền dẫn thông tin quang sẽ dần thay thế các hệ thống thông tin theo phương pháp truyền thống.

Ngày nay, với sự xuất hiện của các hệ thống truyền dẫn thông tin quang ghép kênh theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ, băng thông…của hệ thống ngày càng nâng cao DWDM (ghép kênh theo bước sóng mật độ cao) là bước phát triển tiếp theo của WDM Nguyên lý của nó tương tự như WDM chỉ khác là khoảng cách giữa các kênh bước sóng gần hơn, tức là số kênh ghép được nhiều hơn Thông thường khoảng cách kênh ghép là 0.4 nm (50GHz) Hiện nay người ta dùng WDM với nghĩa rộng bao hàm cả DWDM.

Trong chương này sẽ trình bày về công nghệ ghép kênh theo bước sóng.

2.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM

Hiện nay, kỹ thuật thông tin quang đã được ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, trong thời gian gần đây cùng với sự phát triển của Internet do máy tính cá nhân phổ cập, sự xuất hiện của dịch vụ đa phương tiện và cuộc cách mạng thông tin di động, thông tin cá nhân…dẫn đến sự bùng nổ thông tin Với các hệ thống cáp quang đã được lắp đặt từ trước thì nguồn tài nguyên dường như đã cạn kiệt Yêu cầu đặt ra là phải có các giải pháp để khắc phục hiện tượng này Nếu phải lắp thêm các đường cáp quang mới thì chi phí sẽ rất cao Mặt khác, sự ra đời của các loại nguồn quang laser bán dẫn có phổ hẹp cho phép phổ của tia sáng là rất nhỏ so với băng thông của sợi quang Về mặt lý thuyết, có thể làm tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phổ cách nhau hợp lý và ở đầu thu có thể thu được tín hiệu quang riêng biệt khi sử dụng các bộ tách bước sóng Và đây chính là cơ sở của kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM.

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép kênh và truyền trên cùng một sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu gồm nhiều bước sóng đến từ sợi quang đó được tách kênh để thực hiện xử lý theo yêu cầu của từng bước sóng.

Như vậy, WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của một liên kết được tách thành các vùng phổ cố định, không chồng lấn Mỗi vùng tương ứng với một kênh có bước sóng λi Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau và truyền với các tốc độ xác định Điều này cho phép WDM được xem như là hệ thống truyền dẫn mà tín hiệu được truyền trong suốt đối với dạng mã và tốc độ bit.

Hình 2.1 mô tả hai loại hệ thống WDM: hệ thống ghép kênh bước sóng hai hướng trên hai sợi khác nhau (hệ thống WDM một hướng) và hệ thống ghép kênh bước sóng hai hướng khác nhau trên một sợi (hệ thống WDM hai hướng).

Trong hệ thống WDM một hướng, tại đầu phát thiết bị ghép bước sóng được dùng để kết hợp các bước sóng khác nhau sau đó truyền trên cùng một sợi quang Tại đầu thu, thiết bị tách bước sóng sẽ tách các bước sóng này trước khi đưa tới các bộ thu quang Để có thể truyền dẫn thông tin hai hướng thì cần lắp đặt hai hệ thống WDM một hướng ngược chiều nhau.

Trong hệ thống WDM hai hướng, tín hiệu được truyền đi theo một hướng tại bước sóng λ1,λ2, ,λNvà hướng ngược lại tại bước sóng ''

Hệ thống WDM một hướng được phát triển và ứng dụng tương đối rộng rãi Hệ thống WDM hai hướng yêu cầu công nghệ phát triển cao hơn vì khi thiết kế gặp phải nhiều vấn đề như can nhiễu nhiều kênh (MPI), ảnh hưởng của phản xạ quang, cách ly giữa các kênh hai chiều, xuyên âm…Nhưng so với hệ thống WDM một hướng, hệ thống WDM hai hướng giảm được số lượng bộ khuếch đại sợi quang.

2.2 Các đặc điểm của công nghệ WDM

Công nghệ WDM có các đặc điểm cơ bản sau:

▪ Tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng của sợi quang.

Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần Do đó, có thể giảm chi phí đầu tư.

Dùng công nghệ WDM có thể ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode và có thể truyền dẫn hoàn toàn song công Do vậy, khi truyền dẫn thông tin đường dài với dung lượng lớn có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang Thêm vào đó là khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã xây dựng Chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lớn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ thống cũ.

▪ Có khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu.

Vì trong công nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau nên có thể truyền dẫn nhiều tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực hiện việc tổng hợp và phân chia các dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số và tín hiệu tương tự, tín hiệu PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh động…).

▪ Có nhiều ứng dụng.

Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ…Bởi thế, nó rất quan trọng trong các ứng dụng mạng.

▪ Giảm yêu cầu xử lý tốc độ cao cho một số linh liện quang điện.

Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng nên tốc độ xử lý tương ứng của nhiều linh kiện quang điện tăng lên theo nhưng không đáp ứng được đủ Sử dụng công nghệ WDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện mà vẫn có thể đáp ứng dung lượng lớn.

▪ Có khả năng truyền dẫn IP.

Sử dụng công nghệ WDM có thể thiết lập kênh truyền dẫn số liệu (IP) Ghép kênh bước sóng đối với khuôn dạng số liệu (IP) là trong suốt, tức là không có quan hệ gì với tốc độ của tín hiệu và phương thức điều chế tín hiệu xét trên phương diện điện Ghép kênh bước sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lý tưởng, là cách thuận tiện để đưa vào dịch vụ băng rộng Chỉ cần dùng thêm một bước sóng là có thể tăng thêm một dịch vụ mới hoặc dung lượng mới mong muốn.

▪ Có khả năng truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang.▪ Cấu hình mạng có tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao.

2.3 Một số công nghệ then chốt

2.3.1 Nguồn quang

Các bộ phát quang thực chất là các laser diode Laser diode có khoang cộng hưởng Fabry – Perot tạo ra nhiều mode dọc không mong muốn Trái lại, laser đơn mode chỉ tạo ra một mode dọc chính, còn các mode bên bị loại bỏ nên được sử dụng để làm nguồn quang cho hệ thống WDM Các loại laser đơn mode phổ biến là laser phản hồi phân bố (DFB), laser phản xạ Bragg phân bố (DBR).

Bộ phát quang DFB và DBR

Cấu tạo khoang của các bộ phát quang DFB, DBR khác với bộ phát quang F-P Nguyên lý của chúng dựa trên nguyên lý phản xạ Bragg.

Nguyễn Thị Yến – D2001VT Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 16

a) Nguyên lý phản xạ Bragg

Khi chiếu ánh sáng lên mặt tiếp giáp của hai môi trường có phản xạ mang tính chu kỳ sẽ xuất hiện phản xạ chu kỳ, phản xạ này gọi là phản xạ Bragg Mặt tiếp giáp có thể là hình sin hoặc không sin (chữ nhật, hình vuông, hình tam giác…) Hình 2.2 thể hiện nguyên lý phản xạ Bragg Nếu sai pha giữa các tia phản xạ l, l’ và l” là bội số nguyên lần

+ m: là số nguyên, thông thường m = 1.

+ λn: là bước sóng trong môi trường vật liệu, λn = λB/n + n: là chiết suất vật liệu.

+ λB: là bước sóng trong không gian tự do, còn gọi là bước sóng Bragg + A: là chu kỳ cách tử.

Công thức (2.1) là điều kiện phản xạ Bragg Ý nghĩa vật lý của nó là: Đối với A và θ nhất định, khi có một λn thoả mãn (2.1) thì sóng quang có bước sóng λn sẽ giao thoa cùng với sóng quang phản xạ.

b) Bộ phát quang DFB

DFB gồm một cách tử (còn gọi là lưới nhiễu xạ) có cấu trúc chu kỳ đặt cạnh lớp hoạt tính gây ra phản xạ ánh sáng suốt cả chiều dài khoang cộng hưởng để loại bỏ các mode không mong muốn Hình 2.3 thể hiện mặt cắt dọc của loại laser này

Khi có dòng điện vào bộ phát quang, các điện tử và lỗ trống trong lớp hoạt tính tái hợp, bức xạ ra các photon ánh sáng Các photon này sẽ phản xạ tại cách tử, giống như

Nguyễn Thị Yến – D2001VT Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

hình 2.2, chỉ khác là θ = π/2 Lúc này, các tia tới và tia phản xạ ngược chiều nhau và công thức (2.2) trở thành:

A = mλn/2 (2.3)

Những tín hiệu nào có bước sóng thoả mãn công thức trên mới được phản xạ mạnh Công thức (2.3) gọi là điều kiện phân bố phản hồi.

So với bộ phát quang F-P, DFB có hai ưu điểm sau:

+ Dao động đơn mode dọc dải hẹp: do chu kỳ cách tử A trong bộ phát quang DFB rất nhỏ nên hình thành khoang cộng hưởng kiểu nhỏ, làm tăng hệ số tăng ích của mode chính và mode biên, từ đó được dải phổ rất hẹp so với bộ phát quang F-P.

+ Bước sóng có tính ổn định rất cao: vì lưới quang trong DFB giúp cho việc chốt trên bước sóng cho trước, trôi nhiệt của nó chỉ cỡ 0.8Ǻ/oC, tốt hơn nhiều so với F-P.

c) Bộ phát quang DBR

Laser DBR có cấu trúc tương tự laser DFB, chỉ khác là DBR có cấu trúc nhiễu xạ bên ngoài khoang cộng hưởng Với cấu trúc như vậy, khoang laser và khoang phản xạ Bragg là hoàn toàn độc lập Hình 2.4 thể hiện mặt cắt của laser loại này.

Nguyễn Thị Yến – D2001VT Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Bộ phát quang DBR cũng hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ Bragg và có đặc điểm tương tự như bộ phát quang DFB, chỉ có một số điểm khác biệt nhỏ cần lưu ý:

(i) Vật liệu chế tạo của DBR là khó khăn hơn DFB vì nó không nhất thiết đòi hỏi sự ghép công suất giữa các vùng thụ động và vùng tích cực.

(ii) Đặc tính phụ thuộc nhiệt độ thì khác nhau, khi nhiệt độ tăng thì trong DBR có sự chuyển đổi từ mode này qua mode khác còn DFB thì thể hiện tính ổn định nhiệt độ trong một dải rộng.

2.3.2 Bộ tách ghép bước sóng quang

Về mặt nguyên lý, cấu trúc của bộ tách ghép có tính thuận nghịch, bất kỳ bộ ghép bước sóng nào cũng có thể dùng làm bộ tách bước sóng chỉ bằng cách đơn thuần là thay đổi hướng tín hiệu đầu vào Vì vậy, ở đây chỉ lấy bộ ghép bước sóng để phân tích.

Có nhiều cách để phân loại thiết bị ghép bước sóng Theo công nghệ chế tạo thì chúng được chia làm hai loại chính: thiết bị vi quang và thiết bị WDM ghép sợi.

Thiết bị vi quang

Các thiết bị vi quang được chế tạo theo hai công nghệ khác nhau: các thiết bị có bộ lọc và thiết bị phân tán góc.

Các thiết bị có bộ lọc chỉ hoạt động mở cho một bước sóng (hoặc một nhóm bước sóng) tại một thời điểm, nhằm để tách ra một bước sóng trong nhiều bước sóng Để thực hiện thiết bị hoàn chỉnh và có thể sử dụng cho nhiều kênh thì phải tạo ra cấu trúc lọc theo tầng Các loại bộ lọc này sẽ được trình bày trong phần 2.3.3.

Cấu trúc sử dụng các phần tử phân tán cho phép đồng thời đưa ra tất cả các bước sóng Chùm tín hiệu quang đầu vào chuẩn trực sẽ đập vào thiết bị phân tán, thiết bị phân tán sẽ tách ra các kênh khác nhau tuỳ theo bước sóng của chúng tạo thành các chùm theo các góc khác nhau Các chùm đầu ra đã tách sẽ được hội tụ nhờ một hoặc một số lăng kính và được đưa vào sợi dẫn quang riêng rẽ Các phần tử phân tán góc được sử dụng như cách tử, lăng kính.

Hình 2.5 mô tả một bộ tách hai bước sóng quang: Tín hiệu WDM gồm hai bước sóng đi tới lăng kính trực chuẩn, sau khi được tách bởi cách tử chúng được hội tụ để đi vào hai ống dẫn sóng riêng.

Các thiết bị vi quang sử dụng phù hợp với các hệ thống truyền dẫn đa mode, chúng cho phép tách ghép đồng thời nhiều bước sóng khác nhau Nhưng chúng lại khó

Nguyễn Thị Yến – D2001VT Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

sử dụng cho sợi đơn mode do ánh sáng phải qua các giai đoạn phản xạ, hội tụ…từ đó dẫn tới quang sai, trễ tạo suy hao tín hiệu trong thiết bị.

Thiết bị ghép sợi

Các thiết bị ghép sợi có cấu trúc dựa trên việc ghép hai trường ánh sáng phía ngoài lõi Chúng còn được gọi là các coupler quang Phía phát nó kết hợp các tín hiệu quang vào từ các tuyến khác nhau thành một tín hiệu quang tại đầu ra truyền trên một sợi Phía thu, tách công suất quang của một sợi vào để phân phối cho hai hoặc nhiều sợi Vì thế, để tách các bước sóng khác nhau thì sau mỗi một sợi phải có một bộ lọc bước sóng sẽ

Chùm ánh sáng đầu ra sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khoảng cách giữa các lõi sợi, chỉ số chiết suất vật liệu ở giữa, đường kính của lõi sợi, độ dài tương tác và bước sóng ánh sáng.

Khi số lượng kênh ghép tăng lên thì phải xử lý bằng cấu hình rẽ nhánh tách (ghép) liên tiếp Các thiết bị ghép sợi rất phù hợp với các hệ thống truyền dẫn đơn mode Hình 2.6 là bộ ghép bốn bước sóng sử dụng thiết bị ghép sợi.

2.3.3 Bộ lọc quang

Bộ lọc màng mỏng điện môi nhiều lớp

Bộ lọc quang sử dụng trong thiết bị WDM thường là bộ lọc màng mỏng điện môi, làm việc theo nguyên tắc phản xạ tín hiệu ở một dải phổ nào đó và cho phần dải phổ còn lại đi qua, vì vậy nó thuộc loại lọc bước sóng cố định Cấu trúc bộ lọc gồm một khoang cộng hưởng bằng điện môi trong suốt, hai đầu khoang có các gương phản xạ được thực hiện nhờ nhiều lớp màng mỏng điện môi có chiết suất cao thấp xen kẽ nhau Vì vậy, chiết suất lớp điện môi trong suốt (n3) sẽ thấp hơn chiết suất của các lớp màng mỏng điện môi (n1 = 2.2 (TiO2), n2 = 1.35 (MgF2) hoặc 1.46 (SiO2)).

Thiết bị này như một bộ lọc băng hẹp, cho qua một bước sóng riêng và phản xạ các bước sóng khác Bước sóng lọt qua bộ lọc được xác định bằng chiều dài khoang cộng hưởng Chiều dài của khoang bằng bội số nguyên lần của nửa bước sóng nào thì công suất của bước sóng ấy đạt cực đại tại đầu ra của bộ lọc.

Để có thể lọc được bước sóng một cách chính xác, loại bỏ được đa số các bước sóng xung quanh thì có thể sử dụng bộ lọc nhiều khoang cộng hưởng Bộ lọc này gồm hai hoặc nhiều khoang tách biệt nhau bởi các lớp màng mỏng điện môi phản xạ Số khoang càng nhiều thì đỉnh hàm truyền đạt càng phẳng và sườn càng dốc Cả hai đặc tính này của bộ lọc đều rất cần thiết Cấu trúc bộ lọc màng mỏng điện môi nhiều khoang cộng hưởng được thể hiện trong hình 2.7.

n1 n2 n3

Khoang Khoang Khoang … 1 2 3

Bộ phản xạ điện môi Lớp điện môi trong suốt

Hình 2.7: Bộ lọc màng mỏng điện môi có nhiều khoang cộng hưởng.Bộ lọc Fabry – Perot

Các bộ lọc bước sóng điều chỉnh được thường được ngoại suy từ cấu trúc laser điều chỉnh được (điều hưởng) Bộ lọc khoang cộng hưởng Fabry – Perot được tạo thành bởi hai gương phản xạ đặt song song với nhau như hình 2.8.

Nguyễn Thị Yến – D2001VT Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 21

Đây là loại bộ lọc điều chỉnh được Tia sáng đi vào qua gương thứ nhất, đầu ra ở mặt gương thứ hai Do các thiết bị hiện nay thường được chế tạo từ các chất bán dẫn để đạt được kích thước nhỏ nhất Khi này, các gương được tạo thành nhờ sự chênh lệch chiết suất giữa các lớp bán dẫn.Việc điều chỉnh chọn lựa bước sóng có thể thực hiện bằng cách: điều chỉnh chiều dài khoang cộng hưởng (khoảng cách giữa hai gương), chiết suất của môi trường điện môi của khoang cộng hưởng nhờ điện áp ngoài.

2.3.4 Bộ đấu nối chéo quang OXC

● Chức năng của OXC

Chức năng của OXC tương tự như chức năng của DXC trong mạng SDH, chỉ khác là thực hiện trên miền quang, không cần chuyển đổi O/E/O và xử lý tín hiệu điện OXC phải hoàn thành hai chức năng chính sau:

+ Chức năng nối chéo các kênh quang: thực hiện chức năng kết nối giữa N cổng đầu vào tới N cổng đầu ra.

+ Chức năng xen/rẽ đường tại chỗ: chức năng này có thể làm cho kênh quang nào đó tách ra để vào mạng địa phương hoặc sau đó trực tiếp đi vào DXC của SDH thông qua biến đổi O/E.

Có thể phân biệt chức năng đấu nối chéo với chức năng chuyển mạch là: đấu nối chéo là các kết nối bán cố định dưới sự điều khiển của nhà khai thác và thường thực hiện ở mức tín hiệu đã ghép kênh theo thời gian như các VC-n; chuyển mạch là các kết nối tạm thời dưới sự điều khiển của người sử dụng.

● Kết cấu của điểm node OXC

Cấu tạo của OXC có 3 thành phần chính:

♦ Bộ tách kênh chia bước sóng quang ở đầu vào: thực hiện tách các kênh quang theo các bước sóng khác nhau từ các sợi quang vào khác nhau.

Nguyễn Thị Yến – D2001VT Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 22

♦ Ma trận chuyển mạch: thực hiện đấu nối chéo từ một kênh quang đầu vào tới một kênh quang đầu ra Trường chuyển mạch có thể là chuyển mạch chia thời gian hoặc chuyển mạch chia bước sóng được trình bày ở mục sau.

♦ Bộ ghép kênh chia bước sóng quang ở đầu ra: thực hiện ghép các kênh quang từ các đầu ra tương ứng của trường chuyển mạch để truyền dẫn trên một sợi quang.

Ngoài các thành phần chính trên thì trong OXC có thể còn trang bị các bộ lọc bước sóng để loại bỏ các thành phần xuyên nhiễu xuất hiện trong quá trình truyền tín hiệu Biến đổi bước sóng là công nghệ then chốt trong cấu tạo của OXC Nhờ công nghệ này có thể thực hiện kết nối định tuyến ảo, do đó giảm nghẽn mạng, tận dụng tối đa tài nguyên sợi quang cũng như bước sóng…

Tuỳ theo OXC có cung cấp chức năng biến đổi bước sóng hay không mà có thể chia kênh quang thành kênh bước sóng (WP) hay kênh bước sóng ảo (VWP) WP nghĩa là các kênh quang trong từng liên kết sẽ có bước sóng giống nhau trên toàn bộ đường tuyền dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối Vì vậy, để có được một kết nối thì yêu cầu phải có một bước sóng rỗi chung cho tất cả các liên kết Nếu không thoả mãn điều kiện này dù chỉ là trên một liên kết thì vẫn không tạo được kênh yêu cầu VWP cho phép các đoạn ghép kênh bước sóng khác nhau có thể chiếm bước sóng khác nhau nhờ vào chức năng biến đổi bước sóng của OXC Từ đó, có thể lợi dụng các bước sóng rỗi của từng đoạn ghép để tạo thành các kênh quang.

Ưu điểm của VWP so với WP:

+ Xác suất thiết lập được kênh quang cao hơn + Nâng cao được hiệu suất sử dụng bước sóng + Khả năng định tuyến cao.

+ Thực hiện điều khiển đơn giản hơn do việc phân phối bước sóng có thể được thực hiện từng bước tại các điểm node Tuy nhiên, cấu trúc mạng phức tạp, có thể có nhiều tuyến liên kết giữa hai node Vì vậy, phải có được thuật toán chọn đường và phân phối bước sóng hữu hiệu căn cứ vào topo của mạng và trạng thái hiện hành.

● Phân loại

Điểm node OXC được chia thành: điểm node OXC tĩnh và điểm node OXC động Trong điểm node OXC tĩnh, trạng thái nối vật lý của các tín hiệu kênh quang khác nhau là cố định Như vậy, dễ thực hiện về mặt công nghệ nhưng mạng không linh hoạt.

Trong điểm node OXC động, trạng thái nối vật lý của các tín hiệu kênh quang có thể thay đổi tuỳ theo yêu cầu tức thời Nó thực hiện gần giống với chức năng của chuyển mạch nhưng ở đây các yêu cầu này lại là của nhà cung cấp Tuy khó khăn về mặt công nghệ nhưng nó chính là tiền đề tất yếu để thực hiện nhiều chức năng then chốt của mạng thông tin quang WDM như: định tuyến động, khôi phục và tái tạo cấu hình theo thời gian thực, mạng tự khôi phục…

2.3.5 Bộ xen/rẽ quang OADM

● Chức năng của OADM

OADM là một linh kiện quan trọng trong việc tổ chức mạng truyền dẫn Chức năng chính của OADM là rẽ tín hiệu quang từ thiết bị truyền dẫn về mạng tại chỗ, đồng thời xen tín hiệu quang của thuê bao để phát đến một điểm nút khác mà không ảnh hưởng đến việc truyền dẫn các tín hiệu kênh bước sóng khác Chức năng này tương tự như chức năng của bộ xen/rẽ kênh ADM trong mạng SDH, nhưng đối tượng thao tác trực tiếp là tín hiệu quang Nhờ năng lực này của OADM nên nó trở thành phần tử cơ bản nhất trong các mạng hình vòng dựa trên công nghệ WDM Mạng hình vòng WDM giữ lại đặc tính tự khôi phục của kiến trúc hình vòng, đồng thời có thể nâng cấp dung lượng đều đặn trong trường hợp không biến đổi kiến trúc của hệ thống

● Cấu trúc của OADM

Kết cấu của OADM bao gồm phần tử tách kênh, phần tử điều khiển tách nhập và phần tử ghép kênh Hình 2.10 trình bày kết cấu tính năng của OADM.

Kết cấu trong hình vẽ không có nghĩa là tất cả các bước sóng đều phải tách kênh trên sợi quang đầu vào Thông thường điểm nút OADM được dùng để tách ra bước sóng cần thiết của luồng đến (λd), đồng thời ghép lên sợi quang truyền dẫn bước sóng truy nhập (λa) thông qua bộ ghép kênh.

Các thiết bị OADM được chia làm hai loại: OADM tĩnh và OADM động.

Trong OADM tĩnh, sử dụng tín hiệu kênh quang có bước sóng vào/ra cố định Vì vậy trong kết cấu, phần tử điều khiển tách nhập chủ yếu dùng linh kiện thụ động như: bộ tách ghép kênh, bộ lọc cố định Như vậy, định tuyến của điểm node là cố định, thiếu linh hoạt nhưng không có trễ.

Trong OADM động, có thể căn cứ vào nhu cầu để chọn tín hiệu kênh quang có bước sóng vào/ra khác nhau Vì vậy trong kết cấu, phần tử điều khiển tách nhập thường dùng linh kiện khoá quang, bộ lọc có điều khiển Như vậy, có thể phân phối tài nguyên bước sóng của mạng một cách hợp lý Tuy nhiên, phức tạp và có trễ.

2.3.6 Chuyển mạch quang

♣ Khái niệm

Để xây dựng các hệ thống truyền dẫn toàn quang nhằm lợi dụng được các ưu điểm của truyền dẫn quang thì ngoài phần truyền dẫn là các sợi quang, các thiết bị chuyển

mạch cũng phải làm việc ở miền quang Các ma trận chuyển mạch được sử dụng để cấu tạo nên các thiết bị chuyển mạch quang dùng thay thế cho các thiết bị chuyển mạch điện tử, sẽ khắc phục giới hạn “nút cổ chai” trong các mạch điện tử và làm tăng khả năng trong suốt của mạng quang Ngoài ra, các ma trận chuyển mạch quang cũng là một trong các thành phần lõi của các thiết bị điểm node trong mạng WDM.

Hệ thống chuyển mạch quang là một hệ thống cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch tích hợp quang (IOC) được chuyển mạch có lựa chọn từ một cáp (mạch) này tới một cáp (mạch) khác.

Một hệ thống chuyển mạch quang có thể được vận hành nhờ các phương tiện cơ như dịch chuyển sợi quang này tới sợi quang khác, hay nhờ các hiệu ứng điện – quang, từ - quang, hay bằng các phương pháp khác.

♣ Phân loại

Có 4 loại chuyển mạch quang là: chuyển mạch phân chia theo thời gian, chuyển mạch phân chia theo không gian, chuyển mạch phân chia theo bước sóng và chuyển mạch phân chia theo mã Trong hệ thống WDM chỉ dùng hai loại chuyển mạch là: chuyển mạch phân chia theo không gian và chuyển mạch phân chia theo bước sóng Còn chuyển mạch quang phân chia theo thời gian và chuyển mạch quang phân chia theo mã đã được ứng dụng vào chuyển mạch gói quang ATM.

Sau đây, ta sẽ tìm hiểu hai loại chuyển mạch này

a, Chuyển mạch quang phân chia theo không gian

Chuyển mạch quang phân chia theo không gian là loại chuyển mạch cơ bản Nó có thể chia thành hai loại: loại sợi quang và loại không gian tự do Trong đó, loại sợi quang là phổ biến Cấu trúc của loại này: đầu vào và đầu ra có các sợi quang có thể hoàn thành hai trạng thái kết nối song song và kết nối chéo Trong kết cấu kiểu này, các sợi đến và đi có thể phải giao nhau tại các điểm chuyển mạch nên phải đặt gần nhau về mặt vật lý Hình 2.11 là một ví dụ về loại chuyển mạch này.

Hình 2.11: Ví dụ về chuyển mạch quang không gian loại sợi quang.

Đây là các chuyển mạch quang kiểu ống dẫn sóng, hoạt động nhờ sự thay đổi hiệu suất khúc xạ của ống dẫn sóng được điều khiển từ bên ngoài để chọn ống dẫn sóng đầu ra Điều khiển hiệu suất khúc xạ bằng cách đưa điện áp bên ngoài vào để hình thành điện trường, hoặc thông qua đốt nóng.

Công nghệ hiện nay cho phép sử dụng các vi gương để tạo nên cấu trúc của ma trận chuyển mạch Các vi gương chính là các gương có kích thước nhỏ hơn cả đầu của chân cắm IC, được chế tạo từ silicon – crystal đơn để chuyển mạch luồng tín hiệu quang Để thực hiện chuyển mạch tín hiệu quang từ đầu vào đến đầu ra tương ứng thì góc nghiêng của các vi gương được điều chỉnh thích hợp sao cho tia sáng từ sợi đầu vào phản xạ trên gương để đến đầu ra yêu cầu Các ma trận chuyển mạch thường được cấu tạo từ nhiều modul Trên mỗi modul có một số lượng vi gương nhất định và bằng nhau theo nhà sản xuất, thường là 512 vi gương Hình 2.12 là cấu tạo của modul chuyển mạch loại này.

: vi gương

Hình 2.12: Cấu trúc modul vi gương.

Nhược điểm của chuyển mạch quang phân chia theo không gian là khi chuyển mạch với dung lượng lớn, số lượng các giao điểm quang tăng lên nhanh và cần một số lượng lớn các sợi quang cho đầu vào và đầu ra.

b, Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

Chuyển mạch bước sóng tức là bước sóng λi bất kỳ trong các tín hiệu ghép kênh bước sóng được biến đổi thành bước sóng λj khác theo nhu cầu Chuyển mạch bước sóng quang cần bộ biến đổi bước sóng.Thực hiện chuyển mạch bước sóng là tách kênh

để chia cắt các kênh tín hiệu về không gian, tiến hành chuyển đổi bước sóng đối với mỗi kênh rồi ghép lại và đưa ra sợi quang.

Cần phân biệt giữa chuyển mạch bước sóng với định tuyến bước sóng Định tuyến bước sóng là lợi dụng sự khác nhau giữa các bước sóng để thực hiện chọn đường tức là, chuyển mạch không gian trong đó không bao gồm chuyển đổi bước sóng.

Để thực hiện biến đổi bước sóng phải sử dụng các bộ biến đổi bước sóng (WC) Chức năng của bộ này là biến đổi bước sóng mang dữ liệu đầu vào thành một bước sóng đầu ra trong dải thông của hệ thống Một bộ WC lý tưởng sẽ trong suốt đối với tốc độ bit BR và khuôn dạng tín hiệu Các thiết bị WC có thể là thiết bị quang - điện hay hoàn toàn là quang Sử dụng loại thiết bị nào phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống Tuy nhiên, WC hoàn toàn quang có nhiều ưu điểm vượt trội hơn và có xu hướng được sử dụng rộng rãi.

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu chuyển mạch quang đã đạt được nhiều thành tựu Các loại cấu hình chuyển mạch quang đã được thử nghiệm trên các tuyến thực tế Chuyển mạch quang theo không gian kết hợp chặt chẽ với định tuyến bước sóng đã được sử dụng vào các nút xen/rẽ quang (OADM) và nối chéo quang (OXC) trên các tuyến thông tin quang DWDM Chuyển mạch quang sẽ đóng vai trò hết sức quan trọng trong mạng quang thế hệ sau.

2.3.7 Sợi quang

Sợi quang là một trong những thành phần quan trọng nhất của mạng Nó là phương tiện truyền dẫn vật lý Dưới đây sẽ trình bày một số loại sợi quang.

● Sợi quang G.652

Đây là loại sợi quang đơn mode được sử dụng phổ biến trên mạng lưới viễn thông của nhiều nước hiện nay Loại sợi này có thể làm việc ở hai cửa sổ truyền dẫn 1310 nm và 1550 nm Khi làm việc ở cửa sổ 1310 nm, G.652 có tán sắc nhỏ (xấp xỉ 0 ps/nm.km) và suy hao tương đối lớn Ngược lại, khi làm việc ở cửa sổ 1550 nm, G.652 có suy hao truyền dẫn nhỏ nhất và hệ số tán sắc tương đối lớn.

● Sợi quang G.653

Để xây dựng các tuyến thông tin quang tốc độ cao, cự ly dài thì cần phải sử dụng loại sợi có cả suy hao và tán sắc tối ưu tại một bước sóng Hiện nay, bằng cách thay đổi mặt cắt chiết suất có thể chế tạo được sợi tán sắc dịch chuyển, loại sợi này gọi là sợi DSF hay sợi G.653.

Hệ số suy hao của sợi DSF thường nhỏ hơn 0.5 dB/km ở cửa sổ 1310 nm và nhỏ hơn 0.3 dB/km ở cửa sổ 1550 nm Hệ số tán sắc ở vùng bước sóng 1310 nm khoảng 20 ps/nm.km, còn ở vùng bước sóng 1550 nm thì nhỏ hơn 3.5 ps/nm.km Bước sóng cắt thường nhỏ hơn 1270 nm.

Xét về mặt kỹ thuật, sợi G.653 cho phép xây dựng các hệ thống thông tin quang với suy hao chỉ bằng khoảng một nửa suy hao của hệ thống bình thường khi làm việc ở bước sóng 1310 nm Còn đối với các tuyến hoạt động ở bước sóng 1550 nm thì do sợi G.653 có tán sắc rất nhỏ, nên nếu chỉ xét về tán sắc thì gần như không có sự giới hạn về tốc độ truyền tín hiệu trong các hệ thống này.

● Sợi quang G.654

G.654 là sợi quang đơn mode tới hạn thay đổi vị trí bước sóng cắt Loại sợi này có đặc điểm: suy hao ở bước sóng 1550 nm giảm nhưng tán sắc vẫn tương đối cao, điểm tán sắc bằng 0 vẫn ở bước sóng 1310 nm G.654 chủ yếu được sử dụng cho các tuyến cáp quang biển.

● Sợi quang G.655

Sử dụng sợi quang nào thích hợp nhất cho hệ thống WDM luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm Do tính chất ưu việt của sợi quang G.653 (DSF) ở bước sóng 1550 nm mà nó trở thành sợi quang được chú ý nhất Nhưng nghiên cứu kỹ người ta đã phát hiện ra rằng khi dùng G.653 trong hệ thống WDM thì ở khu vực bước sóng có tán sắc bằng 0 sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiệu ứng phi tuyến Đây là nhược điểm chính của DSF Từ đó xuất hiện một loại sợi quang mới - sợi quang dịch chuyển tán sắc khác 0 (NZ-DSF), còn gọi là sợi quang đơn mode G.655 Đối với loại sợi này, điểm tán sắc bằng 0 của nó không nằm ở 1550 nm mà dịch tới 1570 nm hoặc gần 1510 - 1520 nm Giá trị tán sắc trong phạm vi 1548 – 1565 nm là ở 1 ÷ 4 ps/nm.km đủ để đảm bảo tán sắc khác 0, trong khi vẫn duy trì tán sắc tương đối nhỏ.

NZ-DSF có ưu điểm của cả hai loại sợi quang G.652 và G.653, đồng thời khắc phục được nhược điểm cố hữu của sợi G.652 (bị hạn chế bởi tán sắc) và sợi G.653 (bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng phi tuyến “trộn 4 bước sóng” nên khó thực hiện trong hệ thống WDM) Lý thuyết đã chứng minh rằng tốc độ truyền dẫn của sợi quang NZ-DSF có thể đạt ít nhất là 80 Gbps Vì vậy, sợi NZ-DSF là sự lựa chọn lý tưởng để thiết kế tuyến truyền dẫn tốc độ cao, cự ly dài.

● Sợi quang có tiết diện hiệu dụng lớn

Loại sợi này thích hợp cho ứng dụng trong hệ thống WDM có dung lượng và cự ly truyền dẫn lớn Tiết diện hiệu dụng là 72 μm2, điểm tán sắc bằng 0 là 1510 nm, chịu được công suất tương đối lớn.

Việc tận dụng các sợi quang hiện có chỉ là biện pháp tạm thời cho hệ thống WDM, bởi vì nó làm cho hệ thống trở nên phức tạp cũng như giảm khả năng truyền dẫn Hướng phát triển trong tương lai là sử dụng các loại sợi quang mới dành riêng cho hệ thống WDM Các sợi quang mới phải có một số đặc điểm sau đây:

• Dải tần truyền dẫn lớn.

• Sợi có diện tích hiệu dụng lớn hơn cho phép công suất quang cao hơn trong sợi mà không bị ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến.

• Giảm hiệu ứng trộn 4 sóng.

• Giảm ảnh hưởng PMD cho các tuyến truyền dẫn tốc độ cực cao.

• Có suy hao và tán sắc thấp ở bước sóng 1550 nm.

• Có tán sắc bằng phẳng trong vùng bước sóng truyền dẫn Ví dụ một số loại sợi quang mới: sợi SMF-28e, sợi LEAF.

2.3.8 Bộ khuếch đại quang sợi

Hiện nay, công nghệ khuếch đại quang sợi cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng Việc sử dụng các bộ khuếch đại quang sợi giúp dễ dàng mở rộng dung lượng đường dây thông tin (do xử lý hoàn toàn ở miền quang mà không cần phải chuyển đổi O/E/O), tăng khoảng cách trạm lặp và hạ giá thành cho hệ thống Mặt khác, các bộ khuếch đại này còn có vai trò quan trọng trong các hệ thống WDM, khi mà có nhiều bước sóng cùng truyền dẫn trên một sợi quang thì công suất phát của mỗi bước sóng sẽ bị giới hạn và nhỏ hơn nhiều so với hệ thống truyền dẫn bước sóng đơn nhằm tránh các hiệu ứng phi tuyến Trong khi đó, suy hao và tán sắc là những nhược điểm cố hữu của truyền dẫn trên sợi quang Vì vậy, công nghệ quang sợi phát triển sẽ thúc đẩy sự phát triển và thương mại hoá của hệ thống WDM.

Khuếch đại quang sợi chính là một đoạn sợi quang nhưng khi chế tạo có pha thêm nguyên tố vi lượng Erbium (EDF) với một tỷ trọng nhỏ (0.1) Các ion Erbium (Er3+) hấp thụ ánh sáng từ một nguồn bơm để nhảy lên mức năng lượng cao hơn phía trên (các bộ khuếch đại quang sợi đạt hiệu suất cao khi làm việc ở các bước sóng bơm 980 nm hay 1480 nm) Sự dịch chuyển của ion từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn sẽ bức xạ ra một photon Có hai loại bức xạ sau: