ROADM sử dụng WSS có 4 đặc tính sau: độc lập bước sóng (colorless), độc lập hướng mạng (directionless), không tranh chấp (contentionless) và lưới tần số linh hoạt (gridless) được ký hiệu lần lượt là C, D, C và G. Các tính năng này có thể được tổ hợp thành các kiến trúc khác nhau như CD, CDC, CDCG…
Tính độc lập bước sóng (Colorless)
Tính độc lập bước sóng là khả năng có thể gắn bất kỳ bộ phát đáp vào ROADM, bộ phát đáp này được trang bị các laser hiệu chỉnh được, cho phép kết cuối bất kỳ bước sóng nào. Vì sự ràng buộc tính liên tục của bước sóng trong hệ thống DWDM, phải sử dụng một bước sóng cụ thể dành cho một kết nối cho trước. Khi đó, có thể gắn bộ phát đáp tương ứng vào bất kỳ port xen/rẽ của ROAM hoặc điều chỉnh lại bộ phát đáp hiệu chỉnh được tới bước sóng tương ứng mà không cần phải chuyển bộ phát đáp sang khe cắm khác.
Các port xen/rẽ của ROADM kiến trúc quảng bá và chọn lọc và kiến trúc định tuyến và chọn lọc tương tự như các thiết bị kết cuối quang. Chúng thực hiện chức năng ghép/tách kênh bước sóng xen/rẽ bên trong ROADM. Các kiến trúc xen/rẽ sử dụng coupler/splitter và WSS có tính độc lập bước sóng, trong khi AWG là không có tính chất này.
Trong kiến trúc ROADM chọn lựa bước sóng, việc ghép/phân kênh được thực hiện ngay khi các sợi quang đi ra/vào ROADM, khi đó bộ chuyển mạch trung tâm chỉ làm việc với các bước sóng đơn lẻ. Mỗi bộ phát đáp xen/rẽ được gắn trực tiếp vào
41
một port đơn bước sóng trên khối chuyển mạch quang. Khối chuyển mạch quang hoạt động trên bất cứ tín hiệu quang xuất hiện trên port, nó độc lập với tần số cụ thể của tín hiệu. Vì vậy, kiến trúc chọn lựa bước sóng vốn dĩ là độc lập bước sóng.
Tính độc lập hướng mạng (Directionless)
ROADM độc lập hướng mạng cho phép bất kỳ bước sóng nào được định tuyến tới bất kỳ hướng nào mà một nút hỗ trợ, các bộ phát đáp xen/rẽ có thể kết nối tới bất kỳ sợi quang ra/vào của một ROADM.
Đặc tính này đặc biệt rất hữu ích trong môi trường mạng nơi mà các kết nối liên tục được thiết lập và đứt. Nó cũng rất hữu ích cho việc bảo vệ ở lớp quang, khi một kết nối bị lỗi thì tín hiệu có thể được truyền trên một đường thay thế khác sử dụng cùng một bộ phát đáp. Vì các bộ phát đáp không được gán tới một hướng cụ thể nào nên thường sẽ cần ít bộ phát đáp được gắn trước trong một ROADM độc lập hướng mạng. Tất cả 3 kiến trúc ROADM đã mô tả ở phần trên đều có tính độc lập hướng mạng.
Tính không tranh chấp (Contentionless)
Trong ROADM có thể xảy ra hiện tượng xung đột bước sóng, được gọi là sự tranh chấp, ví dụ một bước sóng đã có trên mạng, nhưng lại không có sẵn trên một port xen/rẽ. Nếu sử dụng thuật toán định tuyến và gán bước sóng tốt thì có thể giảm sự tranh chấp trong một kiến trúc ROADM. Tuy nhiên các thuật toán không thể hạn chế hoàn toàn các xung đột xảy ra trong ROADM dù chỉ dưới điều kiện tải cao.
Kiến trúc chọn lựa bước sóng như trên là không tranh chấp, không có ghép kênh các bước sóng trong ROADM. Vì vậy, chỉ có ràng buộc duy nhất là bước sóng phải tồn tại trên sợi quang, bản thân ROADM không tạo thêm bất kỳ ràng buộc bước sóng nào nữa.
Kiến trúc quảng bá và chọn lọc và định tuyến và chọn lọc trong ở trên đều có tranh chấp. Ví dụ một ngữ cảnh tranh chấp bước sóng như sau. Trong kiến trúc quảng
42
bá và chọn lọc, số lượng port xen/rẽ bằng số lượng liên kết mạng ROADM. Nếu số lượng bước sóng xen/rẽ tại một nút là khá nhỏ thì có thể sử dụng ít port xen/rẽ hơn để giảm chi phí ROADM. Một ROADM với 3 liên kết mạng nhưng chỉ có 2 port xen/rẽ được minh hoạ như hình 2.13 [6].
Hình 2.13: ROADM với 3 kết nối mạng nhưng chỉ có 2 port xen/rẽ
Giả sử có 3 kết nối mới cần được thiết lập, một kết nối được định tuyến trên mỗi liên kết mạng. Giả sử mỗi liên kết mạng chỉ có duy nhất 1 bước sóng có sẵn và ngẫu nhiên bước sóng λ1 cho cả 3 liên kết. Do chỉ có 2 port xen/rẽ nên ít nhất 2 kết nối cần được thiết lập trên cùng 1 port xen/rẽ. Tuy nhiên các bước sóng xen/rẽ cho một port cụ thể được ghép cùng thành một tín hiệu DWDM. Vì vậy 2 kết nối trên cùng một bước sóng không thể được thiết lập trên cùng port xen/rẽ. Một trong 3 kết nối trên sẽ bị chặn do tranh chấp bước sóng ROADM. Có một giải pháp khác để xử lý các tranh chấp trên đó là kết hợp thêm các tính chất độc lập bước sóng và độc lập hướng mạng của ROADM, ta có kiến trúc ROADM CDC (Colorless Directionless Contentionles) được minh hoạ như hình 2.14 [6].
43
Kiến trúc này sử dụng một bộ WSS MxN cho lưu lượng xen/rẽ với M là số lượng bộ phát đáp và N là số liên kết mạng. Kiến trúc ROADM này cũng là độc lập bước sóng vì WSS MxN có thể định hướng bất kỳ bước sóng nào tới bất kỳ bộ phát đáp. Ngoài ra, kiến trúc này cũng là độc lập hướng mạng vì bất kỳ bước sóng nào cũng có thể truy cập tới bất kỳ liên kết mạng. Hạn chế của việc sử dụng WSS MxN là chi phí đắt cũng như kích thước vật lý lớn.
Hình 2.14: Kiến trúc ROADM CDC
Tính lưới tần số linh hoạt (Gridless)
Một ROADM thường được có bộ lọc để phân tách tín hiệu ROADM thành các bước sóng thành phần. Bộ lọc này thường hoạt động ở băng thông cố định và sắp xếp các bước sóng theo 1 lưới tần số cố định. Ví dụ mạng đường trục thường sử dụng 80 bước sóng trên một sợi quang với bước sóng tại trung tâm mỗi 50 GHz trong băng C của phổ tần, lưới tần số cố định được minh hoạ trong hình 2.15a. Tần số trung tâm của mỗi bước sóng trong hình được xếp trên một lưới 50 GHz và mỗi bước sóng yêu
44
cầu băng thông xấp xỉ 50 GHz. Bộ lọc ROADM tương ứng cũng được sắp xếp theo lưới 50 GHz như vậy và mỗi bộ lọc có băng thông dải thông khoảng 50 GHz.
Sự sắp xếp bộ lọc như vậy cũng đủ cho hoạt động của ROADM trong vài năm nữa. Trong khi tốc độ bit của một bước sóng tăng từ 2,5 đến 100 Gbps thì băng thông yêu cầu của tín hiệu trong mạng đường trục vẫn luôn duy trì là 50 GHz.
Hình 2.15: a. Các bước sóng trên lưới 50 GHz [11] b. Các bước sóng trên lưới 6,25 GHz [11]
Tuy nhiên, việc sắp xếp các bước sóng trên lưới 50 GHz vẫn có khả năng thay đổi. Thứ nhất tốc độ bước sóng được dự đoán có thể tăng lên tới 400 Gbps thậm chí cao hơn. Về mặt lý thuyết, tín hiệu 400 Gbps có thể chỉ cần băng thông 50 GHz trong một số ngữ cảnh, và có thể yêu cầu một băng thông rộng hơn, ví dụ như 62,5 GHz hoặc 75 GHz. Để chứa hiệu quả băng thông rộng như vậy, năm 2002 ITU đã chấp thuận lưới DWDM hỗ trợ phổ 12,5 GHz. Như vậy, một bước sóng tốc độ 400 Gbps có khả năng chiếm băng thông 5x12,5 GHz hoặc 6x12,5 GHz sẽ hiệu quả hơn việc phân bố trên băng thông 2x50 GHz. Các khuyến nghị ITU cũng cho phép khoảng cách các kênh không đều trên một sợi quang, một số bước sóng có thể cách nhau 50 GHz, số khác có thể 62,5 GHz. Hơn nữa, năm 2012 ITU đã sửa đổi khuyến nghị khiến lưới ITU trở nên linh hoạt hơn. Tuỳ chọn này hỗ trợ bất kỳ sự kết hợp nào về khoảng cách bước sóng trên một sợi quang, miễn là mỗi bước sóng gắn với một lưới 6,25
45
GHz và băng thông được gán tới mỗi bước sóng là bội số của 12,5 GHz. Trong hình 2.15b, các bước sóng của các băng thông khác nhau được hỗ trợ trên một sợi quang.
ROADM cần hỗ trợ các loại cấu hình bổ sung, trong đó hình dạng bộ lọc có thể được thay đổi, tốt nhất là thông qua phần mềm điều khiểu để phù hợp với khoảng cách bước sóng, băng thông và định dạng truyền dẫn cụ thể đang được sử dụng. Các công nghệ thường sử dụng cho ROADM không lưới tần số là công nghệ tinh thể lỏng trên silicon LcoS. ROADM CDC có hỗ trợ thêm đặc tính lưới tần số linh hoạt tạo thành cấu trúc ROADM CDCG.