4.2.1 Vai trò và chức năng
Vai trò: OMU nằm ở đầu phát của tuyến DWDM, có vai trò ghép tín hiệu
quang để truyền trên cùng một sợi quang.Đôi khi, OMU cũng phục vụ cho mục đích
tái tạo tín hiệu hoặc chuyển tiếp tín hiệu.
Chức năng:OMU có chức năng ghép các kênh quang phân chia theo bước
sóng. Ngoài ra, OMU còn có các chức năng phụ trợ như điều chỉnh công suất từng kênh, giám sát công suất, trích một phần tín hiệu ghép tổng cho mục đích đo kiểm,
giám sát,... 4.2.2 Phân loại
Có thể phân loại OMU theo các tiêu chí sau:
1) Phân loại theo dung lượng bộ ghép: 40 bước sóng và 80 bước sóng.
2) Phân loại theo chức năng điều chỉnh công suất: Có hai loại: có và không điều chỉnh công suất từng kênh.
3) Phân loại theo nguyên lý cơ sở: Có các loại thông dụng như sau: + Cách tử nhiễu xạ.
+ Cách tử dàn ống dẫn sóng. + Bộ lọc bằng film mỏng.
38
4.2.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động Sơ đồ khối Sơ đồ khối
Hình 4.2 biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang theo bước sóng có thể điều chỉnh công suất từng kênh và có hệ thống giám sát công suất quang tích hợp.
Cấu tạo của bộ ghép kênh quang theo bước sóng bao gồm: Khối ghép kênh quang theo bước sóng, các khối suy hao điều chỉnh được,bộ chia quang,khối giám sát công suất quang,khối điều khiển và truyền thông.
Hình 4.2: Sơ đồ khối chức năng của bộ ghép kênh quang, [3] Nguyên lý hoạt động
Mỗi bước sóng trên từng kênh riêng biệt được đưa qua bộ ghép bước sóng MUX để ghép thành tín hiệu ghép kênh tổng, tín hiệu ghép tổng tại đầu ra của khối MUX đi qua một bộ chia công suất quang thụ động để tách một phần tín hiệu với công xuất nhỏ đưa tới khối giám sát công suất quang, phần tín hiệu có công xuất lớn được đưa tới lối ra.
Khối giám sát công suất quang làm nhiệm vụ giám sát công xuất luồng tổng của tín hiệu đầu ra thông qua phần tín hiệu được tách từ bộ chia. Khối giám sát công suất quang cung cấp một đầu ra giám sát quang, trích từ tín hiệu ghép tổng, để phục
39
vụ cho mục đích đo kiểm. Khối điều khiển và truyền thông làm nhiệm vụ giao tiếp với hệ thống quản lý mạng NMS: Nhận lệnh từ NMS, điều khiển các thành phần trong bộ ghép kênh và gửi kết quả giám sát công suất, cấu hình, trạng thái về NMS.
Các thông số được giám sát, cảnh báo, điều khiển như sau: - Giám sát các thông số chất lượng:
+ Công suất tổng đầu ra.
+ Nhiệt độ làm việc của các ống dẫn sóng (AWG). - Cảnh báo:
+ Cảnh báo khi không có tín hiệu quang đầu ra. + Cảnh báo khi tín hiệu đầu ra quá thấp.
+ Cảnh báo quá ngưỡng nhiệt độ làm việc. - Điều khiển:
+ Cấu hình ngưỡng làm việc. + Upgrade firmware trực tuyến. 4.3 Bộ tách kênh quang ODU
4.3.1 Vai trò và chức năng
Vai trò:ODU nằm ở đầu thu của tuyến DWDM, có vai trò tách luồng tín hiệu
tách luồng quang ghép kênh tổng thành các kênh bước sóng đơn. Trong mạng DWDM tích hợp, ODU nằm ở biên mạng DWDM. Về phía client, ODU giao tiếp trực tiếp với các mạng khác. Về phía mạng, ODU kết nối với đầu ra các bộ khuếch đại hoặc giao tiếp trực tiếp với khối giao tiếp đường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn). Trong mạng DWDM mở, về phía client, ODU kết nối với đầu thu các các OTU, về phía mạng, ODU kết nối với đầu ra bộ khuếch đại hoặc giao tiếp trực tiếp với khối giao tiếp đường truyền (trong trường hợp tuyến ngắn). Đôi khi, ODU cũng
40
Chức năng:ODU có chức năng tách các kênh quang phân chia theo bước
sóng. Ngoài ra, ODU còn có các chức năng phụ trợ như giám sát công suất đầu vào,
trích một phần tín hiệu ghép kênh tổng cho mục đích đo kiểm, giám sát,... 4.3.2 Phân loại
1) Phân loại theo dung lượng bộ tách: 40 bước sóng và 80 bước sóng. 2) Phân loại theo nguyên lý cơ sở: Có các loại thông dụng như sau: + Cách tử nhiễu xạ.
+ Cách tử dàn ống dẫn sóng. + Bộ lọc bằng film mỏng.
+ Hệ thống xoay vòng quang kết hợp FBG.
+ Hệ thống Mach-Zehnder Interferometer kết hợp với FBG.
4.3.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động Sơ đồ khối Sơ đồ khối
Hình 4.3 biểu diễn sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang theo bước sóng có hệ thống giám sát công suất quang tích hợp.
Cấu tạo của bộ tách kênh quang theo bước sóng bao gồm: + Khối tách kênh quang theo bước sóng.
+ Bộ chia quang giám sát.
+ Khối giám sát công suất quang. + Khối điều khiển và truyền thông.
41
Hình 4.3: Sơ đồ khối chức năng của bộ tách kênh quang. [3] Nguyên lý hoạt động
Luồng tín hiệu ghép kênh tổng đầu vào được đưa qua một bộ chia công suất quang thụ động để tách một phần tín hiệu với công xuất nhỏ đưa tới khối giám sát công suất quang, phần tín hiệu có công xuất lớn được đưa tới bộ tách quang theo bước sóng để tách thành các kênh bước sóng đơn.
Khối giám sát công suất quang làm nhiệm vụ giám sát công xuất luồng tổng của tín hiệu đầu vào thông qua phần tín hiệu được tách từ bộ chia. Khối giám sát công suất quang cung cấp một đầu ra giám sát quang, trích từ tín hiệu ghép tổng, để phục vụ cho mục đích đo kiểm. Khối điều khiển và truyền thông làm nhiệm vụ giao tiếp với hệ thống quản lý mạng NMS: nhận lệnh từ NMS, điều khiển các thành phần trong bộ tách kênh và gửi kết quả giám sát công suất, cấu hình, trạng thái về NMS.
Các thông số được giám sát, cảnh báo, điều khiển như sau: - Giám sát các thông số chất lượng:
+ Công suất tổng lối vào.
+ Nhiệt độ làm việc của các ống dẫn sóng (AWG). - Cảnh báo:
42
+ Cảnh báo khi không có tín hiệu quang lối vào. + Cảnh báo khi tín hiệu lối vào quá thấp.
+ Cảnh báo quá ngưỡng nhiệt độ làm việc. - Điều khiển:
+ Cấu hình ngưỡng làm việc. + Upgrade firmware trực tuyến. 4.4 Bộ ghép kênh xen rẽ quang OADM
4.4.1 Vai trò và chức năng
Vai trò:OADM nằm ở trong mạng chuỗi, ghép hoặc tách thêm bước sóng
vào luồng tín hiệu quang truyền đi trên sợi. Trong mạng DWDM mở, về phía khách hàng, OADM kết nối với OTU, về phía mạng OADM kết nối với bộ khuếch đại quang hoặc khối giao tiếp đường truyền (với tuyến ngắn) theo hai hướng. Với mạng
tích hợp, OADM kết nối các kênh bước sóng đơn trực tiếp với khách hàng.
Chứcnăng:Chức năng cơ bản của khối OADM (Optical Add Drop
Multiplexer) là tách/ghép một số kênh bước sóng từ/lên luồng ghép kênh tổng. Ngoài ra, OADM còn có các chức năng phụ trợ như điều chỉnh công suất từng kênh, giám sát công suất, trích một phần tín hiệu ghép tổng cho mục đích đo kiểm,
giám sát,... 4.4.2 Phân loại
Có thể phân loại OADM theo các tiêu chí sau:
1) Phân loại theo dung lượng bộ xen tách: hệ thống 40 bước sóng xen tách 2 kênh/ 4 kênh/ 8 kênh, ...
2) Phân loại theo chức năng điều chỉnh công suất có hai loại: Có và không điều chỉnh công suất từng kênh.
3) Phân loại theo nguyên lý cơ sở: Có các loại thông dụng như sau: + Cách tử nhiễu xạ.
+ Bộ lọc bằng film m
+ Hệ thống xoay vòng quang k + Hệ thống Mach-
4.4.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoSơ đồ khối Sơ đồ khối
Hình 4.4 biểu diễ quang, có chức năng điề OADM này bao gồm các kh
- Khối xen rẽ kênh bư từng kênh.
- Khối giám sát công su - Khối điều khiển và truy
Hình 4.4 Nguyên lý hoạt độ
Hoạt động của khố được đưa qua bộ chia tách đ
lại được đưa đến khối OADM. Trong kh
43
ng film mỏng.
ng xoay vòng quang kết hợp FBG.
-Zehnder Interferometer kết hợp với FBG.
i và nguyên lý hoạt động
ễn sơ đồ khối của một bộ ghép kênh xen r ều chỉnh suy hao thêm vào từng kênh. Sơ đ m các khối:
kênh bước sóng OADM có thể điều khiển suy hao thêm
i giám sát công suất quang. n và truyền thông.
Hình 4.4: Sơ đồ khối nguyên lý khối OADM. [3] ộng
ối OADM như sau: Luồng tín hiệu ghép kênh t chia tách để tách một phần nhỏ tín hiệu cho giám sát. Ph
i OADM. Trong khối OADM, tín hiệu được đi qua kh
ghép kênh xen rẽ n bước sóng ng kênh. Sơ đồ khối của bộ
n suy hao thêm vào
u ghép kênh tổng đầu vào u cho giám sát. Phần lớn còn c đi qua khối tách
44
kênh để tách ra các bước sóng đơn. Các bước sóng đơn xen rẽ được đưa tới đầu ra client side. Các bước sóng còn lại được đi qua các bộ suy hao điều khiển được và đưa tới khối ghép kênh. Khối ghép kênh ghép các bước sóng này với các bước sóng xen rẽ đầu vào client side thành luồng ghép kênh DWDM tổng. Luồng ghép này được đưa qua bộ tách công suất giám sát và được đưa tới đầu ra client side.
Các khối giám sát công suất quang có nhiệm vụ giám sát công suất quang đầu vào và công suất quang ra khỏi OADM. Tạo các cảnh báo khi công suất tín hiệu quá thấp hoặc quá cao để gửi tới khối điều khiển và truyền thông. OADM cũng có các đầu ra giám sát phục vụ cho mục đích đo kiểm.
Khối điều khiển và truyền thông tiếp nhận thông tin từ các khối khác và tạo cảnh báo gửi tới NMS. Ngoài ra khối điều khiển và truyền thông cũng có chức năng truyền các lệnh điều khiển từ NMS tới các khối trong hệ thống.
4.5 Bộ ghép kênh xen rẽ quang ROADM
4.5.1 Vai trò và chức năng
Vai trò:Trong hệ thống DWDM, thiết bị ROADM có vai trò như OADM
nhưng cho phép có thể cấu hình lại.
Chức năng:
- Chức năng xen rẽ kênh quang, cung cấp khả năng cấu hình lại các kênh - Kết nối nhiều hướng tại các điểm tập trung trong mạng
Ngoài ra ROADM còn có các chức năng phụ trợ như giám sát công suất, cung cấp cổng giám sát tín hiệu,…
4.5.2 Phân loại ROADM
Với mỗi yêu cầu về tính năng mà ROADM có thể được chế tạo trên những công nghệ khác nhau. Theo tiêu chí về tính nguyên lý hoạt động có thể chia thành 4 loại ROADM:
- Wavelength Blockers (WB)
45
- Wavelength Selective Switches (WSS) - Wavelength Cross-Connects (WXC) Wavelength Blockers (WB) Planar Lightwave Circuit (PLC) ROADM Wavelength Selective Switches (WSS) Wavelength Cross- Connects (WXC) - 2 cổng DWDM (1 in và 1 out) - Cân bằng kênh động với khả năng chặn - Chặn hay làm suy hao các kênh λ - Không bao gồm add/drop - 2 cổng DWDM (1 in, 1 out) và 2N cổng λ đơn (N cổng add, N cổng drop) - Một chuyển mạch 2×2 và hai chuyển mạch 1x2 cho mỗi λ. - Chuyển mạch riêng cho các λ từ in/add đến out/drop - N+1 cổng DWDM (1 in, 1 out và N-1 cổng service) - 1×N: chuyển mạch các λ từ in đến out/drop - N×1: chuyển mạch các λ từ in/add đến out - 2N cổng DWDM (N-1 in, N-1 out, 1 add, 1 drop)
- Được tạo lên từ 1×N WSS hoặc các bộ tách kênh/chuyển mạch N×N/ghép kênh - Chuyển mạch các λ từ in/add đến out/drop Bảng 4.1 :Các đặc điểm của WB,PLC,WSS,WXC. 4.5.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
Sơ đồ khối
Theo chức năng, ROADM chia thành hai loại: ROADM phía đầu vào và ROADM đầu ra. ROADM đầu vào làm nhiệm vụ tách các kênh rẽ cấu hình lại
46
được.ROADM đầu ra làm nhiệm vụ ghép các kênh xen có thế cấu hình lại được.Riêng với PLC, hai khối ROADM này được ghộp thành một.Với các cấu trúc khác, ROADM phía đầu vào được sử dụng kết hợp với bộ ghép công xuất quang (coupler) và bộ ghép kênh và ROADM đầu ra được dùng kết hợp với bộ tách công suất quang (splitter) và bộ tách kênh.
Hình 4.5: Sơ đồ chức năng ROADM. [3] Nguyên lý hoạt động
- ROADM đầu vào: Tín hiệu vào đi qua bộ tách công suất để tách ra tín hiệu giám sát đầu vào. Phần chính tín hiệu đi qua khối ROADM để tách các kênh cần rẽ hướng ra các cổng rẽ.Các kênh còn lại được đưa cổng đầu ra chuyển tiếp (Express out). Cổng chuyển tiếp đầu ra cũng được tách một phần nhỏ tín hiệu để giám sát.
- ROADM đầu ra: Tín hiệu từ đầu vào chuyển tiếp được dẫn đi qua bộ tách công suất để tách ra tín hiệu giám sát đầu vào chuyển tiếp. Phần chính tín hiệu đi qua khối ROADM.Các kênh cần xen từ các cổng xen được ghép thêm vào.Tín hiệu ghép tổng được đưa cổng đầu ra. Cổng đầu ra cũng được tách một phần nhỏ tín hiệu để giám sát.
47
Khối điều khiển và truyền thông tiếp nhận thông tin từ các khối khác và tạo cảnh báo gửi tới NMS.Ngoài ra khối điều khiển và truyền thông cũng có chức năng truyền các lệnh điều khiển từ NMS tới các khối trong hệ thống.
4.5.4 Các kỹ thuật và công nghệ cơ sở 1) Wavelength Blocker 1) Wavelength Blocker
WB là khối chuyển mạch bước sóng ROADM được thương mại hóa đầu tiên, vì thế nó được sử dụng sớm nhất.Khối WB về cơ bản là một bộ cần bằng kênh động, cung cấp chức năng điều chỉnh suy hao và tắt mở cho từng kênh. Một phân hệ ROADM trên cơ sở WB có kiến trúc “Broadcast and Select”. WB thường được sử dụng trong mạng long-haul dung lượng 80 kênh với khoảng cách kênh 50GHz. Các cổng thường là “colored” (bước sóng tại từng cổng là cố định). Có thể làm bước sóng tại các cổng linh hoạt (colorless) bằng cách sử dụng các bộ lọc lựa chọn bước sóng (tunable) tại các cổng drop và laser lựa chọn bước sóng (tunable) tại các cổng add nhưng phương pháp này có giá thành cao. Do đó, WB bị hạn chế về khả năng cạnh tranh hiện nay.
Hình 4.6: Cấu trúc của phân hệ WB ROADM. [3]
2) Planar Lightwave Circuit ROADM
PLC ROADM là giải pháp ROADM có chi phí tốt nhất. Có khả năng add/drop 100% kênh với băng C 40 kênh với khoảng cách kênh 100GHz. PLC ROADM bao gồm một cặp modul (một khối add và một khối drop) và hai cặp
48
modul này thường được sử dụng trong một nút mạng với vai trò một nút hai hướng trong mạng vòng metro. Hiện nay PLC ROADM là giải pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Hình 4.7 mô tả cấu trúc của một nút mạng hai hướng, với hai cặp module, East và West, với cổng ra tổng (express output) của mỗi khối drop đưa tới đầu vào tổng (express input) của khối add tương ứng.
Hình 4.7: Cấu trúc của nút mạng hai hướng dựa trên PLC ROADM. [3]
3) Wavelength Selective Switch
Một WSS 1×N được sử dụng cho việc xen/tách kênh N hướng.Một WSS có các cổng colorless, cho phép một số bước sóng có thể được đưa ra cổng bất kỳ.
Khi sử dụng trên mạng hình lưới (hình 4.8a), một WSS 1×5 có thể đáp ứng cho nút mạng bốn hướng, hỗ trợ một liên kết nối ring-to-ring. Trong ứng dụng này, khi một WSS 1×N đơn được sử dụng cho mỗi cấp, bộ ghép kênh cố định sẽ được dùng để xen tách tín hiệu sẽ làm cho các cổng xen tách là colored (các bước sóng tại các cổng là cố định).
Để hỗ trợ cả kết nối trong mạng hình lưới và các cổng xen/tách colorless (hình 4.8), cần phải có ba WSS cho mỗi hướng.Giải pháp này có chi phí cao làm cho hạn chế về khả năng ứng dụng thực tế.
49
Hình 4.8: Cấu trúc của ROADM 4 hướng trên cơ sở WSS trong trường hợp cổng xen/tách là colored (a) và colorless (b).
4) Wavelength Cross-Connect
WXC cung cấp giải pháp kết nối N×N đầy đủ cho mạng hình lưới.Cấu trúc mạng hình lưới cung cấp khả năng tăng dung lượng mạng, hiệu quả và độ tin cậy bằng việc tăng số lượng kết nối và mức dự phòng cao. Cấu trúc này được đánh giá cao về kỹ thuật song hạn chế do đầu tư cao do phải cần khối lượng lớn thiết bị. Mặc dù tiết kiệm được chi phí khai thác song chi phí đầu tư quá cao trở thành rào cản trong việc triển khai rộng rãi của các mạng hình lưới. Giải pháp PLC đưa ra lợi ích về đầu tư do ưu thế về tích hợp, giảm đáng kể giá thành từ việc giảm bớt các mạch