Đây là hệ thống ra đời từ giữa những năm 1990 và cũng chính là các hệ thống WDM hiện tại đang khai thác trên thế giới. Hệ thống này cho phép ghép rất nhiều các bước sóng trên hệ thống. Khoảng cách giữa các kênh quang liền nhau truyền trên sợi quang là 0.8 nm. ITU-T đã đưa ra chuẩn G.692 quy định về khoảng cách các kênh, bước sóng trungtâm của hệ thống DWDM:
- Khoảng cách các kênh: 100 GHz. - Bước sóng trung tâm: 1552.52 nm
- Vùng bước sóng hoạt động: Băng S, C, L, U.
Hiện nay người ta còn có thế ghép được các bước sóng mà khoảng cách giữa các kênh là 0,4 và 0,2 nm với độ rộng phổ lần lượt là 50 và 20 GHz. Khi độ rộng phổ của bước sóng giảm xuống thì có nhiều yêu cầu cần giải quyết như: Nhiệt độ Laser phải ổn định, các thiết bị tách/ghép phải hoạt động chính xác hơn. Những yêu cầu này làm cho giá thành của các thiết bị DWDM tăng lên rất nhiều so với các thiết bị của hệ thống CWDM.
2.6. Ƣu điểm nhƣợc điểm của hệ thống WDM
2.6.1. Ưu điểm
- Dung lượng truyền dẫn lớn, hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống TDM.
- Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao. Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với mỗi bước sóng riêng (kênh quang).
- Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không cần phải lắp đặt thêm sợi quang. Việc nâng cấp dung lượng đơn giản là cắm thêm card mới trong khi hệ thống vẫn hoạt động.
17 - Quản lý băng tần và cấu hình mềm dẻo, linh hoạt nhờ việc định tuyến và phân bố bước sóng trong mạng WDM nên có khả năng quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng trong chu kỳ sống của hệ thống.
- Có khả năng tạo dung lượng lớn chỉ trên một sợi quang, và có thể đạt dung lượng lớn hơn khi sử dụng kĩ thuật DWDM (Dense WDM: ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao).
- Hệ thống WDM thuận tiện khi cho phép truyền dẫn đồng thời tín hiệu không đồng nhất
- Ngoài ra còn ứng dụng để truyền nhiều chương trình truyền hình chất lượng cao, cự ly dài.
- Giảm chi phí đầu tư mới.
2.6.2. Nhược điểm
- Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận dụng được băng C và Băng L)
- Quá trình khai thác và bảo dưỡng rất phức tạp
- Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt.
2.7. Kết luận chƣơng
Qua chương này, chúng ta đã tìm hiểu rõ về mạng WDM trong thông tin quang với những ưu nhược điểm của nó. Mạng WDM dựa vào những ưu điểm vượt trội của mình đang phát triển mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu thông tin băng rộng hiện nay.
18
CHƢƠNG 3
BỘ XEN RỚT QUANG OADM 3.1. Giới thiệu chƣơng
Cấu trúc của mạng WDM gồm các thiết bị đầu cuối OLT, các bộ ghép kênh xen/rớt quang OADM và các bộ kết nối chéo quang OXC liên kết với nhau qua các kết nối sợi quang. Ngoài ra, còn có các bộ khuếch đại, bộ lặp quang được triển khai dọc theo dợi quang. Các thiết bị OLT, ODAM, OXC có thể tích hợp thêm các bộ khuếch đại quang bên trong để bù suy hao. Với OLT thì được triển khai rộng rãi, OADM được triển khai trong phạm vi nhỏ hơn, còn OXC chỉ mới bắt đầu được triển khai.[7]
Trong chương này sẽ tập trung trình bày về bộ xen rớt quang OADM và bộ kết nối chéo OXC.
3.2. Tìm hiểu bộ xen/rớt quang OADM
3.2.1. Định nghĩa
Bộ xen/rớt quang OADM(Optical Add-Drop Multiplexer) là thiết bị được sử dụng trong các hệ thống WDM để ghép và định tuyến các kênh quang vào đi vào/ra một sợi quang đơn mode (SMF). Nó được ứng dụng trong các mạng quang đô thị và mạng quang đường dài vì nó cho hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt đối với cấu hình mạng tuyến tính và cấu hình mạng vòng Ring.[8]
Chức năng của bộ xen/ rớt quang OADM là xen/rớt một vài bước sóng có chọn lọc từ tín hiệu đa bước sóng WDM và chuyển tiếp các bước sóng còn lại.
Ở đây “Add” và “Drop” chỉ ra khả năng đưa thêm (xen) một hay nhiều kênh bước sóng mới vào tín hiệu WDM đa bước sóng đang có hoặc tách (rớt) một hay nhiều kênh bước sóng, rồi định tuyến sang một tuyến khác của mạng. Một thiết bị OADM có thể coi như làm một loại chuyển mạch quang (Optical Cross-connect) đặc biệt.
19 Cấu trúc điển hình của một OADM gồm 3 khối: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Khối tách kênh quang(Optical Demux). • Khối ghép kênh quang (Optical Mux).
• Ở giữa là khối chuyển mạch quang (optical switch).
Hình 3.2. Cấu trúc điển hình của một OADM.[9]
Tất cả các Lightpath đi trực tiếp qua OADM gọi là cut-through ligthpath, trong khi những lightpath được xen/rớt tại node OADM gọi là added/dropped lightpath.
Về mặt vật lý, có một số cách để thực hiện OADM. Có rất nhiều công nghệ tách/ghép kênh như: dùng bộ lọc, FBG (Fiber Bragg Gratings) với các bộ Circulator quang, … Cũng có rất nhiều các công nghệ chuyển mạch hay cấu hình lại: Fiber Patch Panel, công nghệ MEMS, các chuyển mạch quang nhiệt và tinh thể lỏng trong các mạch dẫn sóng phẳng. Mặc dù đều có chức năng xen/rớt, nhưng OADM lại khác với các bộ ADM (Add-Drop Multiplexer) về dạng tín hiệu làm việc. OADM xen/rớt các kênh quang trong mạng WDM, trong khi ADM xen/rớt các luồng TDM tín hiệu điện trong mạng SONET/SDH. Bộ xen/rớt quang cung cấp một phương tiện điều khiển lưu lượng hiệu quả trong mạng. OADM có thể dùng tại những vị trí khuếch đại trong các mạng đường trục, nhưng cũng có thể sử dụng như những phần tử mạng độc lập.
Ðể minh họa tính hiệu quả kinh tế cho ứng dụng của OADM, ta so sánh tính hiệu quả và tiết kiệm của một mạng 3 node dùng kiểu kết nối điểm-điểm và mạng sử dụng OADM. Ta xét một mạng gồm có ba trạm nối chuỗi với nhau, thường được gọi là cấu hình tuyến tính (Hình 3.3). Giả sử các liên kết và kết nối đều là song công, các nút mạng được nối với nhau bởi hai sợi quang, mỗi sợi truyền theo một chiều. Giả sử kết nối A và B dùng một bước sóng cho chiều truyền đi và về, kết nối B và C dùng một bước sóng, kết nối A và C dùng 3 bước sóng. Như vậy, liên kết A-B và B-C đều dùng 4 bước sóng.[10]
20 Trong mô hình mạng điểm-điểm (Hình 3.3 (a)), mỗi liên kết điểm-điểm sử dụng một OLT ở cuối tuyến. OLT gồm các bộ Mux/Demux, các bộ tiếp sóng. Chí phí bộ tiếp sóng là một phần quan trọng trong chi phí chung của mạng. Node B có hai OLT, mỗi OLT kết thúc bốn bước sóng và vì vậy yêu cầu bốn bộ tiếp sóng. Tuy nhiên, chỉ có một trong bốn bước sóng này là dành cho node B, các bước sóng còn lại được sử dụng để cung cấp lưu lượng giữa A và C. Vì thế sáu trong tám bộ tiếp sóng ở node B dùng để điều khiển lưu lượng qua A và C. Điều này khiến chi phí mạng tăng lên đáng kể.
Còn trong hình (3.3 (b)) là giải pháp giải pháp dùng OADM. Thay vì thực hiện các hệ thống WDM điểm nối điểm, ta triển khai một mạng định tuyến bước sóng. Mạng sử dụng một OLT ở node A và C và một OADM ở node B. OADM tách một trong bốn bước sóng, sau đó kết thúc tại các OLT. Ba bước sóng còn lại đi xuyên qua trong miền quang sử dụng các kỹ thuật lọc tương đối đơn giản, mà không cần sử dụng thêm các bộ OLT. Do đó, ta chỉ cần 2 OLT ở node B chứ không phải là tám như ở mô hình điểm- điểm. Do đó, giải pháp dùng OADM giảm đáng kể chi phí trong mạng.
Tuy nhiên, ta cũng thấy rằng nếu khoảng cách từ trạm A đến trạm C đủ nhỏ, ta có thể nối trực tiếp kết nối giữa A và C mà không cần qua trung gian là trạm B. Khi đó, hiệu quả của ứng dụng OADM không còn lớn nữa. Trong trường hợp các trạm có khoảng cách tương đối nhỏ (mạng đô thị) thì cấu hình mạng Mesh dùng OXC làm phần tử cơ bản là cấu hình tối ưu nhất.
Hình 3.3. Mô tả tính hiệu quả của OADM trong mạng quang.[11]
a) Giải pháp dùng cho mạng quang điểm- điểm.
21
3.2.2. Thuộc tính cơ bản của OADM
Một điểm nút mạng đóng vai trò là điểm ghép xen/rớt kênh quang trong hệ thống có những thuộc tính cơ bản sau:
- Số lượng bước sóng có thể hỗ trợ tối đa.
- Số lượng bước sóng tối đa có thể thực hiện xen/rớt. Ðối với đa số OADM hiện tại, số lượng bước sóng thực hiện xen/rớt thường quyết định bởi số phần cứng được lắp đặt. Thay đổi số bước sóng xen/rớt bằng cách thay đổi phần cứng.
- Có quy định những bước sóng cụ thể nào có thể xen/rớt tại OADM không?. Ðiều này có ảnh hưởng rất lớn lên việc định tuyến lưu lượng trong mạng.
- Có dễ dàng xen/rớt kênh không: có làm gián đoạn lưu lượng khi xen rớt kênh không?
- OADM có cấu trúc môđun; theo nghĩa giá thành tỉ lệ thuận với số kênh được tách ra? Ðiều này rất quang trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ bởi vì họ mong muốn “trả tiền khi cần thêm (pay as you grow)” chứ không phải trả trước.
- Tính phức tạp của lớp vật lý (suy hao truyền dẫn) được thiết kế có ảnh hưởng đến việc sử dụng OADM và việc xen các kênh mới hay nút mạng mới ảnh hưởng tới việc thiết kế lớp vật lý như thế nào?. Về cơ bản, nếu suy hao truyền dẫn tổng cộng không phụ thuộc vào số lượng kênh được xen/rớt thì việc xen/rớt thêm các kênh mới sẽ không ảnh hưởng nhiều đến các kênh hiện hữu (tuy nhiên có thể xuất hiện nhiễu xuyên kênh).
3.2.3. Các cấu trúc của OADM
Một cách cơ bản, có ba cấu trúc cho OADM: cấu trúc song song, cấu trúc nối tiếp và cấu trúc xen/rớt theo băng sóng.
3.2.3.1. Cấu trúc song song
Trong cấu trúc song song, tất cả các kênh tín hiệu đều được giải ghép kênh. Sau đó, một số kênh tùy ý được cấu hình rớt, các kênh còn lại cấu hình cho đi xuyên qua một cách thích hợp, minh họa như trên hình sau:
22 Như vậy, số lượng kênh thực hiện xen/rớt, cụ thể kênh nào thực hiện xen/rớt là không cố định. OADM chế tạo theo cấu trúc song song sẽ không tạo nhiều ràng buộc khi thiết lập một đường quang giữa các nút trong mạng. Ðồng thời, do OADM xử lý đối với tất cả các kênh bước sóng đi vào, suy hao thêm vào của tín hiệu khi qua OADM là cố định, không phụ thuộc vào số lượng kênh xen/rớt tại điểm nút. Hơn nữa việc xen/rớt thêm các kênh không làm gián đoạn các kênh đang hoạt động.Tuy nhiên, so với điều kiện thực tế, cấu trúc này sẽ không mang tính kinh tế do số lượng kênh xen/rớt tại mỗi nút thường không đáng kể so với số lượng kênh truyền trên sợi quang.
3.2.3.2. Cấu trúc song song theo băng (theo mô đun)
Ðể tăng tính kinh tế hơn, cấu trúc song song có thể thay đổi nhỏ bằng cách thiết kế theo từng môđun như minh họa trên hình (3.5) :
Hình 3.5. Phiên bản mô đun của kiến trúc song song[13]
Ở đây, quá trình MUX và DEMUX tín hiệu được thực hiện theo hai tầng. Tầng thứ nhất MUX tín hiệu từ sợi quang đi vào ra thành các băng sóng riêng biệt và tầng thứ hai MUX tín hiệu thuộc các băng sóng ra thành các tín hiệu bước sóng riêng rẽ. Như vậy, cấu trúc theo môđun giúp tăng hiệu quả sử dụng bộ MUX/DEMUX cao hơn và cho ra độ suy hao giữa các kênh bước sóng đồng nhất hơn.
23 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.3.3. Cấu trúc nối tiếp
Trong cấu trúc nối tiếp, một kênh đơn được thực hiện rớt và xen từ tập hợp các kênh đi vào OADM. Ta gọi thiết bị này là OADM kênh đơn SC-OADM (single OADM). SCOADM là yếu tố cơ bản cấu thành nên hệ thống OADM hoàn chỉnh bằng cách ghép nối tiếp nhiều SC-OADM lại với nhau như minh họa trên hình (3.6):
Hình 3.6. Cấu trúc nối tiếp[14]
Trên thực tế, thiết bị kiểu này cho tính kinh tế cao hơn so với cấu trúc song song nhưng suy hao thêm vào lớn do mắc nối tiếp các SC-OADM theo nhiều chặng. Việc xen/rớt các kênh mới sẽ làm gián đoạn các kênh khác. Do đó cần có kế hoạch phân bố bước sóng trước để hạn chế việc gián đoạn này.
3.2.3.4. Cấu trúc xen/rớt theo băng sóng
Trong cấu trúc này, một nhóm cố định kênh bước sóng được thực hiện xen/rớt tại mỗi nút mạng OADM. Các kênh được thiết lập thực hiện xen/rớt là các kênh liên tiếp nhau trong một băng sóng, sẽ được lọc bởi một bộ lọc có băng thông là dải bước sóng. Sau đó, chúng được đưa lên mức ghép kênh cao hơn và từ đó giải ghép kênh thành các kênh bước sóng riêng lẻ như minh họa trên hình (3.7):
Hình 3.7. Cấu trúc xen/rớt theo băng sóng.[15]
Ðây là cấu trúc trung hòa giữa hai cấu trúc song song và cấu trúc nối tiếp mà ta đã mô tả ở trên. Số lượng tối đa kênh bước sóng được xen/rớt là tùy thuộc vào băng thông của bộ lọc. Số lượng thực tế các kênh xen/rớt là còn tùy thuộc vào nhà quản lý hệ thống trang bị bao nhiêu bộ chuyển đổi tín hiệu tại nút OADM. Tuy nhiên, số lượng các kênh xen/rớt là bao nhiêu cũng không ảnh hưởng đến quá trình tính toán các
24 đường quang khác truyền trong mạng và độ suy hao của tín hiệu khi đi qua OADM. Trong một nhóm kênh, việc xen/rớt các kênh bổ xung sẽ không làm ảnh hưởng tới các đường quang khác trong mạng bởi vì suy hao nối thông cho tất cả các kênh không nằm trong nhóm xen/rớt là cố định. Tuy nhiên cấu trúc này làm phức tạp kế hoạch hoá bước sóng và áp đặt một số hạn chế lên việc phân bổ bước sóng.
Dưới đây là bảng so sánh các đặc điểm cơ bản của ba cấu trúc cho OADM với các thuộc tính: tổng số kênh bước sóng OADM có thể xử lý (N) và số lượng kênh bước sóng tối đa có thể thực hiện xen/rớt (D).
Bảng 3.1 So sánh giữa các cấu trúc cho OADM[16]
Thuộc tính Song song Nối tiếp Xen/rớt theo băng
D N L <<N Ðiều kiện ràng buộc lựa chọn bước sóng xen/rớt Không Quyết định khi lập kế hoạch phân bố bước sóng Cố định một tập hợp bước sóng Thay đổi lưu
lượng Cao nhất
Ðáp ứng được
yêu cầu Tương đối cao Lập kế hoạch
phân bố bước sóng
Ít tốn thời gian
Tương đối Nhiều ràng buộc cần giải quyết
Suy hao thêm vào Cố định
Thay đổi
Cố định tương ứng với số băng sóng được xen/rớt Chi phí (nếu số
kênh xen/rớt ít) Cao Thấp Trung bình
Chi phí (nếu số
kênh xen/rớt) Cao Thấp Trung bình
Có hai dạng OADM sử dụng chính trong các mạng quang, đó là dạng OADM cố định và dạng OADM cấu hình được. Đối với loại cố định thì khá cứng nhắc do nó không có khả năng thay đổi lựa chọn các kênh được tách và đi xuyên qua băng phần mềm điều khiển khi đang hoạt động. Đối với loại thứ hai là OADM có thể cấu hình lại (fixed).Nó có khả năng lựa chọn định tuyến được các bước sóng khác nhau trong mạng quang. Chức năng chính của dạng thiết bị này là cung cấp định tuyến lại một