Công nghệ truyền dẫn WDM đã đi vào giai đoạn ứng dụng và thương mại hoá theo xu hướng ngày càng hoàn thiện của công nghệ WDM. Trong lĩnh vực thông tin quang, vấn đề quan trọng là lợi dụng được mạng quang hiện có và tương lai để xây dựng và tạo thành mạng WDM cao tốc, dung lượng lớn, đa dịch vụ. Trong khi thực hiện mạng WDM, vấn đề quan trọng quyết định hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng là quy hoạch hợp lý tài nguyên bước sóng. Định tuyến bước sóng của mạng quang có thể đơn giản hoá rất nhiều thuật toán định tuyến, điều khiển và quản lý mạng, khi chuyển mạch không cần thiết xử lý tin tức trước định tuyến, từ đó có lợi cho việc thực hiện mạng thông tin cao tốc, nâng cao tính ổn định và độ tin cậy của mạng, nhưng tính khả thi của phương án tổ chức mạng này sẽ gặp khó khăn khi số lượng bước sóng tăng lên quá cao.
1. Kênh bước sóng và kênh bước sóng o.ả
Có thể coi kênh quang như sự kết nối ảo của lớp kênh điện. Thiết lập hoặc giải phóng một kênh quang có ý nghĩa tăng hoặc giảm một đường kết nối ảo trên lớp kênh điện. Thông qua cơ chế khôi phục và bảo vệ của lớp kênh quang (như đấu vòng, chuyển đổi bước sóng...) trực tiếp giải quyết vấn đề gián đoạn thông tin do nguyên nhân đứt sợi quang hoặc sự cố của điểm nút.... mà không cần thay đổi kết cấu của lớp kênh điện. Kết cấu kênh quang như vậy được gọi là kết cấu logic của mạng. Kết cấu vật lý phản ảnh quan hệ kết nối sợi quang trên thực tế.
Tuỳ theo điểm nút OXC có cung cấp chức năng biến đổi bước sóng hay không, có thể chia kênh quang ra thành kênh bước sóng (Wavelength Path) và kênh bước sóng ảo (Virtual Wavelength Path).
Kênh bước sóng có nghĩa là: trong mạng WDM mà điểm nút OXC không có chức năng biến đổi bước sóng, một kênh quang nào đó trong các đoạn ghép kênh bước sóng khác nhau phải sử dụng cùng một bước sóng. Nhược điểm của kênh bước sóng là nếu trong tất cả đường kết nối mà nó đi qua không do thấy một đường định tuyến có chung một kênh tín hiệu bước sóng rỗi, thì sẽ phát sinh nghẽn bước sóng. Kênh bước sóng ảo có nghĩa là: nếu trong mạng WDM, điểm nút OXC có chức năng biến đổi bước sóng, một kênh quang nào đó có thể chiếm bước sóng khác nhau trong các đoạn ghép kênh bước sóng khác nhau, từ đó nâng cao được hiệu suất sử dụng bước sóng, giảm xác suất nghẽn mạch. Như hình 6.3. biểu thị A-1-6-7-C tức là một kênh bước sóng, chiếm bước sóng λ1 mà D-10-9-E có thể cung cấp một kênh bước sóng ảo, đoạn nghép kênh chiếm bước sóng λ2 (có thể biến đổi)
Trong mạng kênh bước sóng (là mạng mà các điểm nút OXC không có chức năng biến đổi bước sóng) do mỗi kênh có quan hệ với một bước sóng cố định, yêu cầu khi chọn đường và phân phối bước sóng, phải dùng phương thức điều khiển tập trung, tức là sau khi nắm vững trạng thái của tất cả các đoạn ghép kênh trong toàn bộ mạng, thì mới có thể chọn một tuyến thích hợp cho đề nghị của cuộc gọi mới. Nhưng trong mạng kênh bước sóng ảo (là mạng mà các điểm nút OXC có chức năng biến đổi bước sóng) mỗi kênh lần lượt phân phối bước sóng cho các đường kết nối, do đó có thể điều khiển phân tán điều này sẽ làm giảm rất nhiều tính phức tạp trong việc chọn đường lớp kênh quang và thời gian cần thiết để chọn đường. Vì số bước sóng mà OXC có thể đáp ứng được là có hạn, để tối ưu hoá tính năng của mạng lưới, bất kỳ kênh quang nào của mạng đều phải căn cứ vào kết cấu vật lý và nhu cầu dịch vụ giữa các điểm nút, khi thiết kế phương án kết nối tối ưu cho mạng.
Hình 5.9. Kênh bước sóng và kênh bước sóng o trong m ng WDM.ả ạ
2. Ch n ọ đường trong m ng WDMạ
Hình 5.10 là kết cấu vật lý của một mạng WDM. Những khung chữ nhật thể hiện điểm đầu cuối quang, hình tròn là ma trận chuyển mạch quang (nút OXC), đường nét đậm thể hiện cho đường kết nối quang, đường nét đứt thể hiện cho kênh quang. Từ hình vẽ có thể thấy, những kênh quang không có đường kết nội dùng chung có thể dùng cùng một bước sóng, như kênh quang B®A, C®D, trong hình vẽ đều sử dụng bước sóng λ3. Do đó có vấn đề sử dụng trùng lặp bước sóng trong mạng WDM. Hình 5.10. biểu thị kết cấu logic của mạng này, mỗi kênh logic trong mạng đại diện cho một kênh quang trong thực tế.
Vấn đề phân phối bước sóng quang xét từ định nghĩa toán học có thể biểu thị bằng quan hệ tuyến tính, và hàm mục tiêu tối ưu có nhiều dạng, ví dụ trong mạng kiểu
lượng lớn nhất trên kênh quang bất kỳ là nhỏ nhất. Trong mạng kiểu chuyển mạch kênh, mục tiêu tối ưu hoá bao gồm số bước sóng ít nhất và mạng lớn nhất. Do vấn đề phân phối bước sóng quang gặp rất nhiều khó khăn, nhất là vấn đề đạt được tối ưu cần có thời gian tính toán tăng theo quy mô của vấn đề với hàm số mũ, vì vậy khi dùng trong mạng có quy mô tương đối lớn, thì do thời gian tính toán quá dài mà có thể mất đi ý nghĩa thực tế.
V: B o v m ng WDMả ệ ạ
1. B o v ki u 1+1 trên l p SDHả ệ ể ớ
Vấn đề phõn phối bước súng quang xột từ định nghĩa toỏn học cú thể biểu thị bằng quan hệ tuyến tớnh, và hàm mục tiờu tối ưu cú nhiều dạng, vớ dụ trong mạng kiểu chuyền mạch gúi, mục tiờu tối ưu hoỏ cú thể là trễ nhúm bỡnh quõn nhỏ nhất, hoặc lưu lượng lớn nhất trờn kờnh quang bất kỳ là nhỏ nhất. Trong mạng kiểu chuyển mạch kờnh, mục tiờu tối ưu hoỏ bao gồm số bước súng ớt nhất và mạng lớn nhất. Do vấn đề phõn phối bước súng quang gặp rất nhiều khú khăn, nhất là vấn đề đạt được tối ưu cần cú thời gian tớnh toỏn tăng theo quy mụ của vấn đề với hàm số mũ, vỡ vậy khi dựng trong mạng cú quy mụ tương đối lớn, thỡ do thời gian tớnh toỏn quỏ dài mà cú thể mất đi ý nghĩa thực tế.
Ở phương thức bảo vệ này, toàn bộ thiết bị của hệ thống như: đầu cuối SDH, bộ tách/ghép kênh, bộ khuyếch đại quang, đường dây cáp quang... đều cần phải có bộ phận dự phòng, ở đầu phát tín hiệu SDH được nối bắc cầu cố định giữa hệ thống công tác và hệ thống bảo vệ, ở đầu thu giám sát trạng thái tín hiệu SDH thu được từ 2 hệ thống WDM, và chọn ra tín hiệu thích hợp hơn. Phương thức này có tính tin cậy cao nhưng giá thành cũng cao.
Trong một hệ thống WDM, sự chuyển đổi các kênh SDH không có quan hệ với sự chuyển đổi của các kênh khác, tức là Tx1 trong hệ thống công tác của WDM có sự cố, chuyển đổi sang hệ thống bảo vệ của WDM. thì Tx2 có thể tiếp tục làm việc trên hệ thống công tác của WDM. Một khi phát hiện thấy thời gian khởi động việc chuyển giao, thì phải hoàn thành chuyển giao bảo vệ trong 50ms.
Hệ thống WDM dựa trên một bước sóng, thực thi bảo vệ 1: n trên lớp SDH. Trong hình 5.13, Tx11, Tx21,...,Txn1 dùng chung một đoạn bảo vệ, với Tx1 cấu thành quan hệ bảo vệ 1: n. Tiếp tục như vậy, Tx1m, Tx2m,...,Txnm dùng chung một đoạn bảo vệ, với Txpm cấu thành quan hệ bảo vệ 1: n.
Trong một hệ thống WDM, sự chuyển đổi lẫn nhau của kênh SDH không có quan hệ gì với sự thay đổi của các kênh khác, tức trong hệ thống công tác 1 của WDM Tx11 chuyển đổi sang hệ thống bảo vệ của WDM thì Tx12,..., Tx1m có thể tiếp tục làm việc trên hệ thống 1 của WDM. Một khi phát hiện thấy thời gian khởi động chuyển giao, thì chuyển giao bảo vệ phải hoàn thành trong 50ms.
2. B o v o n ghép kênh:ả ệ đ ạ
Công nghệ này chỉ bảo vệ 1 + 1 trên kênh quang, mà không bảo vệ đường dây đầu cuối. Tại đầu phát và đầu thu sử dụng bộ phân nhánh quang 1 x 2 và khoá quang. Ở đầu thu chọn đường cho tín hiệu quang. Đặc điểm của khoá quang là tổn hao nhỏ, trong suốt đối với khu vực khuếch đại bước sóng và tốc độ nhanh.
VI. WDM và SDH.
Hiện nay tín hiệu lớp thuê bao khách hàng của hệ thống WDM ứng dụng trong thực tế đều dựa trên SDH, tức là hệ thống SDH Nx 2,5 Gbit/s, nhưng như thế không có nghĩa là hệ thống WDM chỉ có thể truyền tải tín hiệu SDH. Một đặc điểm quan trọng nhất của hệ thống WDM là không quan hệ gì với dịch vụ, nghĩa là nó trong suốt đối với dịch vụ. Nó có thể gánh tải các khuôn dạng tín hiệu, bất kể là PDH, SDH hay là tín hiệu IP, ATM trong tương lai.
Điểm giống nhau giữa SDH và WDM là đều xây dựng trên một môi trường vật lý là sợi quang, sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn. Nhưng chúng cũng khác nhau về bản chất, WDM là hệ thống gần môi trường vật lý (sợi quang, cáp quang) hơn, nó ghép kênh trên miền quang, hiện nay ứng dụng trong điểm đến điểm, nếu cộng thêm OXC, OADM có thể cấu thành một mạng hình sao, mạng vòng Ring hay mạng mắt lưới. SDH là công nghệ “mạng truyền dẫn đồng bộ quang” thực thi trên lớp mạch điện. So với công nghệ WDM, tín hiệu SDH, PDH và ATM giống nhau, đều chỉ là dich vụ mà hệ thống WDM truyền tải. Cũng tức là giữa SDH và WDM là quan hệ giữa lớp thuê bao khách hàng và lớp phục vụ. Việc ứng dụng công nghệ WDM hiện nay hầu như chỉ có một khách hàng là hệ thống SDH, nhưng trên thực tế nó có năng lực truyền tải nhiều tín hiệu khách hàng. Theo sự tiến triển và phát triển của mạng,
WDM sẽ truyền tải được ngày càng nhiều tín hiệu khác nhau, càng ngày càng có nhiều khách hàng, hình thành mạng đa dịch vụ thực sự.
Theo sự phát triển của mạng quang cuối cùng mạng quang cũng sẽ đối mặt trực tiếp với các mạng dịch vụ như IP, ATM hoặc các khuôn dạng tín hiệu khác có thể xuất hiện, lúc này không cần dùng SDH là phương tiện truyền dẫn. Trên cơ sở dựa vào chia gói và dựa vào giao thức tế bào, tổng đài số và bộ định tuyến cao tốc kết nối trực tiếp với tiếp thiết bị WDM thông qua mạng quang, đi vào mạng bằng tốc độ STM - 16, thiết bị đấu ghép song song SDH ứng dụng cho âm thoại và số liệu có tốc độ thấp sẽ không cần thiết. Nhưng đây chỉ là một mục tiêu lâu dài. Có thể tin tưởng rằng: SDH sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian dài, nhất là đối với những nước có lưu lượng không lớn, và sử dụng chuyển mạch kênh là chính.
VII. M ng quang và h n h p quang đi nạ ỗ ợ ệ
Trong mạng quang lý tưởng, tín hiệu từ điểm nút nguồn đến điểm nút đích đều diễn ra trên miền quang, nhưng do hạn chế về công nghệ linh kiện hiện có và năng lực xử lý của các điểm nút trong mạng quang có hạn, không thể hoàn thành được việc biến đổi bước sóng quang và chức năng nhớ, những chức năng này có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc vận hành mạng quang. Do đó từ góc độ thực dụng người ta đã đề suất ra sách lược xử lý điện có hạn chế trên điểm nút, tức dùng xử lý điện để hoàn thành chức năng hiện nay việc xử lý quang không thể hoàn thành được, từ đó năng lực vận hành của mạng quang WDM và phạm vi sử dụng được mở rộng. Do đó có 2 quan điểm về phương hướng phát triển của mạng WDM. Quan điểm thứ nhất là nên phát triển theo hướng mạng thông tin toàn quang WDM, tất cả việc xử lý tín hiệu đều diễn ra hoàn toàn trên miền quang, từ đó khắc phục được hiệu ứng nghẽn, thực hiện truyền dẫn quang trong suốt. Quan điểm thứ hai nên theo hướng mạng hỗn hợp quang điện phần lớn chức năng nối chéo nhau của điểm nút và chức năng ghép kênh tách nhập do thiết bị điện tử thực hiện. Phải thừa nhận rằng, so với công nghệ điện tử, công nghệ quang hiện nay vẫn chưa phát triển hoàn thiện, còn nhiều vấn đề tồn tại, do đó đưa một phần chức năng để công nghệ điện tử thực hiện là nhanh nhất. Nhưng về cơ bản, phương án mạng hỗn hợp quang điện chưa khắc phục triệt để được hiệu ứng nghẽn, phương án đầu tiên để giải quyết nhiều vấn đề của mạng thông tin trong tương lai là mạng thông tin quang WDM. Đương nhiên ngoài việc giải quyết những vấn đề đã phát hiện, việc thực hiện mạng thông tin quang then chốt nhất là thực hiện và hoàn thiện công nghệ tái sinh tín hiệu quang một cách thực sự, ngoài ra hàm ý của trong suốt toàn quang là gì; có cần thiết truyền dẫn và xử lý tất cả các tín hiệu đều trong
suốt trên miền quang hay không, loại trong suốt tuyệt đối như vậy có thể thực hiện được chăng; có phải là cần thiết như vậy không...đều là vấn đề tranh luận hiện nay.
VIII. V n đ phi tuy n trong m ng quang WDMấ ề ế ạ
Hạn chế về vật lý của kênh tín hiệu thông tin gồm 2 loại: hạn chế băng tần và hạn chế công suất. Xét từ tình hình hiện nay, kênh quang rõ ràng không phải là bị hạn chế về băng tần, nhưng đúng là công suất bị giới hạn chặt chẽ. Biều hiện chủ yếu của hạn chế này ở chỗ công suất tín hiệu quang vượt quá mức độ nhất định, các ảnh hưởng xấu do phi tuyến tính gây ra tăng lên rất nhanh. Hiện nay, số bước sóng của mạng WDM không phải là nhiều, thường thì trong mỗi sợi quang có khoảng 16 - 32 bước sóng tín hiệu, khoảng cách giữa các kênh vẫn tương đối lớn, nhưng ảnh hưởng của phi tuyến tính đối với tính năng của toàn hệ thống đã rõ rệt. Nếu số bước sóng vẫn tiếp tục tăng lên, sẽ xuất hiện tổng công suất của tín hiệu trong sợi quang tăng lên, khoảng cách giữa bước sóng tín hiệu giảm xuống, can nhiễu do tính phi tuyến ngày càng nghiêm trọng, công suất tín hiệu quang của các bước sóng không tăng, điều này tất nhiên dẫn đến tính năng của hệ thống giảm. Hơn nữa, vấn đề trên không những tồn tại trong đương kết nối truyền dẫn, mà còn tồn tại trong điểm nút mạng. Hiện nay giải quyết vấn đề các loại phi tuyến tính của sợi quang bằng cách tăng tiết diện hữu dụng của của sợi quang là chủ yếu nhất, cũng là trọng điểm nghiên cứu trước mắt của vấn đề này.
IX. Thi t k c u trúc m ng WDMế ế ấ ạ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết cấu mạng WDM bao gồm 2 lớp: thức nhất là kết cấu vật lý, thứ hai là kết cấu logic. Do đó, vấn đề thiết kế toàn bộ mạng sẽ biến thành vấn đề tối ưu hoá 2 lớp này. Trong quá trình tối ưu hoá của 2 lớp này, phải xét tới sự hạn chế và hỗ trợ lẫn nhau. Nhất là thiết kế kết cấu lôgic, phải xét tới yếu tố đặc tính lớp dưới của lớp quang WDM và kết cấu vật lý, cũng cần xét tới đặc tính ứng dụng dịch vụ vận hành ở lớp trên.
Nói chung trước khi xây dựng mạng đã thiết kế xong kết cấu vật lý, việc thiết kế cũng đã xét tới yếu tố lưu lượng, nhưng nói chung có tính cố định tương đối lớn, khi xây dựng sẽ không thay đổi. Dịch vụ vận hành trong mạng là không cố định, mà dịch vụ khác nhau yêu cầu đối với kết cấu mạng cũng khác nhau, do đó thiết kế kết cấu
Có 2 kiểu kết cấu logic: một kiểu là coi WDM như là một kênh truyền dẫn lớn tạo thành mạng, chỉ có lưu lượng dịch vụ trên các kênh (đặc tính truyền dẫn của nó), do đó khi thiết kế kết cấu mạng chủ yếu xét đến tối ưu hoá ma trận lưu lượng, như phân bố lưu lượng đồng đều, giảm mức nghẽn... Một kiểu khác là coi WDM như là một mạng kết cấu phân lớp, mỗi lớp đều có chức năng nhất định, chức năng giữa các lớp