Cỏc topology đƣợc sử dụng nhiều nhất hiện nay là topology điểm-điểm (Point-to-Point), topology dạng vũng (Ring), topology dạng lƣới (Mesh) và topology dạng hỡnh sao (Star) [5,9].
Đặc tớnh của mỗi topology mạng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: số node trờn mạng, dung lƣợng tối đa, khả năng khụi phục dịch vụ, khả năng khắc phục lỗi nhanh, độ tin cậy, quản lý băng thụng cú hiệu quả, khả năng bảo trỡ, khả năng cấu hỡnh lại.... Hiện nay, topology dạng vũng đƣợc sử dụng nhiều nhất dựa trờn nền tảng là cỏc mạng vũng SONET/SDH đó đƣợc xõy dựng từ trƣớc. Bờn cạnh đú là topology dạng lƣới (MESH) với khả năng bảo vệ, khụi phục nhanh chúng và linh hoạt của mạng.
một lƣu lƣợng lớn với một vài hoặc rất nhiều bƣớc súng trờn một sợi quang. Trong trƣờng hợp này và đối với cỏc cự ly gần (vài kilomet), ngƣời ta cú thể sử dụng từ 16 - 40 bƣớc súng, truyền với tốc độ bit thấp (1.25 Gb/s, 2.5 Gb/s hay lớn nhất là 10 Gb/s), đồng thời cũng cú thể sử dụng loại sợi đa mode.Sự trải rộng của cỏc hệ thống này thay đổi từ 10km tới 1000km với cỏc bộ khuếch đại quang nằm ở trung gian để tăng mức tớn hiệu. Một vài toỏn tử mạng sẵn sàng đƣợc triển khai trong cỏc hệ thống này với nhằm tăng số bƣớc súng trờn mỗi sợi. Đối với cỏc ứng dụng cho cự ly xa (hàng trăm kilomet), số lƣợng bƣớc súng đƣợc ghộp trờn một sợi lờn tới 80 cho đến 160 bƣớc súng, tại cỏc tốc độ bit cao hơn ( từ 10 - 40 Gb/s hoặc cao hơn nữa) và sử dụng sợi đơn mode để giảm suy hao đƣờng truyền. Nếu trờn tuyến điểm - điểm cú thờm cỏc node trung gian ta sẽ cú topology dạng chuỗi (chain).
λ1 Tx Tx Tx λ2 λN Rx λ1 Rx λ2 Rx λN
Hỡnh 2. 2: Topology dạng điểm - điểm
Theo quy định của ITU một “lƣới” bƣớc súng tại tần số 100GHz đƣợc đặt trong dải tần 1550nm. Mặc dự vậy, một số quy định của thiết bị cho thấy trong khoảng cỏch 50GHz và 25GHz thớch hợp cho cỏc kờnh kế cận. Với cựng khoảng cỏch nhƣ vậy, để tăng dải thụng của EDFA ngƣời ta sử dụng cỏc bộ khuếch đại tầng kộp cựng với cỏc bộ lọc tầng trung gian.
λ1 Tx Tx Tx λ2 λN Rx λ1 Rx λ2 Rx λN OADM λ1 λ M λ1 λM Hỡnh 2. 3: Topology dạng chuỗi
Topology chain (chuỗi) là loại cấu hỡnh phỏt triển trong mạng truyền dẫn. Đõy chớnh là mạng mở rộng của cấu hỡnh điểm - điểm. OADM là bộ ghộp tỏch kờnh, nú tỏch ghộp cỏc kờnh dịch vụ hoặc cỏc bƣớc súng ấn định từ dũng ghộp DWDM. Cấu hỡnh DWDM mở làm tăng khả năng truyền tải lƣu lƣợng và tăng độ mềm dẻo trong quỏ trỡnh truyền thụng tin.
A B C D OADM λ1 λN OADM λ1 λN OADM λ1 λN OADM λ1 λN Hỡnh 2. 4: Topology dạng vũng
Topology ring là cấu hỡnh đƣợc sử dụng cú hiệu quả và phự hợp tớnh chất đảm bảo thụng tin trong mạng viễn thụng. Trong cấu hỡnh ring, cỏc nỳt mạng đƣợc nối với nhau bằng tuyến điểm- điểm, và cứ nhƣ thế cỏc nỳt đƣợc nối với nhau để tạo vũng ring khộp kớn. Mạng ring đƣợc tạo nờn thụng qua cỏc sợi dẫn quang. Cỏc trạm A, B, C, D đƣợc liờn kết với nhau về mặt tớn hiệu. Ở mỗi trạm, thiết bị xen/ rẽ kờnh sẽ cung cấp tất cả cỏc chức năng cú trong luồng tớn hiệu STM-N. Trong topology ring, ngƣời ta chia ra làm ring một hƣớng và ring hai hƣớng. Trờn ring một hƣớng thỡ một nửa lƣu lƣợng trờn hƣớng đƣợc dành ra để làm chức năng bảo vệ. Trong ring hai hƣớng thỡ một hƣớng dành cho lƣu lƣợng cũn hƣớng kia thỡ làm chức năng bảo vệ.
Topology dạng vũng (RING) cũng cú nhiều loại phụ thuộc vào kớch thƣớc của vũng, số node cú thể quản lý đƣợc, và loại dịch vụ. Đú cú thể là một vũng nhỏ (cú chu vi vài kilomet) với số lƣợng bƣớc súng ớt. Trong trƣờng hợp này số bƣớc súng tối thiểu là 1 bƣớc súng / 1 node, ngoài ra cũn cú thể cú thờm cỏc bƣớc súng khỏc để dự phũng bảo vệ, tốc độ trờn một
node dựng chung tại tốc độ bit từ 2 cho đến 10 hoặc thậm chớ là 100 Mb/s. Topology dạng vũng nhỏ này thƣờng cú một node đƣợc thiết kế nhƣ một HUB. Tuy nhiờn trong trƣờng hợp này HUB cũn thực hiện thờm một số cỏc nhiệm vụ khỏc nhƣ: điều khiển luồng và quản lý; node này sẽ thực hiện kết nối tới cỏc mạng khỏc và thực hiện kết nối từ một node này tới một node khỏc trờn cựng một vũng, đồng thời đõy cũng chớnh là điểm đầu và điểm cuối của kờnh giỏm sỏt.
Topology dạng vũng cũng cú thể là một RING cú kớch thƣớc lớn (chu vi từ vài chục cho đến hàng trăm kilomet) hỗ trợ quản lý nhiều node hơn, mỗi node cú thể hạ xuống hoặc ghộp lờn một hoặc nhiều bƣớc súng. Trong trƣờng hợp này số bƣớc súng nhiều nhất là N bƣớc súng trờn một node. Đồng thời cỏc bƣớc súng tỏch ghộp cũng cú thể đƣợc điều khiển từ đầu xa, tớn hiệu trong trƣờng hợp này phải đƣợc khuếch đại, cõn bằng và định dạng lại xung, hệ thống cú thể cú một hoặc một vài kờnh giỏm sỏt đƣợc sử dụng chung bởi tất cả cỏc node. Thụng thƣờng, kờnh giỏm sỏt mang thụng tin về đặc tớnh, điều khiển, dự phũng, bảo trỡ và quản trị dữ liệu đến và đi tại mỗi node.
Trƣờng hợp đặc biệt của topology dạng vũng chớnh là topology dạng lƣới với đầy đủ cỏc kết nối giữa cỏc node
Tx Rx
DXC
ADD DROP
TUNABLE
TUNABLE FILTER OSSs
Hỡnh 2. 5: Topology dạng mesh
2.4 Những ưu điểm của DWDM [8]
lƣợng truyền dẫn lớn: cụng nghệ DWDM cho phộp sử dụng toàn bộ tài nguyờn băng thụng rất lớn của sợi quang (khoảng 25 THz) để nõng cao dung lƣợng truyền dẫn của hệ thống.
Khoảng cỏch truyền rất xa: với EDFA và cỏc cụng nghệ truyền dẫn khỏc, hệ thống DWDM cú thể truyền tớn hiệu ở một khoảng cỏch rất xa.
Cho phộp nhiều loại hỡnh truy nhập dịch vụ: cỏc bƣớc súng trong hệ thống DWDM độc lập với nhau, do đú cú khả năng truyền nhiều loại dịch vụ trờn cựng một sợi cỏp quang nhƣ SDH, GE hay ATM….
Hạn chế đƣợc số sợi quang cần sử dụng: hệ thống DWDM ghộp nhiều bƣớc súng, tƣơng ứng với nhiều kờnh đơn trờn một sợi cỏp, vỡ thế tiết kiệm đƣợc rất nhiều cỏp quang từ đú cú thể giảm đƣợc chi phớ xõy dựng đƣờng dõy.
Khả năng nõng cấp và mở rộng dễ dàng: hệ thống DWDM truyền dữ liệu trờn cỏc kờnh bƣớc súng khỏc nhau mà khụng xử lý dữ liệu trờn kờnh nờn việc mở rộng mạng cú thể thực hiện đơn giản bằng cỏch ghộp thờm cỏc bƣớc súng.
Tạo ra nền tảng để hỡnh thành mạng toàn quang: mạng toàn quang là hƣớng phỏt triển của mạng quang trong tƣơng lai. Trong những mạng nhƣ vậy, cỏc hệ thống WDM đƣợc kết nối với cỏc bộ xen/rẽ quang (OADM - Optical Add/Drop Multiplexer) và cỏc thiết bị đấu chộo quang (OXC - Optical Cross Connection), để thực hiện xen/rẽ hay đấu chộo cỏc kờnh quang đến cỏc dịch vụ đƣợc truyền trờn cỏc bƣớc súng quang. Vỡ vậy, cú khả năng thực hiện một mạng toàn quang với độ linh hoạt cao, tin cậy, tiết kiệm chi phớ để thỏa món những yờu cầu của xó hội thụng tin trong tƣơng lai đối với mạng truyền tải băng rộng.
Chƣơng 3:
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG DWDM
Chƣơng 2 đó trỡnh bày những nột tổng quan nhất về cụng nghệ DWDM, những ƣu thế nổi trội cũng nhƣ vai trũ hết sức quan trọng của cụng nghệ này. Để cú thể hiểu rừ hơn về cụng nghệ ghộp kờnh theo bƣớc súng mật độ cao DWDM, chƣơng này sẽ phõn tớch cấu tạo cũng nhƣ nguyờn lý hoạt động của cỏc phần tử trong hệ thống DWDM [5,8,9].
Hỡnh 3.1 là sơ đồ một tuyến DWDM điển hỡnh với cỏc thành phần cơ bản của hệ thống bao gồm:
- Cỏc bộ chuyển đổi bƣớc súng (OTU)
- Cỏc bộ tỏch ghộp kờnh quang (OMUX và ODMUX) - Cỏc bộ khuếch đại quang (OBA, OLA, OPA)
- Bộ xen/rẽ quang (OADM). - Cỏc module bự tỏn sắc (DCM)
OTU OTU
OTU OTU
OMUX OBA DCM OLA OADM OPA ODMUX
OTU OTU OTU OTU λ1 λ2 λn-1 λn λn-1 … … λ1 λ2 λn Hỡnh 3. 1: Sơ đồ khối hệ thống DWDM
3.1. Bộ chuyển đổi bước súng OTU
OTU là thiết bị đƣợc sử dụng để thực hiện chuyển đổi bƣớc súng. Nú chuyển đổi những bƣớc súng của cỏc kờnh tớn hiệu quang đầu vào thành cỏc bƣớc súng quang chuẩn theo khuyến nghị G.692 của ITU-T để cú thể truyền trờn hệ thống DWDM.
OTU cũng cung cấp nhiều chức năng khỏc:
- Cung cấp nguồn phỏt quang chuẩn và ổn định: Cỏc hệ thống DWDM cần phải ghộp nhiều bƣớc súng trong cửa sổ quang cú độ suy hao thấp
với khoảng cỏch giữa cỏc bƣớc súng nhỏ, vỡ vậy tần số trung tõm của nguồn phỏt quang phải làm việc ổn định trong chuỗi tần số trung tõm chuẩn đƣợc chỉ ra bởi ITU-T.
- Nguồn quang cú giới hạn tỏn sắc khỏ lớn: với một nguồn quang cú giới hạn tỏn sắc lớn sẽ làm tăng đƣợc khoảng cỏch truyền dẫn của tuyến mà khụng cần sử dụng đến cỏc bộ bự tỏn sắc, đồng thời làm giảm đƣợc cỏc hiệu ứng phi tuyến ảnh hƣởng đến hệ thống.
- OTU cũng đƣợc sử dụng nhƣ một bộ lặp với cỏc chức năng tỏi tạo dạng xung, khụi phục định thời và khụi phục dữ liệu.
3.1.1. Nguyờn lý hoạt động
OTU thực hiện việc chuyển đổi quang - điện (O/E) với cỏc tớn hiệu quang đƣa vào ghộp kờnh theo khuyến nghị G.957 và thực hiện tỏi tạo tớn hiệu, khụi phục định thời và khụi phục dữ liệu đối với cỏc tớn hiệu quang đó đƣợc chuyển đổi thành điện. Sau đú thực hiện chuyển đổi điện - quang (E/O) để đƣa ra tớn hiệu kờnh quang DWDM mà cú bƣớc súng, độ tỏn sắc và cụng suất phỏt quang theo chuẩn G.692.
Hỡnh 3. 2: Nguyờn lý hoạt động của OTU
Sau khi chuyển đổi O/E nếu chỉ thực hiện tỏi tạo dạng tớn hiệu, khụi phục định thời (thực hiện chức năng 2R: Reshape, Retiming) thỡ OTU thực hiện chức năng chuyển đổi bƣớc súng cho truyền dẫn ở khoảng cỏch ngắn.
Nếu sau khi chuyển đổi O/E, OTU xử lý tỏi tạo dạng tớn hiệu, khụi phục định thời và khụi phục dữ liệu (chức năng 3R: Reshape, Retiming,
Regenaration) đƣợc thực hiện thỡ OTU đú cú chức năng của một bộ repeater.
3.1.2. Phõn loại và ứng dụng
Phụ thuộc vào vị trớ của OTU trong mạng DWDM mà OTU cú thể đƣợc chia làm 3 loại: OTUT, OTUR và OTUG. Ứng dụng của chỳng trong hệ thống nhƣ trong hỡnh vẽ:
O/E G.957
Tớn hiệu quang đầu ra
Tỏi tạo dạng tớn hiệu,
khụi phục định thời E/O
Tớn hiệu quang đầu vào
OTUT OTUT OMUX OA OA ODMUX OTUG OTUG OMUX OA OA ODMUX OTUR OTUR λ1 λ2 λ1 λ2 Hỡnh 3. 3: Ứng dụng của OTU
- OTUT (OTU ở đầu phỏt): đặt giữa cỏc thiết bị của khỏch hàng và OMUX. Thực hiện chuyển đổi tớn hiệu quang từ phớa khỏch hàng thành tớn hiệu quang đầu ra theo chuẩn G.692 rồi đƣa vào OMUX. Loại OTU này khụng chỉ thực hiện chức năng chuyển đổi O/E và E/O mà cũn thực hiện việc tỏi tạo dạng tớn hiệu, khụi phục định thời (chức năng 2R) và cú chức năng tỡm byte B1 (byte giỏm sỏt lỗi bit từng đoạn lặp).
- OTUR (OTU ở đầu thu): đặt giữa ODMUX và cỏc thiết bị của khỏch hàng. Tớn hiệu quang đầu ra từ ODMUX đến OTUR phải tuõn theo chuẩn G.692. Loại OTU này cú chức năng giống nhƣ OTUT, nú thực hiện chuyển đổi bƣớc súng, chức năng 2R và tỡm kiếm byte B1.
- OTUG (OTU chuyển tiếp): đặt giữa OMUX và ODMUX. Tớn hiệu đầu vào và đầu ra của OTUG phải tuõn theo chuẩn G.692. OTU loại này khụng chỉ cú chức năng chuyển đổi O/E, E/O mà cũn cú chức năng tỏi tạo lại dạng tớn hiệu, khụi phục định thời, và chức năng khụi phục dữ liệu (chức năng 3R). Vỡ vậy OTUG tƣơng đƣơng nhƣ một bộ lặp thụng thƣờng và cũng cú chức năng tỡm byte B1.
3.2. Ghộp kờnh quang OMUX và tỏch kờnh quang ODMUX
Với cỏc hệ thống thụng tin sợi quang thụng thƣờng trƣớc đõy, mỗi sợi quang chỉ cú thể truyền tớn hiệu quang từ một nguồn phỏt tới một bộ tỏch quang tại đầu thu vỡ vậy cỏc tớn hiệu từ cỏc nguồn quang khỏc nhau đũi hỏi cỏc sợi xỏc định riờng biệt. Tuy nhiờn cỏc nguồn quang lại cú độ rộng phổ tƣơng đối hẹp vỡ vậy phƣơng phỏp này rất lóng phớ tài nguyờn truyền dẫn của sợi quang.
Kỹ thuật ghộp kờnh theo bƣớc súng quang ra đời đó cho phộp tăng dung lƣợng truyền dẫn mà khụng cần tăng tốc độ bit đƣờng truyền và khụng cần phải dựng thờm cỏc sợi quang. Kỹ thuật này thực hiện truyền cỏc luồng
ỏnh sỏng với cỏc bƣớc súng khỏc nhau trờn cựng một sợi quang. Cỏc hệ thống thụng tin quang thụng thƣờng chỉ sử dụng một phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi sẵn cú. Do đặc điểm của cỏc nguồn phỏt là cú độ rộng phổ khỏ hẹp, nếu tận dụng đƣợc thỡ cú thể truyền đƣợc một dung lƣợng rất lớn trờn một sợi quang từ nhiều nguồn phỏt quang khỏc nhau hoạt động ở cỏc bƣớc súng khỏc nhau một cỏch hợp lý. Ở phớa đầu thu cú thể thực hiện thu cỏc tớn hiệu quang riờng biệt nhờ quỏ trỡnh lọc cỏc bƣớc súng khỏc nhau. Theo những nghiờn cứu mới nhất thỡ hiện nay trờn cỏc sợi quang đó cú thể ghộp đƣợc tới 160 bƣớc súng, dung lƣợng truyền trờn mỗi bƣớc súng là 10Gb/s.
Nguyờn lý cơ bản của ghộp kờnh theo bƣớc súng quang đƣợc mụ tả nhƣ trờn hỡnh 1.1. Giả sử cỏc nguồn phỏt quang làm việc ở cỏc bƣớc súng khỏc nhau 1, 2,...., n. Cỏc tớn hiệu quang ở cỏc bƣớc súng khỏc nhau này sẽ đƣợc ghộp vào cựng một sợi quang ở phớa phỏt. Bộ ghộp kờnh theo bƣớc súng phải đảm bảo cú suy hao nhỏ và tớn hiệu sau khi đƣợc ghộp sẽ đƣợc truyền dọc theo sợi để tới phớa thu. Tới bờn thu, qua bộ giải ghộp kờnh (ODMUX), tớn hiệu sẽ đƣợc tỏch ra thành cỏc bƣớc súng riờng rẽ và đến cỏc bộ thu thớch hợp.
Cú 3 loại WDM chớnh đƣợc sử dụng đú là:
- Bộ lọc điện mụi màng mỏng (Dielectric thin film filters-DTF) dựng để lọc cỏc bƣớc súng riờng biệt trong dải bƣớc súng cụ thể cũng nhƣ dễ dàng thớch ứng trong việc truyền dẫn một chiều hoặc hai chiều. Bộ lọc DTF đƣợc sử dụng để ghộp bƣớc súng tại hai cửa sổ.
- Cỏch tử nhiễu xạ dựng để ghộp và tỏch nhiều tớn hiệu trong cựng một cửa sổ.
- Ghộp định hƣớng theo phƣơng phỏp hàn sợi.
3.2.1. Phương phỏp ghộp kờnh sử dụng cỏc bộ lọc
Cỏc thiết bị vi quang học thƣờng đƣợc sản xuất dựa trờn hai cụng nghệ khỏc nhau, đú là bộ tỏn sắc gúc và cỏc bộ lọc.
Bộ lọc điện mụi sử dụng trong ghộp kờnh quang hoạt động dựa trờn nguyờn lý phản xạ tớn hiệu ở một dải phổ này và cho phần phổ cũn lại đi qua. Phần tử cơ bản để thực hiện ghộp kờnh theo bƣớc súng là bộ lọc điện mụi giao
thoa, nú cú cấu trỳc đa lớp gồm cỏc màng mỏng cú chỉ số chiết xuất cao và thấp đặt xen kẽ nhau. Hầu hết cỏc bộ lọc giao thoa làm việc dựa trờn nguyờn lý buồng cộng hƣởng Fabry-Perot, gồm 2 gƣơng phản xạ thành phần đặt song song cỏch nhau bởi một lớp điện mụi trong suốt. Nguyờn lý hoạt động của nú nhƣ sau: khi chựm tia sỏng chạm vào thiết bị, cỏc hiện tƣợng giao thoa sẽ tạo ra những phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hƣởng.
a.
Sử dụng bộ lọc b. Sử dụng bộ tỏn sắc
Hỡnh 3. 4: Nguyờn lý ghộp/tỏch bước súng
Theo đặc tớnh phổ thỡ cú thể phõn cỏc bộ lọc giao thoa thành hai họ:
- Bộ lọc thụng dải: đƣợc đặc trƣng bởi bƣớc súng cắt c và cú đỏp ứng phổ thụng thấp hoậc thụng cao.
- Bộ lọc băng thụng: đƣợc đặc trƣng bởi bƣớc súng trung tõm o và độ rộng băng của bộ lọc.
Cỏc bộ lọc thụng dải đƣợc đặc trƣng bởi bƣớc súng cắt c, cú cấu trỳc bao gồm cỏc lớp điện mụi cú chiết suất cao H (Ge, Si, Ta2O5...) và cỏc lớp cú chiết suất thấp L (GeF3, SiO, SiO2..) đặt xen kẽ nhau trờn cựng một phiến đế. Mỗi lớp cú độ dày là /4 đối với bộ lọc bậc 0 và độ dày 3/4 đối