3.5.3.1 Tổng quan
Ðối với các mô hình mạng đơn giản như mô hình mạng tuyến tính hoặc mô hình
chế tạo và khả năng đáp ứng yêu cầu của mạng. Tuy nhiên, trong tương lai khi yêu cầu về khả năng linh động trong việc cung ứng dịch vụ, đồng thời các dịch vụ đa phương tiện đòi hỏi phải đáp ứng được sự tăng băng thông đột biến thì các mô hình mạng hiện tại không đáp ứng được. Khi đó, cần phải triển khai mạng mắt lưới (mesh), với phần tử trung tâm là các bộ kết nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect).
Một bộ OXC có thể phân làm hai phần: phần lõi chuyển mạch và phần cổng giao diện. Phần lõi thực hiện các chức năng kết nối chéo quang trong khi phần cổng giao diện thực hiện giao tiếp với tín hiệu khách hàng. Chú ý rằng thông thường thì cổng giao diện là các card chứa các bộ chuyển đổi quang-điện-quang, hoặc bộ chuyển đổi quang-điện, tuy nhiên đối với cấu hình phần lõi chuyển mạch là toàn quang thì phần lõi được nối trực tiếp với các bộ MUX/DEMUX hoặc OADM mà không cần qua bộ chuyển đổi quang-điện-quang ở phần giao diện.
Hình 3.11 Vị trí của OXC trong mạng WDM 3.5.3.2 Chức năng của OXC
Một OXC thường phải đáp ứng được các chức năng cơ bản như sau:
¾ Cung cấp dịch vụ: Một OXC có thể dùng để cung cấp các lightpath trong
một mạng lớn một cách tự động, mà không phải thao tác bằng tay. Khả năng này trở nên quan trọng khi giải quyết số bước sóng lớn trong một nút hoặc với số nút trong mạng lớn. Nó cũng quan trọng khi các lightpath trong mạng cần cấu hình lại để đáp ứng với sự thay đổi lưu lượng của mạng.
¾ Bảo vệ: Chức năng quan trọng của bộ kết nối chéo là bảo vệ các lightpath khi sợi bị đứt hoặc thiết bị gặp sự cố trong mạng. Bộ OXC là phần tử mạng thông minh mà nó có thể phát hiện sự cố trong mạng và nhanh chóng định tuyến lại các lightpath.
¾ Giám sát thực hiện, định vị lỗi: OXC cho thấy tham số của một tín hiệu ở
những nút trung gian, OXC cho phép kiểm tra thiết bị và giám sát các tín hiệu đi xuyên qua nó.
¾ Chuyển đổi bước sóng: ngoài khả năng chuyển tín hiệu từ cổng này sang
cổng khác, OXC còn khả năng có thể chuyển đổi bước sóng bên trong.
¾ Ghép kênh: các OXC điều khiển các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ở tốc độ
đường dây quang, tuy nhiên nó có khả năng ghép kênh để chuyển mạch lưu lượng nội tại.
3.5.3.3 Các cấu trúc của OXC
Các cấu hình cho OXC được cho như trên hình 3.12. Các kiểu cấu trúc phân biệt
nhau ở điểm bản chất chuyển mạch quang hay điện, có sử dụng các bộ chuyển đổi
Hình 3.12 Các kiểu cấu trúc của OXC (a) Lõi chuyển mạch điện. (b) Lõi chuyển mạch quang bao quanh bởi bộ chuyển đổi O/E/O. (c) Lõi chuyển mạch quang nối đến các bộ chuyển đổi tín hiệu trong thiết bị WDM. (d) Lõi chuyển mạch quang nối trực tiếp đến bộ
ghép kênh bên trong OLT
Lõi chuyển mạch điện
Lõi chuyển mạch điện thực hiện chuyển mạch các tín hiệu điện. Nó có thể thực hiện nhóm các luồng lưu lượng có tốc độ bit nhỏ lại thành luồng lưu lượng có tốc độ bit là tốc độ bit truyền trên kênh bước sóng thuộc lớp kênh quang. Lõi chuyển mạch điện thường được thiết kế với tổng lưu lượng mà nó có thể xử lý. Chẳng hạn như tổng
lưu lượng có thể xử lý của một lõi chuyển mạch điện là 1.28 Tbps, khi đó, nó có thể
thực hiện chuyển mạch tới 512 luồng STM-16 hoặc 128 luồng STM-64. Do linh kiện hoạt động với tín hiệu điện phụ thuộc vào tốc độ bit nên về lâu dài, khi tốc độ bit cao thì các OXC dùng lõi chuyển mạch điện sẽ mắc hơn do các linh kiện điện tử hoạt động
điện, lõi chuyển mạch điện cho khả năng giám sát chất lượng tín hiệu tốt thông qua chỉ số BER, kích hoạt chuyển mạch bảo vệ khi chất lượng truyền dẫn không đảm bảo. Cấu hình OXC dùng lõi chuyển mạch điện được cho trên hình 3.12(a).
Lõi chuyển mạch quang
Khác với lõi chuyển mạch điện, lõi chuyển mạch quang thực hiện chức năng kết nối chéo các tín hiệu quang. Do đó, lõi chuyển mạch quang trong suốt với tốc độ bit
truyền dẫn, cung cấp khả năng mở rộng cho nhu cầu tăng tốc độ truyền dẫn trong
tương lai. Tuy nhiên, ngoại trừ cấu hình trên hình 3.12(b) thì khả năng giám sát chất lượng truyền dẫn của OXC khi dùng lõi chuyển mạch quang không tốt bằng lõi chuyển mạch điện do chỉ có khả năng giám sát thông qua công suất quang đo được ở đầu vào. Các cấu hình OXC trên hình 3.12(b), (c), (d) đều dùng lõi chuyển mạch quang. Cả ba cấu hình khác nhau ở chỗ nó kết nối với các thiếtbị quanh nó (thường là OLT hoặc OADM). Cấu hình OXC như trên hình 3.12(b) kết nối với các OLT thông qua bộ chuyển đổi tín hiệu quang-điện-quang với giao diện phía kênh quang cho phép khoảng cách giữa OXC và OLT là ngắn hoặc cực ngắn. Cấu hình OXC như trên hình 3.12(c)
thì không dùng các bộ chuyển đổi tín hiệu quang-điện-quang mà tận dụng bộ chuyển
đổi này ở các OLT. Cấu hình OXC như trên hình 3.12(d) không dùng bất cứ bộ chuyển đổi tín hiệu nào trong kết nối giữa OXC và các OLT. Cấu hình này mang tính kinh tế nhất nhưng trong điều kiện hiện tại là không thực tế vì nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn có thể mua thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau, dễ dẫn đến vấn đề không tương thích bước sóng hoạt động.
3.6 Sự chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM
Chuyển đổi bước sóng là khả năng chuyển tín hiệu có bước sóng này ở đầu vào thành tín hiệu có bước sóng khác tại đầu ra. Tín hiệu có thể đi vào mạng với bước sóng không thích hợp khi truyền trong mạng WDM. Chẳng hạn như hiện nay các thiết bị WDM trên thế giới đa số đều chỉ có khả năng hoạt động trên các bước sóng thuộc băng C và băng L, nhưng tín hiệu SDH hoạt động với bước sóng 1310 nm có thể truyền trên hệ thống WDM nhờ các bộ chuyển đổi bước sóng đặt ở biên giới giữa mạng WDM và
mạng SDH, chuyển đổi tín hiệu từ bước sóng 1310 nm sang tín hiệu tương thích với
bước sóng theo qui định ITU-T hoạt động ở vùng 1550 nm. Bộ chuyển đổi rất có ích
trong việc giảm xác suất tắc nghẽn mạng. Nếu các bộ chuyển đổi được tích hợp vào
trong bộ kết nối chéo quang trong mạng WDM, các kết nối có thể được thiết lập giữa
nguồn và đích ngay cả khi trên tất cả các tuyến của đường đi không có sẵn cùng một
bước sóng. Các bộ chuyển đổi bước sóng giúp loại trừ sự bắt buộc tính liên tục về bước sóng.
Bộ chuyển đổi bước sóng đầy đủ giúp cho việc giảm xác suất tắc nghẽn tốt hơn nhưng thực tế bộ chuyển đổi này rất khó thực hiện bởi các lí do về chi phí và giới hạn kĩ thuật. Trong một mạng có rất ít node mạng được trang bị bộ chuyển đổi bước sóng, do đó cần phải có sự lựa chọn các node đặt các bộ chuyển đổi bước sóng ở các vị trí thích hợp sao cho tối ưu mạng, thường đặt các bộ chuyển đổi bước sóng ở những node mà lưu lượng mạng xảy ra cực đại.
tr--
Hình 3.13 Chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM
Ví dụ như hình trên, một lightpath được thiết lập giữa Node A và Node B trên
bước sóng λ1, và một đường lightpath khác được thiết lập giữa Node B với Node C
trên bước sóng λ2. Nếu có một yêu cầu ở Node A đến Node C, yêu cầu không thể thiết
lập được về sự bắt buộc tính liên tục về bước sóng. Nếu có bộ chuyển đổi bước sóng được đặt ở Node B mà nó có khả năng chuyển đổi từ bước sóng λ1sangλ2, thì yêu cầu
có thể thực hiện thành công. Rõ ràng các bộ chuyển đổi bước sóng có thể cải thiện
được hiệu suất khi các bước sóng rỗi có sẵn trên các tuyến, và một bước sóng chung thì không có.
Chuyển đổi bước sóng được chia ra làm hai loại:
¾ Chuyển đổi bước sóng quang - điện: theo phương pháp này, tín hiệu trước
tiên được chuyển sang tín hiệu điện sử dụng bộ tách sóng. Luồng bit được
lưu trữ trong bộ đệm. Sau đó tín hiệu điện được dùng để lái ngõ ra của một
tunable Laser để tạo thành một bước sóng mong muốn ở ngõ ra. Phương
pháp này không thích hợp cho tốc độ bit cao hơn 10Gbps, tiêu hao công suất lớn và thực hiện phức tạp hơn các phương pháp khác.
¾ Chuyển đổi bước sóng toàn quang: quá trình chuyển đổi bước sóng được
thực hiện hoàn toàn trong miền quang. Phương pháp này dựa vào hiệu ứng
trộn bước sóng để tạo ra một bước sóng khác.
Khả năng chuyển đổi bước sóng có thể thực hiện qua nhiều mức khác nhau.
Hình dưới đây minh hoạ sự khác nhau giữa đầu vào và đầu ra, trường hợp nhiều cổng
thì càng phức tạp hơn nhưng cũng tương tự. Khả năng chuyển đổi bước sóng hoàn toàn tức là có thể chuyển đổi một bước sóng ở ngõ vào thành một bước sóng bất kì ở ngõ ra. Khả năng chuyển đổi bước sóng giới hạn qui định rằng mỗi bước sóng đầu vào có thể được chuyển đổi thành một số bước sóng xác định trước ở ngõ ra. Trường hợp đặc biệt của chuyển bước sóng giới hạn là chuyển đổi bước sóng cố định khi mà một bước sóng đầu vào chỉ có thể chuyển đổi thành một bước sóng cố định ở đầu ra. Nếu mỗi bước sóng được “chuyển đổi ” thành chính nó thì chúng ta gọi không có sự chuyển đổi nào.
3.6 Kết hợp mạng WDM và mạng Internet
3.6.1 Xu hướng tích hợp IP/WDM
Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó lưu lượng IP không ngừng tăng nhanh và dần thay thế các loại giao thức khác. Trong khi IP được xem như công nghệ lớp mạng phổ biến thì công nghệ WDM cung cấp khả năng dung lượng truyền dẫn lớn. Hơn nữa, khả năng cấu hình mềm dẻo của các bộ OXC đã cho phép xây dựng mạng quang linh hoạt hơn, nhờ đó các đường quang (lightpath) có thể được thiết lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển các lightpath này, tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiết lập các lightpath nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được tính tương tác giữa các nhà cung cấp thiết bị. Đã có nhiều phương pháp để cung cấp dịch vụ gói IP trên mạng WDM được đề nghị: IP/ATM/SDH/WDM, IP/SDH/WDM, v.v.v. Tuy nhiên việc quản lý mạng theo các phương pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lập, do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẫn lẫn nhau. Vì vậy, một trong những
giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt để đó là giảm số
lớp giao thức.
Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và
WDM tăng lên thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp
trung gian để tạo nên mạng Internet quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cũng cung cấp một số chức năng có giá trị như kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần phải được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang.
Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP/WDM. Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn
và tương lai sáng sủa, các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này. IP/WDM cung cấp khả năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự trùng lặp chức năng giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao tác thiết bị, dẫn đến giảm chi phí bảo dưỡng và quản lý. Do không phải qua lớp SDH và ATM nên gói số liệu có hiệu
suất truyền dẫn cao nhất, đồng nghĩa với chi phí thấp nhất. Ngoài ra còn có thể phối
hợp với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá
thành khai thác. Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao. Rõ ràng đây là một kết cấu
mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng
đường trục.
Hình 3.15 Xu hướng tích hợp mạng Internet và mạng WDM
3.6.2 Cấu trúc mạng IP/WDM
Kiến trúc tổng quát của các mạng quang IP/WDM (Internet quang) được mô tả như hình 3.16. Hình 3.16 thể hiện nhiều mạng quang tồn tại trong miền quang, trong đó giao diện liên mạng ENNI (External Network-to-Network Interface) được sử dụng để báo hiệu giữa các mạng quang với nhau. Một mạng quang riêng lẻ bao gồm các mạng quang nhỏ hơn và báo hiệu giữa chúng sử dụng giao diện nội mạng INNI (Internal Network-to-Network Interface). Và một mạng quang nhỏ hơn đó gồm nhiều nút mạng quang (các bộ OXC) được nối với nhau bởi sợi quang. Các mạng khách hàng như IP, ATM, SONET giao tiếp với mạng quang thông qua giao diện UNI (User-to- Network Interface). Các kỹ thuật chuyển mạch quang quyết định loại dịch vụ mà mạng quang có thể cung cấp cho các mạng khách hàng
Chương 4 - MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ĐỐI VỚI HỆ THỐNG WDM 4.1 Tổng quan
Mô phỏng có vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng của các hệ thống
thông tin. Mô phỏng giúp tìm ra được phương án thiết kế hệ thống một cách tối ưu.
Đối với hệ thống thông tin quang, có nhiều công cụ để mô phỏng hệ thống, như là: VPI Transmission Maker, Optisystem, Matlab...Trong đó Optisystem (được phát triển bởi công ty Optiwave Softwaves - Canada) là công cụ rất hay và dễ sử dụng để mô phỏng việc thiết kế các hệ thống thông tin quang nói chung cũng như hệ thống WDM nói riêng. Chúng ta sẽ dùng phần mềm Optisystem 7.0 để mô phỏng ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc đối với hệ thống WDM.
Giao diện chính của chương trình Optisystem 7.0 được mô tả như hình 4.1
Bên phải màn hình là Component Library – là nơi lưu trữ các linh kiện của hệ thống, ở giữa màn hình (phần màu trắng có kẻ ô) là bản thiết kế (Layout), là nơi để bố trí linh kiện, bên trái màn hình là các công cụ (Tools) để hỗ trợ thiết kế.
Để tạo ra một hệ thống WDM ta vào Component Library tìm các linh kiện cần thiết, sau đó kéo thả các linh kiện tìm được vào Layout. Sau đó ta nối các linh kiện lại với nhau. Một hệ thống WDM điển hình sau khi đã thiết kế xong có sơ đồ bố trí linh kiện như hình 4.2
Hình 4.2 Sơđồ bố trí linh kiện của hệ thống WDM
Ở đây là hệ thống WDM ghép 8 kênh bước sóng, khoảng cách giữa 2 bước sóng
kề nhau là 100 Ghz. 8 bước sóng tương ứng với 8 tần số là 193,1 THz, 193,2
THz...193,8 THz. Các thiết bị được sử dụng:
¾ Nguồn phát quang: Bình thường mỗi kênh sử dụng một bộ nguồn phát
riêng nhưng để tiết kiệm không gian thiết kế ta sử dụng nguồn WDM