Cấu trỳc điểm - điểm cú thể thiết lập để kết nối hai điểm đầu cuối với nhau. Cấu trỳc này cú thể sử dụng cựng với cỏc bộ xen rẽ quang OADM. Khi sử dụng OADM cho phộp xen rẽ một phần lƣu lƣợng tại một điểm bất kỳ trờn tuyến. Cấu trỳc này dựng để truyền tải với tốc độ cao từ 10 tới 40 Gbps. Trong cỏc mạng MAN thƣờng thỡ cỏc bộ khuếch đại khụng cần thiết phải sử dụng.
Cấu trỳc điểm điểm chủ yếu dựng đối với cỏc trạm phỏt và nhận ở khoảng cỏch xa cỡ vài trăm km, yờu cầu tốc độ truyền dẫn cao, tớnh nguyờn vẹn tớn hiệu và độ tin cậy cao, khả năng phục hồi đƣờng truyền nhanh khi mạng gặp phải sự cố, và số lƣợng bộ khuếch đại sử dụng ở giữa hai đầu cuối thƣờng nhỏ hơn 10. Cấu trỳc WDM điểm-điểm ra đời đỏp ứng nhu cầu truyền tải cỏc tớn hiệu băng rộng tạo nờn một bƣớc đột phỏ mới trong hệ thống thụng tin, đặc biệt là thụng tin sợi quang.
Cấu trỳc điểm-điểm cú hai thành phần chớnh là : thiết bị đầu cuối đƣờng quang OLT thực hiện việc ghộp và tỏch cỏc kờnh tớn hiệu quang và cỏc trạm lặp thực hiện việc khuếch đại mà khụng cần biến đổi tớn hiệu quang thành điện. Khi muốn xen rẽ cỏc bƣớc súng thỡ cần phải lắp đặt thờm cỏc bộ OADM trờn tuyến nhƣ thể hiện ở hỡnh 2.4a.
Rx
Tx Rx
Sợi làm việc
Sợi bảo vệ Chuyển mạch Bộ chia Dòng l-u l-ợng Chuyển mạch Chuyển mạch Dòng l-u l-ợng Sợi bảo vệ Sợi làm việc OLT đ-ờng quang OLT đ-ờng quang Tx Tx RX RX Tx (a) (b) (c)
Hình 2.4. Cấu trúc điểm-điểm và cơ chế bảo vệ
Cấu trỳc mạng điểm-điểm bản thõn nú khụng thể tạo ra cơ chế bảo vệ khi gặp sự cố, để mạng cú thể hoạt động với độ tin cậy cao ta thƣờng xõy dựng cơ chế bảo vệ cho cấu trỳc mạng này. Cú hai cỏch xõy dựng đú là cơ chế bảo vệ 1+1 và 1:1 nhƣ thể hiện ở hỡnh 2.4b và hỡnh 2.4c. Trong sơ đồ bảo vệ 1+1, ngoài sợi quang làm việc, một sợi quang đƣợc lắp đặt thờm vào hai điểm đầu cuối gọi là sợi bảo vệ, tớn hiệu quang đƣợc truyền trờn cả hai sợi. Tại trạm nhận, nếu phỏt hiện lỗi trờn sợi làm việc thỡ chuyển mạch sẽ tự động chuyển sang sợi bảo vệ. Đõy là sơ đồ bảo vệ dành riờng, khụng cú bỏo hiệu giữa trạm nhận và phỏt. Do đú, thực thi hệ thống này là khỏ đơn giản tuy nhiờn nhƣợc điểm của nú là lóng phớ tài nguyờn hệ thống.
Trong sơ đồ 1:1, hai sợi quang cũng dựng để nối hai điểm với nhau, một sợi quang luụn ở chế độ truyền dữ liệu cũn sợi kia dựng để dự phũng. Trong trƣờng hợp sợi quang làm việc bị lỗi, lƣu lƣợng sẽ tự động đƣợc chuyển sang sợi quang bảo vệ
nhƣ thể hiện hỡnh 2.4c. Chuyển mạch đƣợc kớch hoạt bởi trạm nhận nhƣng cũng phải đƣợc thực hiện ở trạm phỏt, do đú cần phải thụng tin bỏo hiệu giữa trạm phỏt và thu để thực hiện chuyển mạch. Thụng tin bỏo hiệu đƣợc thực hiện thụng qua kờnh chuyển mạch bảo vệ tự động APS và đƣợc điều khiển bởi giao thức APS. Do cú sử dụng thụng tin bỏo hiệu nờn cơ chế bảo vệ này cho thời gian khụi phục mạng chậm hơn sơ đồ 1+1.
2.4.2 Cấu trỳc ring
Đõy là cấu trỳc phổ biến nhất trong cỏc mạng sử dụng cụng nghệ SDH. Tốc độ bớt cỡ khoảng từ 622Mbps đến 10Gbps. Hiện nay, cấu trỳc ring đang đƣợc sử dụng với sự cú mặt của cỏc bộ OADM. Đõy là một cấu trỳc đơn giản , cú thể cung cấp khả năng bảo vệ khi gặp sự cố một cỏch cú hiệu quả khi sử dụng cỏc kỹ thuật nhƣ trong cỏc mạng SONET/SDH truyền thống [26]. Chớnh vỡ lẽ đú cấu trỳc ring rất thụng dụng trong cỏc mạng sử dụng cụng nghệ SDH/SONET. Cú hai cấu trỳc ring: ring WDM hai sợi nhƣ hỡnh 2.5 và WDM 4 sợi hỡnh 2.6.
OADM OADM A B C D (P1) (P2) Làm việc Dự phòng Hình 2.5. Mạng ring WDM hai h-ớng 2 sợi quang Tín hiệu nhánh Tín hiệu nhánh OADM OADM A D C B Dự phòng Làm việc Hình 2.6. Mạng ring WDM hai h-ớng 4 sợi quang
Trong hỡnh 2. ta thấy vũng WDM truyền dẫn tớn hiệu ở cỏc bƣớc súng khỏc nhau, trong cấu trỳc cú sử dụng một số thiết bị nhƣ OADM, EDFA. Bằng cỏch sử dụng cỏc bộ OADM mỗi nỳt mạng cú thể xen rẽ cỏc bƣớc súng đặc trƣng hoặc đƣợc xỏc định hoặc đƣợc lựa chọn linh động trong quỏ trỡnh hoạt động. Mạng cung cấp nhiều kết nối điểm-điểm hay gọi là kờnh quang. Cỏc kờnh quang này truyền dẫn một bƣớc súng trờn tuyến truyền dẫn giữa cỏc nỳt nguồn và nỳt đớch.
Ƣu điểm lớn nhất của mạng ring là cơ chế bảo vệ luồng, trong hai cấu trỳc ring hai sợi và ring bốn sợi quang thỡ mạng WDM 2 sợi quang tỏ ra một cấu trỳc cú nhiều ƣu điểm về mặt kinh tế do sử dụng ớt sợi quang hơn , cũn cấu trỳc ring WDM 4 sợi phải dựng nhiều sợi quang hơn nhƣng độ an toàn mạng khụng đƣợc cải thiện hơn. Hơn nữa cỏc lỗi xẩy ra trờn tuyến thƣờng là lỗi đứt cỏp chứ ớt khi là đứt sợi, với lỗi này cả hai cấu trỳc ring trờn đều cú thể khắc phục đƣợc. Nhƣ vậy, cấu trỳc ring hai sợi tỏ ra cú hiệu quả hơn và thƣờng đƣợc dựng trong cỏc mạng đụ thị, cũn đối với cỏc mạng đƣờng dài thỡ cấu trỳc ring 4 sợi đƣợc sử dụng nhiều hơn.
Nếu chỳng ta sử dụng cỏc mạng ring WDM nhƣ là cỏc cấu trỳc độc lập thỡ khụng thể phỏt huy đƣợc hết cỏc khả năng và ƣu điểm của nú. Do đú, chỳng ta sẽ sử dụng nhiều ring WDM kết hợp lại với nhau để tạo thành cỏc mạng đƣờng trục. Khi đú mạng đƣờng trục sẽ đỏp ứng đƣợc hầu hết cỏc nhu cầu hạn chế của cỏc mạng trƣớc và phỏt huy đƣợc tiềm năng to lớn của nú.
2.4.3 Cấu trỳc mạng hỡnh lƣới
Mạng hỡnh lƣới là cấu trỳc của mạng quang trong tƣơng lai. Khi kiến trỳc mạng phỏt triển, cấu trỳc điểm - điểm và cấu trỳc ring vẫn tồn tại , nhƣng cấu trỳc hỡnh lƣới sẽ là cấu trỳc mạng cú nhiều hiệu dụng lớn. Quỏ trỡnh phỏt triển này đƣợc kớch thớch bởi sự phỏt triển và trở nờn phổ biến của cỏc thiết bị kết nối chộo quang, chuyển mạch quang.
Từ điểm nhỡn thiết kế, sự phỏt triển từ cấu trỳc điểm - điểm tới cấu trỳc hỡnh lƣới là hết sức quan trọng. Bắt đầu với cấu trỳc điểm-điểm, cỏc thiết bị OADM đƣợc sự dụng để tạo thờm sự linh hoạt cho mạng, và dựng để kết nối cỏc nỳt mạng, cấu trỳc mạng cú thể chuyển tới cấu trỳc hỡnh lƣới mà khụng cần thiết kế lại mạng. Thờm vào đú, cấu trỳc hỡnh lƣới và cấu trỳc ring cú thể nối với nhau thụng qua cấu trỳc điểm-điểm hỡnh 2.7.
Mạng WDM hỡnh lƣới bao gồm tất cả cỏc nỳt của mạng đƣợc kết nối lại với nhau, và cần thiết phải cú một cơ chế bảo vệ mới. Cỏc cơ chế bảo vệ trƣớc đú dựa vào sự dƣ thừa ở mức hệ thống hay sợi quang thỡ dƣ thừa ở đõy sẽ là ở mức bƣớc súng. Điều này cú nghĩa là kờnh dữ liệu sẽ thay đổi bƣớc súng khi truyền qua mạng
khi cỏc tuyến hay chuyển mạch ở bƣớc súng dựng trƣớc đú bị lỗi. Tỡnh huống này giống với cơ chế của cỏc mạch ảo trong cấu trỳc mạng ATM mà ở đú cỏc nhận dạng đƣờng ảo và nhận dạng mạch ảo đƣợc thay đổi tại điểm chuyển mạch [9]. Trong mạng quang, khỏi niệm này cũn đƣợc gọi là luồng quang.[18]
Vòng WDM OADM OADM HUB OADM HUB HUB HUB HUB HUB HUB điểm-điểm WDM hình l-ới
Hình 2.7. Cấu trúc ring, điểm-điểm, và hình l-ới
Do đú, mạng hỡnh lƣới sẽ cần nhiều độ thụng minh hơn để thực hiện cỏc chức năng bảo vệ hay quản lý băng thụng bao gồm cả chuyển mạch sợi quang và bƣớc súng. Khi đú lợi ớch ở độ linh hoạt và hiệu quả sẽ là rất lớn. Việc sử dụng sợi quang trong cỏc cỏc giải phỏp mạng vũng sẽ đƣợc giảm thiểu bởi vỡ yờu cầu về sợi quang bảo vệ trong trờn mỗi vũng sẽ cú thể đƣợc cải thiện khi thiết kế cấu trỳc hỡnh lƣới. Cơ chế bảo vệ và khụi phục dựa trờn cỏc tuyến chia sẻ sẽ yờu cầu ớt sợi quang hơn với cựng một lƣu lƣợng và khụng làm lóng phớ cỏc bƣớc súng khụng đƣợc sử dụng.
Mạng hỡnh lƣới phụ thuộc vào phần mềm quản lý. Giao thức MPLS phỏt triển để hỗ trợ cỏc tuyến định tuyến thụng qua mạng toàn quang.
2.5 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM.
Một hệ thống WDM cũng giống nhƣ hệ thống TDM truyền thống bao gồm : cỏc bộ phỏt quang, sợi quang đƣợc dựng làm mụi trƣờng truyền dẫn, cỏc trạm lặp hoặc cỏc bộ khuếch đại quang, bộ thu quang ngoài ra cũn cú cỏc bộ ghộp tỏch kờnh quang. Tuy nhiờn, khỏc với hệ thống TDM, hệ thống WDM cho phộp ghộp nhiều kờnh tớn hiệu trờn cũng một sợi quang đƣợc đặt ở những bƣớc súng khỏc nhau.
Nguồn quang là thiết bị tớch cực nằm ở phớa đầu phỏt của hệ thống truyền dẫn quang. Nguồn phỏt cú nhiệm vụ biến đổi tớn hiệu điện thành tớn hiệu quang, tớn hiệu quang cú thể đƣợc điều chế ngoài bằng một súng ỏnh sỏng liờn tục hay sử dụng cỏc thiết bị phỏt ra ỏnh sỏng điều chế trực tiếp.
Khi thiết kế hệ thống quang, nguồn phỏt quang phải đặc biệt đƣợc chỳ trọng. Cỏc đặc tớnh của nú cú tỏc động lớn đến hiệu quả cuối cựng của tuyến quang. Cú hai loại thiết phỏt quang thƣờng đƣợc sử dụng trong hệ thống truyền dẫn quang đú là điốt phỏt quang (LED) và điốt laser hay cũn gọi là laser bỏn dẫn.(LD). LED là thiết bị cú tốc độ tƣơng đối chậm thƣờng đƣợc sử dụng cho cỏc ứng dụng cú tốc độ dƣới 1Gbps và cho cỏc hệ thống sử dụng sợi quang đa mode. Trỏi lại, cỏc laser bỏn dẫn cú đặc tớnh tốt hơn và đƣợc sử dụng cho cỏc ứng dụng đối với sợi quang đơn mode. Nguồn quang sử dụng cho hệ thống WDM thƣờng là cỏc laser bỏn dẫn đơn mode, đõy là nguồn phỏt quang thoả món đƣợc hầu hết cỏc yờu cầu về nguồn phỏt đối với hệ thống WDM đú là:
- Độ rộng phổ hẹp và phổ vạch: Nhỡn chung, hệ thống WDM cũng sử dụng
cỏc nguồn phỏt giống nhƣ hệ thống truyền dẫn quang đơn kờnh cự ly dài.
Tuy nhiờn đối với WDM, chỳng ta sử dụng cỏc loại laser DFB hoặc DBR
cú duy nhất một vạch phổ trong dải phổ của nú. Độ rộng phổ tuỳ thuộc
vào số lƣợng kờnh trong hệ thống và dung sai của cỏc phần tử.
- Độ ổn định bƣớc súng phỏt: Trong hệ thống WDM cần giảm thiểu sự thay đổi của bƣớc súng nguồn phỏt trong thời gian hoạt động để trỏnh đƣợc những ảnh hƣởng khụng mong muốn đến chỉ tiờu hệ thống.
- Khả chỉnh: Cỏc laser khả chỉnh cú ý nghĩa rất lớn đối với mạng quang trong tƣơng lai, đặc biệt là mạng quảng bỏ. Khả năng khả chỉnh của cả bộ phỏt và thu ảnh hƣởng hƣởng đến chỉ tiờu của toàn hệ thống.
- Nguồn phỏt đa bƣớc súng: Một trong cỏc yờu cầu của mạng tƣơng lai là khả năng đỏp ứng nhanh đối với cỏc nguồn khả chỉnh. Để thực hiện điều này cú thể tớch hợp nhiều laser cú bƣớc súng khỏc nhau trờn cựng một nền. Do đú kiểu laser này cho phộp hoạt động đồng thời với nhiều bƣớc
súng và cú khả năng điều chỉnh rất nhanh bằng cỏch lựa chọn bƣớc súng phỏt.
Cỏc bƣớc súng đối với nguồn phỏt laser cho hệ thống WDM điểm - điểm với khoảng cỏch cỏc bƣớc súng là 100GHz và bƣớc súng trung tõm là 1553.52nm đƣợc định nghĩa bởi chuẩn G.692 của ITU-T nhƣ thể hiện ở bảng 2.1.[23] Bảng 2.1 Cỏc bƣớc súng của hệ thống WDM Tần số (THz) Bƣớc súng (nm) Tần số (THz) Bƣớc súng (nm) Tần số (THz) Bƣớc súng (nm) 196.1 1528.77 194.6 1540.56 193.1 1552.52 196.0 1529.55 194.5 1541.35 193.0 1553.33 195.9 1530.33 194.4 1542.14 192.9 1554.13 195.8 1531.12 194.3 1542.94 192.8 1554.94 195.7 1531.9 194.2 1543.73 192.7 1555.75 195.6 1532.68 194.1 1544.53 192.6 1556.56 195.5 1533.47 194.0 1545.32 192.5 1557.36 195.4 1534.25 193.9 1546.12 192.4 1558.17 195.3 1535.04 193.8 1546.92 192.3 1558.98 195.2 1535.82 193.7 1547.72 192.2 1559.79 195.1 1536.61 193.6 1548.51 192.1 1560.61 195.0 1537.40 193.5 1549.32 192.0 1561.42 194.9 1538.19 193.4 1550.12 191.9 1562.23 194.8 1538.98 193.3 1550.92 191.8 1563.05 194.7 1539.77 193.2 1551.72 191.7 1563.86 2.5.2 Sợi quang
Nhiệm vụ chớnh của sợi quang chớnh là mụi trƣờng để truyền ỏnh sỏng với độ suy hao rất nhỏ. Thụng thƣờng, sợi quang đƣợc sử dụng trong hệ thống thụng tin quang gồm 3 loại: sợi SMF, sợi DFS, và sợi NZ-DSF
a) Sợi SMF
Bảng 2.2 Cỏc tham số của sợi SMF [20]
Cỏc tham số Giỏ trị
Đƣờng kớnh vỏ phản xạ 125 3 m Độ đồng tõm của trƣờng mode tại bƣớc
súng 1550n m
≤1 m
Độ khụng trũn đều của trƣờng mode Rất nhỏ, khụng ảnh hƣởng đến lan truyền và đấu nối tớn hiệu
Độ khụng trũn đều của vỏ phản xạ ≤2%
Suy hao uốn cong tại bƣớc súng 1550n m ≤1dB khi uốn cong 100 vũng với bỏn kớnh
uốn cong 37.5nm
Hệ số suy hao ≤ 0.5 ở vựng bước súng 1310nm
≤ 0.3 ở vựng bước súng 1550nm
Hệ số tỏn sắc ≤ 3.5 (1285-1330nm)
≤ 6 (1270-1340nm) ≤ 20 (1550nm)
Dạng mặt cắt chiết suất Thường cú dạng mặt cắt chiết suất phõn
bậc
Sử dụng loại sợi SMF cho phộp đạt tới cự ly gần 100km tại tốc độ STM-16 mà khụng cần sử dụng cỏc bộ bự tỏn sắc. Tuy nhiờn, với tốc độ S TM-64 nếu sử dụng loại sợi này thỡ chỉ đạt đƣợc khoảng cỏch cỡ 60km nếu khụng sử dụng cỏc bộ bự tỏn sắc. Cũng vỡ tỏn sắc lớn tại vựng bƣớc súng 1550 nm nờn hiệu ứng FWM khụng xảy ra trong sợi SMF.
b) Sợi DSF
Bảng 2.3. Cỏc tham số của sợi DSF [21]
Cỏc tham số Giỏ trị
Đƣờng kớnh trƣờng mode tại 1550n m (7.0 8.3 m) 10% Đƣờng kớnh vỏ phản xạ 125 m 2.4 % Độ đồng tõm của trƣờng mode tại bƣớc
súng 1550n m
≤1 m
Độ khụng trũn đều của trƣờng mode Rất nhỏ, khụng ảnh hƣởng đến lan truyền và
đấu nối tớn hiệu
Độ khụng trũn đều của vỏ phản xạ ≤2%
Suy hao uốn cong tại bƣớc súng 1550n m ≤ 0.5dB khi uốn cong 100 vũng với bỏn
Hệ số suy hao ≤ 0.35 dB/km ở vựng bước súng 1550nm
≤ 0.5 dB/km ở vựng bước súng 1300nm
Hệ số tỏn sắc ≤ 3.5 ps/nm.km trong vựng (1285-
1330nm)
Loại sợi này đặc biệt phự hợp với cỏc hệ thống đơn kờnh, cự ly dài, dung lƣợng lớn. Tuy nhiờn, loại sợi này đƣợc khuyến nghị là khụng sử dụng cho cỏc hệ thống WDM. Trong trƣờng hợp tuyến đang sử dụng sợi này, muốn nõng cấp tăng dung lƣợng bằng kỹ thuật WDM thỡ phải chọn vựng bƣớc súng cú tỏn sắc đủ nhỏ (nhƣng khụng bằng khụng) để trỏnh hiệu ứng FWM. Điều này làm hạn chế khả năng tăng dung lƣợng của hệ thống.
c) Sợi NZ-DSF
Bảng 1.4. Cỏc tham số của sợi NZ-DSF [22]
Cỏc tham số Gi ỏ trị
Đƣờng kớnh trƣờng mode tại 1550n m (8 11 m) 10% Đƣờng kớnh vỏ phản xạ 125 m 2 m Độ đồng tõm của trƣờng mode tại bƣớc
súng 1550n m
≤1 m
Độ khụng trũn đều của trƣờng mode Rất nhỏ, khụng ảnh hƣởng đến lan truyền và đấu nối tớn hiệu
Độ khụng trũn đều của vỏ phản xạ ≤2%
Suy hao uốn cong tại bƣớc súng 1550n m ≤ 0.5dB khi uốn cong 100 vũng với bỏn
kớnh uốn cong 37.5nm
Hệ số suy hao ≤ 0.35 dB/km ở vựng bước súng 1550nm
Hệ số tỏn sắc ≤ 3.5 ps/nm.km ≤Dmin≤Dmax ≤6.0ps/nm.km
và 1530nm ≤ min≤ max≤1565nm
Tỏn sắc mode phõn cực < 0.5 ps/km
Tỏn sắc của sợi này đủ nhỏ để cho phộp truyền với tốc độ 10 Gbps trờn khoảng cỏch 300-400km mà khụng cần bự tỏn sắc nhƣng cũng cũng đủ lớn để giảm ảnh hƣởng của FWM trong dải băng của EDFA. Vỡ vậy sợi này đặc biệt thớc h hợp cho cỏc hệ thống WDM tốc độ cao, cự ly truyến dẫn lớn.
