Bộ xen/ rẽ quang th-ờng đ-ợc sử dụng trong các mạng đô thị và mạng đ-ờng dài vì tính hiệu quả cao của nó, đặc biệt thích hợp với cấu hình của các vòng quang hay mạng tuyến tính. OADM th-ờng đ-ợc đặt ở giữa các bộ ghép kênh và phân kênh quang. OADM không thực hiện chức năng ghép hay tách tất cả các b-ớc sóng mà nó chỉ cho phép tách hay ghép một hay nhiều b-ớc sóng đã đ-ợc chọn lọc còn các b-ớc sóng còn lại đ-ợc cho qua.
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
ở một khía cạnh khác, chức năng OADM giống với chức năng ADM của
mạng SDH/ SONET, ngoại trừ tr-ờng hợp OADM xen rẽ đ-ợc trực tiếp đối với các b-ớc sóng quang và không có sự chuyển đổi quang điện ở bộ phận này. Hình 2.7 chỉ ra sơ đồ OADM, trong sơ đồ này có thể thực hiện các bộ khuyếch đại tr-ớc và sau quá trình xen/ rẽ b-ớc sóng. Tuy nhiên các bộ khuyếch đại là cấu hình tuỳ chọn đối với các nhà sản xuất thiết bị.
Fiber Fiber
OADM
Amp Amp
Hỡnh 2.7: Cấu trỳc chức năng của bộ OADM
Các mạng quang hiện đại phải có khả năng tự khôi phục sự cố một cách linh hoạt, có khả năng bảo vệ tự động hoàn toàn và độ tin cậy cao nếu xét tại lớp quang vật lý. Để thực hiện đ-ợc điều này, mạng quang cần có các chức năng giám sát và định tuyến kênh quang hết sức chặt chẽ và phải đ-ợc tiến hành ở tốc độ cao.
Cho dù mạng đó có cấu hình từ đơn giản, nh- cấu hình điểm-nối-điểm, đến cấu hình phức tạp, nh- cấu hình mạch vòng, cấu hình mesh.. ., thì mọi phần tử của mạng đó đều phải đ-ợc cấu hình một cách có chiến l-ợc để có thể tiến hành đ-ợc các chức năng nh- giám sát, tối -u hoá hoạt động, định tuyến quang.. . Trong các chức năng này bao gồm:
Chức năng giám sát, sẽ do các phần tử OPM (Optical Performance
Monitor) thực hiện. n 1 2 ... n 1 2 ... n n n 1 2 ...
Formatted: Font color: Black
Formatted: Indent: Left: 0", First line: 0,5", Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0,25" + Tab after: 0,5" + Indent at: 0,5", Tab stops: 0", List tab + Not at 0,5"
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Tối -u hoá sẽ do các phần tử nh- module bù tán sắc DEM (chromatich
Dispersion Equalizier Module) và PMD (Polarization Mode-Dispersion), thực hiện để tối -u hoá các đặc tính tín hiệu quang trên đ-ờng truyền.
Chức năng định tuyến sẽ do các thiết bị nh- OXC (Optical Cross
Connect) thực hiện, ngoài ra OXC còn thực hiện chức năng chuyển mạch bảo vệ
mạch quang, kết nối giữa các ring...
Chức năng xen rẽ do OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) thực hiện
xen rẽ b-ớc sóng, chia tách l-u l-ợng theo yêu cầu cho từng nút xen rẽ, giống nh- vai trò của ADM trong mạng SDH.
Các node xen rẽ ADM thông th-ờng h-ớng tới OADM
Về bản chất, ADM là một phần tử của kiến trúc mạng quang thực hiện việc cấu hình l-u l-ợng theo kiểu đơn h-ớng hoặc đa h-ớng. Kiến trúc hiện đang tồn tại của ADM dựa trên các thiết bị SONET/SDH ADM, sử dụng bộ ghép kênh điện thực hiện việc ghép kênh TDM để kết hợp hoặc tách các luồng tín hiệu với các tốc độ chuẩn của SONET hoặc SDH vào luồng chính hoặc từ luồng chính ra. Chỉ có các luồng dữ liệu cần thiết mới đ-ợc truy nhập và bị tách, và dữ liệu mới đ-ợc chèn vào luồng với tất cả tối đa dung l-ợng bằng l-ợng còn lại cho phép của mạng; sau đó l-u l-ợng này đ-ợc chuyển tới node tiếp theo.
Với sự xuất hiện của công nghệ WDM, đặc biệt là DWDM, nhiều b-ớc sóng quang mang tin tức đ-ợc truyền đi cùng trên một sợi, thì thiết bị OADM trở nên quan trọng hơn, và tốt nhất là xem xét nó trong lớp quang vật lý. Trong các thiết bị OADM, dữ liệu cần tách ghép đ-ợc truy nhập thông qua việc lọc lấy một b-ớc sóng quang từ luồng tín hiệu đa b-ớc sóng trên sợi quang tại node. Hoặc một sóng mang quang đ-ợc ghép vào luồng tín hiệu trên sợi tại node đó.
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
WDM input Tunable OADM WDM output
OA OA Demux Mux OPM OPM OPM OPM Tunable DEM Tunable DEM
Hình 2.8: Cấu hình các module quang trong một thiết bị OADM
Trong m³ng quang WDM, thiết bị OADM coi như l¯ “trong suốt” đối với toàn bộ l-u l-ợng thuộc các kênh b-ớc sóng mà không có nhu cầu tách hoặc ghép. Mỗi kênh b-ớc sóng (t-ơng ứng với các tốc độ chuẩn khác nhau của SONET/SDH) có thể đ-ợc tách hoặc ghép mà không cần đến các tín hiệu tách ghép TDM trong lớp điện.
Một tính năng khác của thiết bị tách ghép b-ớc sóng là nhờ nó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể cho thuê một b-ớc sóng mang nào đó (giống nh- là cho thuê kênh/luồng sóng mang), nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn việc cho thuê cả một sợi quang.
Một yêu cầu toàn diện hơn đối với thiết bị OADM là các tín hiệu sóng mang quang WDM phải đ-ợc khuếch đại, đ-ợc phát và định tuyến, nói tóm lại là hầu hết các chức năng chính của mạng quang đ-ợc thực hiện tại các node OADM điều chỉnh đ-ợc, các module bù tán sắc điều chỉnh theo từng kênh đ-ợc, các thiết bị giám s²t ho³t động cða m³ng.. . Những module n¯y thích hợp với hệ thống “nhúng” bởi tính gọn nhẹ, chắc chắn. Hơn nữa, bởi vì mỗi module này sử dụng cách tử Bragg (FBG), hay các bộ định tuyến b-ớc sóng AWG nh- là thành phần công nghệ chính nên chúng có đ-ợc các -u điểm của thiết bị xen (in-fiber devices) nh- suy hao xen nhỏ và là các thiết bị tích hợp nhỏ gọn.
Các module xen rẽ quang điều khiển đ-ợc b-ớc sóng xen rẽ
Một thiết bị OADM nh- trên hình 2.8 trên đây có thể cho phép xen hoặc rẽ một kênh b-ớc sóng đơn hoặc nhiều kênh b-ớc sóng đồng thời.
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Trong t-ơng lai khi vai trò của lớp chuyển mạch định tuyến đ-ợc chuyển dẫn cho lớp quang-optical physic layer (hiện nay lớp điện-electronic layer, vẫn đóng vai trò chính, để chuyển mạch, các tín hiệu quang đ-ợc chuyển thành tín hiệu điện, thực hiện chuyển mạch ATM hoặc định tuyến IP, rồi đ-ợc chuyển lại thành tín hiệu quang v¯ truyền đi) thì thiết bị OADM cần thiết ph°i tr°i qua một qu² trình “chuyển giao mềm” giữa một cấu hình thụ động (passive) nh- hiện nay sang một cấu hình động (dynamic hoặc active). Tức là các thiết bị OADM phải có thể cấu hình lại đ-ợc, có thể điều khiển một cách chủ động các tính năng nh- các thiết bị có đặc tính “dynamic”, khi đó, c²c thiết bị OADM n¯y sẽ cho phép lớp quản lý mạng có thể cấu hình lại luồng và l-u l-ợng sang một b-ớc sóng mang khác nếu chẳng may mạng lại có sự cố tại một nhánh nào đó, do đó tránh bị ngắt quãng dịch vụ hoặc thông tin,
hoặc giả chỉ là để cân bằng l-u l-ợng giữa các nhánh của mạng để đạt đ-ợc hiệu quả
cacao nhất của mạng l-ới, nhờ đó cải thiện hiệu quả truyền thông.
Các mô hình OADM hiện tại chủ yếu dựa trên các công nghệ nh-: các bộ lọc điện môi mỏng, các bộ lọc quang-âm học điều chỉnh đ-ợc, các bộ dịch pha định tuyến b-ớc sóng AWG, hoặc sợi cách tử Bragg FBG.
Với các bộ lọc điện môi, các thiết bị OADM đạt đ-ợc khoảng cách kênh b-ớc sóng khoảng 100 GHz và lớn hơn. Nh-ng với khoảng cách kênh ghép là 50 GHz thì khó có thể chế tạo với các bộ lọc điện môi, vì không thể đạt đ-ợc đầy đủ các yêu cầu về độ dốc và tần số trung tâm của phổ băng tần cần thiết. Các bộ lọc quang-âm học mặc dù có -u điểm là phạm vi điều chỉnh b-ớc sóng rộng, song lại bị hạn chế bởi các đặc tính không thích hợp của bộ lọc băng thông. Các bộ dịch pha b-ớc sóng AWG mặc dù là ứng cử cho các hệ thống có mật độ kênh b-ớc sóng lớn nh-ng chúng vẫn có suy hao xen lớn, cũng có các đặc tính về phổ băng thông ch-a thật hoàn hảo. Cách tử Bragg cũng có một triển vọng tốt cho các thiết bị WDM, nhờ công nghệ chế tạo mới, các kỹ thuật điều khiển mới, cách tử Bragg đã đ-ợc chế tạo trong các bộ tách-ghép b-ớc sóng khoảng cách kênh 50 GHz với suy hao thấp, đặc tính phổ bộ lọc t-ơng đối tốt.
Để có thể truy nhập bất kỳ kênh b-ớc sóng nào một cách linh hoạt trong dải khuếch đại của bộ khuếch đại quang sợi EDFA, sẽ cần có 8 bộ điều chỉnh b-ớc sóng (kiểu cách tử sợi Bragg hoặc AWG) trong mỗi thiết bị OADM. 8 bộ này đ-ợc đặt giữa từng đôi một của các cổng ra của Circulator, sẽ tạo thành module OADM điều khiển xen rẽ b-ớc sóng với 4 cổng chức năng nh- sau: cổng luồng dữ liệu vào, cổng
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
ra, cửa rẽ (tách), cửa xen (ghép). Với module loại này, suy hao xen đối với từng cổng (cửa) chỉ nhỏ hơn 2 dB. Sự phụ thuộc giữa b-ớc sóng và độ bằng phẳng của phổ bộ lọc thông cỡ nhỏ hơn 0,05 dB; suy hao phụ thuộc phân cực nhỏ hơn 0,2 dB; các chỉ tiêu về tán sắc gây ra bởi thiết bị nằm trong giới hạn cho phép. Hơn nữa, tán sắc mode phân cực PMD của thiết bị OADM loại này thấp, bởi vì tán sắc gây ra bởi cách tử sợi có thể kiểm soát đ-ợc đạt đủ nhỏ trong dải thông của bộ lọc.
OPM – module giám sát chất l-ợng hệ thống trong OADM
Một module OPM (optical-performance monitor) có thể đ-ợc triển khai tại trạm xen rẽ, để giám sát xem quá trình tái cấu hình của OADM có thành công, hoặc xem quá trình làm cân bằng l-u l-ợng trên mạng khi đi qua node có thành công. Module OPM này làm việc ở lớp quang, chúng đo các thông số quan trọng của các kênh b-ớc sóng nh-: b-ớc sóng làm việc, công suất của kênh, tỷ số S/N, số l-ợng kênh đang hoạt động, khoảng cách giữa các kênh, công suất t-ơng đối giữa các kênh, độ khuếch đại và độ gợn khuếch đại đạt đ-ợc (nếu hệ thống sử dụng khuếch đại quang đ-ờng truyền). Thực hiện giám sát tỷ số BER, tỷ số SNR để can thiệp vào việc hiệu chỉnh các tỷ số trên giữa các chặng.
Tầm quan trọng của OPM đòi hỏi chúng phải có độ tin cậy cao, có khả năng làm việc trong một giới hạn rộng về môi tr-ờng, phải có tốc độ đo và xử lý thật cao để các bản tin của nó mang tính thời sự đối với việc quản lý mạng. Chính vì vậy, việc tính toán thiết kế để có vị trí thích hợp cho OPM trên mạng là hết sức quan trọng.
Nói chung, một OPM thực chất nh- một máy phân tích quang phổ. Để đo và xử lý phổ của nguồn tín hiệu, ng-ời ta có thể dùng các phần tử quang tán sắc (cách tử) hoặc các bộ lọc thông băng hẹp (lọc điện môi – lọc âm học – lọc Fabry Perot). Có một vài công nghệ đang cạnh tranh nhau trong việc chế tạo thiết bị lõi cho OPM đã đạt đ-ợc những yêu cầu nghiêm ngặt của thiết bị. Đó là các thiết kế dựa trên: cách tử lớn trong các máy phân tích quang phổ truyền thống, cách tử nhiều màu kết hợp với các ma trận dò tuyến tính, các bộ lọc Fabry-Perot băng hẹp điều chỉnh đ-ợc, cách tử sợi Bragg băng thông hẹp điều chỉnh đ-ợc. Trong đó thì công nghệ sử dụng các bộ lọc Fabry-Perot băng hẹp điều chỉnh đ-ợc, đ-ợc dùng nhiều hơn . Có rất nhiều nhà cung cấp thiết bị sử dụng bộ lọc Fabry-Perot.
Module điều chỉnh cần bằng tán sắc DEM
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Việc định tuyến, giám sát chất l-ợng kênh giữa các b-ớc sóng truyền trên sợi quang hoặc giữa các b-ớc sóng trên các sợi của mạch vòng luôn đòi hỏi nhà khai thác quan tâm đến vần đề tán sắc của từng kênh b-ớc sóng, công suất của từng kênh b-ớc sóng, tỷ số SNR.. . chúng nhất thiết phải đ-ợc hiệu chỉnh để phù hợp với tuyến l-u l-ợng mới mà nó tham gia.
Có thể có nhiều cách để hiệu chỉnh công suất và tỷ số SNR. Đơn giản nhất là thực hiện hiệu chỉnh hệ số giảm hoặc hệ số khuếch đại quang cho từng kênh đối với bộ khuếch đại quang đ-ờng truyền. Tuy nhiên, vấn đề tán sắc có thể chỉ đ-ợc hiệu chỉnh cho từng kênh b-ớc sóng và đòi hỏi thiết bị điều chỉnh tán sắc đ-ợc kiểm soát từ xa, có khả năng quản lý vấn đề tán sắc của các kênh b-ớc sóng đã đ-ợc chuyển đổi l-u l-ợng. Kết quả là các module kiểu nh- vậy sẽ cho phép các kênh quang duy trì độ tán sắc ở mức cho phép cho dù chúng có bị chuyển mạch hoặc định tuyến sang b-ớc sóng quang khác.
Các module điều chỉnh tán sắc có thể tạo ra từ cách tử điều chỉnh độ bù tán sắc băng hẹp DCG đ-ợc đặt trong lõi sợi. Những thiết bị này hứa hẹn những triển vọng tốt nh-: gọn nhẹ, có thể chế tạo nh- một card mạng, hơn nữa, tính ổn định cao và khả năng tái cấu hình đ-ợc của DCG làm cho chúng trở thành thiết bị lý t-ởng của các mạng quang.
Các DCG sử dụng trong các module điều chỉnh tán sắc DEM đ-ợc thiết kế băng ph-ơng pháp mặt nạ pha chụp ảnh ba chiều mẫu độ dài 10cm (holographically patterned phase masks), ph-ơng pháp vẫn hay sử dụng để sản xuất cách tử sợi Bragg chất l-ợng cao. Tán sắc của DCG đ-ợc điều chỉnh theo độ thay đổi của chirp tuyến tính trong cách tử sợi. Sản phẩm đạt đ-ợc dải tán sắc từ –1270 ps/nm đến –420 ps/nm, làm cho DCG trở thành sản phẩm nhiều hứa hẹn của thiết bị mạng quang.
Các mạch lọc mạng mỏng đ-ợc xem nh- là công nghệ chính cho OADM trong các mạng WDM nội thị hiện đại bởi đặc tính ổn định và giá thành hợp lý của nó. Khi các OADM thế hệ thứ hai đ-ợc phát triển mạnh mẽ thì các kỹ thuật nh- cách tử dẫn sóng AWG hay bộ vòng quang kết hợp với các cách tử Bragg hoặc giao thoa MZI đ-ợc xem nh- là những lựa chọn phù hợp về công nghệ cho OADM mà ta sẽ nói đến ở phần sau của ch-ơng này.