›
›

Bài giảng Mạng thông tin quang - Chương 5: Công nghệ mạng quang thế hệ sau - Trần Thiện Chính

pdf 101 trang ngocly 1180
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạng thông tin quang - Chương 5: Công nghệ mạng quang thế hệ sau - Trần Thiện Chính", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mang_thong_tin_quang_chuong_5_cong_nghe_mang_quang.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mạng thông tin quang - Chương 5: Công nghệ mạng quang thế hệ sau - Trần Thiện Chính

  1. Môn học tín chỉ: MẠNG THÔNG TIN QUANG Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
  2. NỘI DUNG MÔN HỌC  Chương 1: Tổng quan mạng thông tin quang Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 2: Các thành phần cơ bản của mạng thông tin quang Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 3: Mạng thông tin quang ghép bước sóng Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 4: Mạng định tuyến bước sóng Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 5: Công nghệ mạng quang thế hệ sau Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT 2 20/03/2012
  3. CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THẾ HỆ SAU 5.1. Mạng quang thế hệ mới 5.2. Các chuyển mạch quang 5.3. Mạng viễn thông thế hệ sau 5.4. Mạng truyền tải quang thế hệ sau 5.5. Thiết kế mạng quang ghép bước sóng 3 20/03/2012
  4. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI  Mạng quang thế hệ mớilàbướcnhảyvọtcủa công nghệ viễnthôngkể cả về lượng lẫnvề chất. Vớisự ra đờicủa chuyểnmạch quang, mạng quang từ chổ chủ yếu cung cấpbăng thông đãtrở thành mộtmạng có khả năng định tuyến và chuyểnmạch tựđộng, do đónócókhả năng cung cấpdịch vụ vớibấtkỳ tốc độ nào và vớimọigiaothứcnào.Điềunàyđã cho phép tích hợpIPvà quang. Vì vậy đã cho phép triển khai các dịch vụ phong phú về mặtnội dung, hiệuquả về mặtbăng thông, tứclàhiệuquả về kinh tế cho cả ngườisử dụng lẫn nhà cung cấpdịch vụ  Mạng quang thế hệ mớicóthểđược ứng dụng trong các trường hợpsau: +Xuhướng liên kếtmạng lưutrữ với nhu cầulưulượng cựclớnchohệ thống WDM đôthị và tích hợp các mạng lưutrữ riêng biệtcổđiểnvớimạng dữ liệuIP +Mụctiêuđơngiản hoá cấutrúcmạng phứctạpgồm nhiềucơ sở hạ tầng như: IP, ATM, SONET/SDH và WDM để phân phối đadịch vụ vớichiphívậnhành mạng thấp 4 20/03/2012
  5. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp)  Triển khai các lớp khách hàng SDH/SONET, ATM, IP trên mạng quang thế hệ mới, đãmanglạisự tiếntriểnvượtbậccủa các dịch vụ nàykhitíchhợptrên nềnmạng quang thế hệ mới. Để vậnhànhhiệuquả các dịch vụ mớicủalớp khách hàng trên mộtcơ sở hạ tầng quang cầnphảithiếtkế mạng WDM, định tuyếnbước sóng sao cho có thểđáp ứng càng nhiềuyêucầukếtnối càng tốt, đồng thời đảmbảoxácsuất nghẽnmạch là thấpnhất  Các lớp khách hàng SDH/SONET, ATM, IP trên mạng quang thế hệ mới được thựchiệnrộng rãi trong các mạng viễn thông chung cũng như riêng của các công ty. SONET/SDH cung cấpkhả năng ghép kênh phân chia theo thờigian hiệuquả cho các luồng lưulượng tốc độ thấp và cho phép các luồng này được truyềntải qua mạng theo mộtphương pháp đáng tin cậy  Giao thứclớpmạng đang chiếm ưuthế hiệnnaylàIP.Phầnlớnlưulượng dữ liệu đivàomạng là lưulượng IP, nhờ sự phát triểntốc độ củamạng Internet và Intranet, IP chủ yếu cung cấpkhả năng định tuyến gói hiệuquả từ một nút nguồn đếnmột nút đích trong mạng và là mộtgiaothức phi kếtnối 5 20/03/2012
  6. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp)  MPLS là mộtlớpliênkếtmới, nằmbêndướilớpIP,mở rộng phạmvicủalớp IP để cho phép định tuyến gói dọc theo các đường dẫn đãxácđịnh qua mạng  ATM cũng cung cấp các chứcnăng tương tự,nhưng đảmbảomứcchấtlượng cao hơn. Các mạng lưutrữ tạo thành lớpmạng quan trọng khác trong số các mạng sử dụng sợi quang làm môi trường truyềndẫn. Chứcnăng củamạng lưu trữ là kếtnốigiữa máy tính với máy tính, giữa máy tính vớithiếtbị ngoạivi 5.1.1. Các thế hệ phát triểnmạng truyềntải quang WDM  Cho đếnnay,mạng truyềntải quang WDM đãtrải qua ba thế hệ phát triển (Hình 5.1) bao gồm: +Thế hệ thứ nhấtcủamạng truyềntải quang là truyềncácluồng quang tĩnh (cốđịnh) điểm-điểm +Thế hệ thứ hai là chuyểnmạch kênh quang động +Thế hệ thứ ba là chuyểnmạch gói quang 6 20/03/2012
  7. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.1: Các thế hệ phát triển mạng truyền tải quang WDM 7 20/03/2012
  8. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.2: Các giao thức mạng truyền tải quang WDM 8 20/03/2012
  9. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp)  MPLS là mộtlớpliênkếtmới, nằmbêndướilớpIP,mở rộng phạmvicủalớp IP để cho phép định tuyến gói dọc theo các đường dẫn đãxácđịnh qua mạng  ATM cũng cung cấp các chứcnăng tương tự,nhưng đảmbảomứcchấtlượng cao hơn. Các mạng lưutrữ tạo thành lớpmạng quan trọng khác trong số các mạng sử dụng sợi quang làm môi trường truyềndẫn. Chứcnăng củamạng lưu trữ là kếtnốigiữa máy tính với máy tính, giữa máy tính vớithiếtbị ngoạivi 5.1.2. Kiếntrúccácthế hệ củamạng truyềntải quang WDM  Trong mạng truyềntải quang WDM, luồng quang đượcthiếtlập“động” theo nhu cầu, kếtnốigiữamạng IP  Mạng quang sử dụng công nghệ GMPLS, cho phép cân bằng tải, giảmxác suấttắc nghẽn và khôi phụcmạng nhanh  Kiến trúc các thế hệ mạng truyềntải quang như các Hình 5.3; Hình 5.4(a, b); Hình 5.5 (a, b); Mô hình chuẩngiaothức Internet quang Hình 5.6 9 20/03/2012
  10. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.3: Kiếntrúc mạng truyền tải quang WDM thế hệ thứ nhất (luồng quang tĩnh điểm - điểm) 10 20/03/2012
  11. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.4(a): Kiếntrúc mạng vòng truyền tải quang WDM/DWDM thế hệ thứ hai (chuyển mạch kênh quang động) 11 20/03/2012
  12. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.4(b): Kiếntrúc mạng lưới mạng truyền tải quang WDM/DWDM thế hệ thứ hai (chuyển mạch kênh quang động) 12 20/03/2012
  13. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.5(a): Kiếntrúc mạng truyền tải quang WDM/DWDM thế hệ thứ ba (chuyển mạch gói quang) 13 20/03/2012
  14. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.5(b): Kiếntrúc mạng truyền tải quang WDM/DWDM thế hệ thứ ba (chuyển mạch nhãn quang) 14 20/03/2012
  15. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) Hình 5.6: Mô hình chuẩn giao thức Internet quang 15 20/03/2012
  16. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) 5.1.3. Các lớp khách hàng trên mạng WDM  Nhiềumạng sử dụng sợi quang như là cơ cấutruyềntảicơ sở của chúng, các mạng này đượcgọi là các lớp khách hàng củalớp quang, lớp quang có nhiệm vụ cung cấp đường quang cho các lớp khách hàng này  Đốivớilớp khách hàng, các đường quang củalớp quang đóngvaitrònhư các liên kếtvậtlýkếtnốigiữa các phầntử mạng củalớp đó  Tấtcả các lớp khách hàng đềuxử lý dữ liệutrongmiền điện, thựchiệncác chứcnăng như ghép kênh phân chia thờigiancốđịnh hoặctheothống kê  Các lớp khách hàng này tích hợpvàtải nhiềuloạidịch vụ khác nhau vào mạng như các dịch vụ thoạitốc độ thấp, dịch vụ dữ liệu, dịch vụđường dây riêng  Tuy nhiên, mỗimạng khách hàng đềucónhiệmvụ riêng và có thể hoạt động trên các liên kếtsợi quang điểmnối điểmhoặctrênmộtlớp quang phứctạp hơn, sử dụng các đường được cung cấpbởilớp quang 16 20/03/2012
  17. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp)  Các lớp quang chiếm ưuthế trong mạng đường trụchiệnnaythường là SONET/SDH, ATM, IP, trong đó SONET/SDH thường dùng để giao tiếpvới các luồng ghép kênh theo thống kê  Trong nhiềutrường hợp, IP và ATM cũng có thể sử dụng SONET/SDH như là cơ cấutruyềntảilớpdưới. Nhờ sự ra đờicủa các giao tiếptốc độ cao trên thiết bị IP mà ATM có thểđượcánhxạ trựctiếpvàolớp quang, mà không yêu cầu các thiếtbị SONET/SDH riêng bên ngoài  Đốivới các nhà cung cấpdịch vụ mạng truyềnthống, cấutrúcmạng thường bao gồmnhiềulớp. Trong đó, lớpWDMhìnhthànhmôitrường truyềntảivật lý cung cấpbăng thông trong suốt và các kỹ thuật định tuyến thông minh  Để cấp phát băng thông vừa đủ,lớp SONET/SDH thường đượcsử dụng trong các mạng này. Hiệnnay,tínhiệulớp thuê bao khách hàng củahệ thống WDM ứng dụng trong thựctếđềudựa trên SDH, đólàhệ thống SDH Nx2,5Gb/s 17 20/03/2012
  18. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp)  Một đặc điểm quan trọng củahệ thống WDM là nó trong suốt đốivới các loại dịch vụ, nghĩalàWDMcóthể truyềntảibấtkỳ khuôn dạng tín hiệunào,từ PDH, SDH đếnATM,IPhayMPLS.Dođó, vớisự phát triểncủalưulượng Internet/Intranet, cấutrúcmạng truyềntảicầndựatrênWDMđể đáp ứng đầy đủ yêu cầubăng thông cho các dịch vụ 5.1.3.1. IP trên ATM trên SONET/SDH trên WDM  Các nhà cung cấpdịch vụ truyềnthống đưaramôhìnhphâncấpmạng gồm4 lớp: IP, ATM, SONET/SDH và WDM  LớpATMnằmtrênlớp quang WDM sẽ thêm vào các khả năng ghép thống kê mà vẫn cho phép tích hợpnhiềudịch vụ tạicùngmộtthời điểm. Điềunày,về cơ bản giúp nâng cao hiệuquả sử dụng các lớpdưới là SONET/SDH và WDM  ATM cũng sử dụng các kỹ thuật định tuyến để tối ưu hóa phân phốilưulượng trong mạng cho từng dịch vụ ATM khác nhau  Tuy nhiên, hiệuquả truyềndẫnlớpATMthấpvìphầnmàođầucủaATMlớn 18 20/03/2012
  19. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) IP ATM IP IP SONET/SDH ATM SONET/SDH IP Optics/WDM Optics/WDM Optics/WDM Optics/WDM Hình 5.7: Xu hướng chuyển đổi cấu trúc mạng truyền tải 19 20/03/2012
  20. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp)  Lớp SONET/SDH ở bên dướicungcấpkhả năng khôi phụclạimạng sau khi xảyrasự cố trên sợi quang nhưng với chi phí thiếtbị và chi phí thựchiệncao do tính phứctạpcủaviệcquảnlýmạng  Lớp WDM dùng để tăng dung lượng củasợi quang nhờ khả năng truyềntải nhiềubước sóng trên cùng mộtsợi quang 5.1.3.2. IP trên ATM trên WDM  Mộtmôhìnhtương tự như Hình 5.7 nhưng loạibỏ lớp SONET/SDH và giữ lại lớpATM.Nếusố lượng dịch vụởlớp2nhiều, ví dụ các đường leased line và dịch vụ thoại thì nhà cung cấpdịch vụ thường dùng mô hình này để xây dựng mạng với3lớp là IP, ATM và WDM  ATM cũng sử dụng các kỹ thuật định tuyến để tối ưu hóa phân phốilưulượng trong mạng đốivớitừng loạidịch vụ ATM khác nhau  Nhược điểmcủacấutrúcnàylàhiệuquả truyềntảithấpvìvẫncòntồntạilớp ATM, nhưng ATM lạicóưu điểm là cung cấpdịch vụ chấtlượng cao QoS 20 20/03/2012
  21. 5.1. MẠNG QUANG THẾ HỆ MỚI (tiếp) 5.1.3.3. IP trên SONET/SDH trên WDM  Ngày nay, các nhà cung cấpdịch vụ dữ liệuthường xây dựng mạng theo cấu trúc 3 lớp: IP, SDH và WDM. Trong cấu trúc này, gói dữ liệuIPđượctruyền tảitrựctiếptrêncấu trúc SONET/SDH bằng công nghệ gói trên SONET/SDH (POS), bỏ qua lớptruyềntải không hiệuquả ATM  Lớp SONET/SDH cung cấp các chứcnăng bảovệ và truyềntảilưulượng thoạidựavàomạng SONET/SDH sẵncó 5.1.3.4. IP trên WDM  Cấutrúclớpmạng trong tương lai sẽ loạibỏ cả hai lớp SONET/SDH và ATM, tạo thành cấutrúchailớpmạng IP và WDM. Mạng xây dựng theo cấutrúc này được goi là mạng quang, các nhà cung cấpdịch vụ sử dụng loạimạng này để phân phối các dich vụ dữ liệuvàVoIP  Ưu điểmcủacấutrúclàhiệuquả truyềntảicủamạng cao hơnvìđãloạibỏ lớp ATM. Quá trình khởitạomạng cũng dễ dàng hơn vì không dùng thiếtbị SONET/SDH nữa. Công nghệ WDM tăng dung lượng truyềntảicủasợi quang 21 20/03/2012
  22. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG 5.2.1. Chuyểnmạch kênh quang  Trong chuyểnmạch kênh quang, một kênh quang đượcthiếtlậptrước khi truyền tin bởimộtbảntinthiếtlậpvàđượcgiải phóng bởimộtbản tin giải phóng đượcgửi đisaukhikết thúc (giải phóng) kếtnối. Đơnvị dữ liệutrong chuyểnmạch kênh thường là bản tin  Chuyểnmạch kênh quang hoạt động theo phương pháp định tuyếnbước sóng. Trong mạng chuyểnmạch kênh quang định tuyếnbướcsóngmộtkênhbước sóng sẽđượcthiếtlậptừđiểm đầutới điểmcuốitrước khi truyền tin và kênh đósẽ bị chiếmdụng trong suốtthờigiandiễnrakếtnối  Để thiếtlậpmộtcuộcnốitrongmạng chuyểnmạch kênh bao gồm3pha(thiết lậpkếtnối, truyền tin, giải phóng kếtnối)  Hình5.8làmôhìnhnútchuyểnmạch kênh quang; Hình 5.9 là mô hình thiết lậpkếtnốigiaothức không yêu cầubản tin xác nhậnkết thúc phiên truyềntin 22 20/03/2012
  23. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) Hình 5.8: Mô hình nút chuyển mạch kênh quang 23 20/03/2012
  24. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) Hình 5.9: Quá trình kết nối trong chuyển mạch kênh quang 24 20/03/2012
  25. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) 5.2.2. Chuyểnmạch gói quang  Ở mạng chuyểnmạch gói quang, thông tin cầntruyền đượccắtnhỏ thành các khốicókíchthướccốđịnh hay thay đổivàđượccấu trúc thành gói tin bao gồm thông tin tảitrọng (là thông tin dữ liệungười dùng cầntruyền, trao đổi) và phần thông tin điềukhiểnmạng (thông tin điềukhiểnmàođầu header) để gửi qua mạng tới đích  Tại phía thu phảithựchiệnphụchồibản tin từ các gói tin thu được. Trong mạng chuyểnmạch gói quang các kếtnốichỉđượcthiếtlậpkhitruyền gói tin, sau khi truyền xong gói tin thì kếtnối đó đượcgiải phóng và các tài nguyên mạng đãphụcvụ kếtnốinàylại đượccungcấpphụcvụ cho các kếtnối khác vì vậymàkếtnốichỉđượcthiếtlập khi thựcsự có thông tin cầntruyền  Đây là điểmkhácbiệtsovới chuyểnmạch kênh quang. Trong mạng chuyển mạch gói quang đãkhắcphục đượcnhược điểmcủamạng chuyểnmạch kênh quang đólàsử dụng tài nguyên mạng một cách mềmdẻovàđạthiệuquả cao 25 20/03/2012
  26. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) Hình 5.10: Mô hình nút chuyển mạch gói quang 26 20/03/2012
  27. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp)  Trong mạng chuyểnmạch gói quang, các dữ liệungườisử dụng đượctruyền dẫn quang hoàn toàn từ nguồn đến đích. Chính điềunàyđãlàmgiảm đáng kể thờigiantrễ xử lý nhưởcác mạng chuyểnmạch gói sử dụng chuyểnmạch điệntử do không phảithựchiệnbiến đổi O-E-O tại các node trung gian  Tuỳ theo kỹ thuậtchuyểnmạch đượcápdụng mà có các kiểuthiếtlậpkếtnối khác nhau: Nhưđịnh tuyến độclập(tứclàmỗi gói tin được định tuyếntrên những đường đi khác nhau tối ưutạithời điểm đó), định tuyếnphụ thuộc(là phương pháp định tuyếnmàtrongđó các gói tin cùng đitrênmột đường đi) hay định tuyếnngẫu nhiên (là gói tin đượcgửi đi liên tụctrênmạng và ngẫu nhiên đến đích)  Ở mạng chuyểnmạch gói quang các gói tin có thểđi trên các con đường khác nhau, là con đường tối ưunhấttạithời điểm đó, khi con đường tối ưunhấtbị lỗithìmạng có khả năng định tuyếnlại. Hình 5.11 là mô hình mạng chuyển mạch gói quang 27 20/03/2012
  28. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) Hình 5.11: Mô hình mạng chuyển mạch gói quang 28 20/03/2012
  29. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp)  Một nguyên tắccơ bảncủa chuyểnmạch gói quang đólà"lưu đệm" và chuyển tiếp, tứclàmột gói tin chỉđượcgửi đi khi đãthuđượchoàntoànđầy đủ tạinút nguồn hay các nút trung gian. Chính đặc điểmnàyđãkhiếncácgóitinbị trễ tương ứng với độ dài củamỗi gói tại các nút trung gian. Để giảmtrễ,cóthể tiếnhànhsử dụng các giao thứckhácnhư:Giaothức không kiểmtralỗitại nút trunggian(trongmạng sử dụng công nghệ ATM), giao thức không cầnbản tin xác nhận, hay có thể thựchiện ướclượng thống kê kích thước gói để gửi đi trướcthiếtlậpbăng thông và cấu hình chuyểnmạch, v.v  Tuy nhiên chuyểnmạch gói quang vẫn không phảilàmộtphương pháp hoàn hảocóthểđáp ứng mọinhucầutrongtương lai, nó vẫntồntại các hạnchế khó khắcphụcnhư:Khitốc độ đường truyềncaothìthờigiantruyềndẫntrở nên không đáng kể.Vìvậy, nếukíchthước gói nhỏ thì thờigianđịnh tuyếntrở nên lớnhơnthờigiantruyền thông tin rấtnhiều, hay có thể xảyratranhchấp gây tắc nghẽnmạng do quá nhiều thông tin điều khiểnphảixử lý, 29 20/03/2012
  30. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) 5.2.3. Chuyểnmạch Burst quang  Chuyểnmạch burst quang ra đờilàsự kếthợp các ưu điểmcủacả chuyển mạch gói quang và chuyểnmạch kênh quang. Nó đượcthiếtkếđểcân bằng giữacácưuvànhược điểmcủacả hai loại chuyểnmạch này, thựchiệntruyền thông tin dướidạng các burst quang. Đặcbiệthơn là nó không yêu cầu đệm các burst quang tại các node trung gian (thựchiệntruyềndẫn qua mạng truyền tải quang một cách trong suốt)  Trong mạng chuyểnmạch burst quang các thông tin cầntruyền đượccấutrúc vào thành các burst, bao gồmmộtgóiđiềukhiển đượcgửi đitrước để đăng ký sử dụng tài nguyên mạng và phần thông tin tảitrọng bao gồmnhiều gói tin IP hay tế bào ATM hay Frame ralay thậmtrílàdữ liệu HDTV đã đượccấutrúc thành một burst đi theo sau gói điều khiển đã đượcgửi đi  Cácnodemạng trong mạng chuyểnmạch burst quang được phân thành hai loại: node lõi và node biên 30 20/03/2012
  31. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) Hình 5.12: Mô hình nút chuyển mạch Burst quang 31 20/03/2012
  32. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp)  Nútlõi:Lànútchỉ có chứcnăng thu nhận và chuyểntiếp các burst đếntới các nút tiếptheotrênđường đi trong mạng. Tuỳ theo các phương thức điềukhiển sử dụng trong mạng mà nút lõi có thể có bộđệm hay không. Chứcnăng chính củanútnàychỉđơnthuầnthựchiện cung cấpkếtnối để chuyểntiếpbursttới nút tiếp theo mà không có chứcnăng cấu thành hay phân giải burst  Nút biên: Ngoài chứcnăng củamộtnútlõinócònphảicóchứcnăng cấutạo (thành lập) và phân giải các burst thông tin, là nơikếtcuốihaybắt đầucủa các burst. Đây là nút có cả giao diện tín hiệu quang vớicácmạng quang, mạng chuyểnmạch burst và giao diện tín hiệu điệnvới các mạng chuyểnmạch gói điện hay các mạng truy nhập. Chứcnăng chính của nút này là thu thập thông tin để cấutạo các burst và phân giải các burst ra thành các dạng thông tin ban đầu (gói hay bản tin) phân bổ chúng tới các mạng truy nhập  Ở mạng chuyểnmạch burst quang mỗiburstchỉ có một gói mang thông tin điều khiển (gói điều khiển) nên đãgiảm đáng kể lượng thông tin điêu khiển 32 20/03/2012
  33. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) Hình 5.13: Mô hình mạng chuyển mạch Burst quang 33 20/03/2012
  34. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp)  Đồng thờitrongmỗi burst đượccấutạotừ nhiều gói nên cũng không chiếm dụng kênh trong thời gian qua dài hay gây trễ quá lớntới các burst khác. Ở mạng chuyểnmạch burst có thể tiếnhànhphátbursttrongkhivẫncònđang thu phầnsaucủaburstđónêngiảmhiệntượng trễ do mộtburstchiếndụng kênh quá lâu gây ảnh hưởng tới các burst khác, cho nên đãtăng hiệuquả sử dụng tài nguyên đồng thờităng đượcchấtlượng dịch vụ  Đặctrưng chuyểnmạch burst quang: +Kíchthước đơnvị truyềndẫncủa chuyểnmạch burst nhỏ hơnkíchthước đơnvị truyềndẫncủachuyểnmạch kênh và lớnhơn đơnvị truyềndẫncủa chuyểnmạch gói quang +Cósự ngăn cách giữa điều khiểnvàdữ liệu: Thông tin điềukhiểncủa chuyểnmạch burst đượctruyềntrênmộtbước sóng riêng (báo hiệu ngoài băng), và không đượctruyền đicùngvới burst nhưởchuyểnmạch gói mà nó được truyền đitrước 34 20/03/2012
  35. 5.2. CÁC CHUYỂN MẠCH QUANG (tiếp) +Sử dụng đăng ký trước: Trước khi truyền burst, nó gửi đimộtgóiđiềukhiển để đăng ký tài nguyên và cấuhìnhtrường chuyểnmạch. Nút nguồn không yêu cầu thu nhận thông tin xác nhậntừ nút đích gửivề trước khi truyền tin tới nút đích +Kíchthước burst có thể thay đổi. Từ kích thước burst nhỏ nhấttớikíchthước burst lớnnhất. Đặcbiệtcóthể phát burst bổ sung + Không sử dụng bộđệm: Các nút trung gian trong mạng chuyểnmạch burst quang không thựchiện đệmtínhiệu. Các burst đượctruyềnthẳng qua các nút trung gian tới nút đích + Đặcbiệt trong chuyểnmạch burst quang có thểứng dụng kỹ thuật ướclượng thống kê kích thước burst để gửi đitrước trong gói điều khiển, giảmthờigiantrễ burst tại các nút nguồn +Mặt khác chuyểnmạch burst quang có tốc độ cao và cho phép đồng thời truyềndẫnnhiềuloạilưulượng khác nhau (IP, ATM, Frame relay hay HDTV ) nêncóthểđáp ứng được các dịch vụ mớiyêucầuchấtlượng cao băng thông rộng 35 20/03/2012
  36. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU 5.3.1. Gớithiệu chung mạng thế hệ sau  Trong những nămgần đây, do lưulượng thông tin cầntruyềntảităng vượt bậc, các dịch vụ cung cấptớingườisử dụng ngày một đadạng hơn, không chỉ như trước đây chỉ có thoạitruyềnthống, mà ngày nay còn có thêm các dịch vụ yêu cầubăng thông rộng như truyềnvideothờigianthực, dữ liệu, truy nhập Internet tốc độ cao, v.v đang được cung cấptrêncáccơ sở hạ tầng mạng khác nhau đã gây nhiềubấttiện cho cung cấpdịch vụ  Vì vậy, các nhà cung cấpdịch vụ phảithựchiện duy trì nhiềuhạ tầng mạng khác nhau dẫn đến không tối ưutrongmạng truy nhập, cũng như truy cậpcác dịch vụ phảithựchiệntrênnhiềukếtnối khác nhau giữangườisử dụng và nhà cung cấpdịch vụ  Chính sự bấttiện đã thúc đẩycầnphải nhanh chóng hợpnhất các mạng hiện có tạo thành mạng mới đượcgọilàmạng thế hệ sau (NGN) 36 20/03/2012
  37. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp)  NGN có thể mô tả là mạng thựchiệndễ dàng 4 vấn đề sau: +Truynhập độclậptớinội dung và các ứng dụng + Độ khả dụng cao, mạng lõi và mạng truy nhậpcóbăng thông lớn, hỗ trợđa dịch vụ +Làmặtbằng cho phép phát triểnvàtriển khai nhanh chóng các ứng dụng tích hợpvàongười dùng đầucuối +Môitrường mạng là môi trường mở dễ dàng phát triểnvàmở rộng các dịch vụđược cung cấpbởimạng  Chính những điềunàyđãthúcđẩymạng viễn thông hiệnnayđang chuyểndần sang mạng thế hệ sau  NGN có thể hiểumột cách tổng quát là mộtmạng hợpnhất(hayhộitụ) các mạng hiệncó,chophéptruyềndẫntấtcả các loạilưulượng hiệntạivàtrong tương lai trên cùng mộthạ tầng mạng như lưulượng thoại, dữ liệu, video, 37 20/03/2012
  38. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp)  NGN có 4 đặctrưng sau: +Nềntảng là hệ thống mạng mở: *Cáckhốichứcnăng củatổng đài truyềnthống chia thành các phầntửđộc lập, các phầntửđược phân chia theo chứcnăng tương ứng và phát triểnmột cách độclập. Trong đó, giao diệnvàgiaothứcgiữa các bộ phậnphảidựa trên các tiêu chuẩntương ứng *Việc phân tách thành các chứcnăng làm cho mạng viễn thông vốncódần dần đitheohướng mới, nhà kinh doanh có thể căncứ vào nhu cầudịch vụđểtự tổ hợpcácphầntử khi tổ chứcmạng lưới. Việctiêuchuẩn hoá giao thứcgiữa các phầntử có thể nối thông các mạng có cấu hình khác nhau + NGN là do dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phảithựchiện độclậpvớimạng * Chia tách dịch vụ với điều khiểnkếtnối * Chia tách kếtnốivớitruyềntải 38 20/03/2012
  39. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) *Mụctiêuchínhcủachiatáchlàlàmchodịch vụ thựcsựđộclậpvới mạng,thựchiệnmột cách linh hoạtvàcóhiệuquả trong cung cấpdịch vụ.Thuê baocóthể tự bố trí và xác định đặctrưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyềntảidịch vụ và loạihìnhđầucuối + NGN là mạng chuyểnmạch gói, dựatrênmộtgiaothứcthống nhất: *Mạng thông tin hiệnnay,dùlàmạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyềnhìnhcápđều không thể lấymột trong các mạng đólàmnềntảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin *Gần đây, cùng vớisự phát triểncủa công nghệ IP đãchothấyrõmạng viễn thông, mạngmáytínhvàmạng truyền hình cáp cuối cùng cũng tích hợp trong mộtmạng IP thống nhất, đólàxuthế tấtyếu, gọi là “dung hợpbamạng” + NGN là mạng có dung lượng, tính thích ứng ngày càng tăng và có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu 39 20/03/2012
  40. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) *GiaothứcIPthựctếđãtrở thành giao thức ứng dụng vạnnăng và bắt đầu đượcsử dụng làm cơ sở cho các mạng đadịch vụ,mặcdùhiệntạivẫncònbấtlợi so với chuyểnmạch kênh về khả năng hổ trợ lưulượng thoại và cung cấpchất lượng dịch vụđảmbảochosố liệu * Tuy nhiên, tốc độ đổimới nhanh chóng trong thế giới Internet cùng với sự phát triểncủa các tiêu chuẩnmở sẽ sớmkhắcphụcnhững hạnchế này *NGNtậphợp được ưu điểmcủa các công nghệ hiệncó,tậndụng băng thông rộng và lưulượng truyềntảicaocủamạng gói để đáp ứng sự bùng nổ nhu cầulưulượng thoạihiện nay và nhu cầutruyền thông đaphương tiệncủangười dùng đầucuối + Đặc điểmcủaNGNlàcócấu trúc phân lớptheochứcnăng và phân tán các tàinguyêntrênmạng, điềunàyđãlàmchomạng đượcmềm hóa và sử dụng các giao diệnchương trình mở (API) để kiếntạo các dịch vụ mà không phụ thuộcvào các nhà cung cấpthiếtbị và dịch vụ mạng 40 20/03/2012
  41. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) 5.3.1.1. Phân loại NGN theo kiếntrúckếtnối  Theo kiếntrúckếtnối, NGN gồmcóhaiphầnlàphầnmạng quảnlýđiều khiểntương thích và mạng truyềntảitốc độ cao, như Hình 5.14. Vì vậy, NGN là mộtmôitrường hợpnhất đượcsử dụng để cung cấp các dịch vụ viễn thông chỉ trên mộtcơ sở hạ tầng mạng duy nhất  Mạng quảnlýđiều khiểntương thích, có nhiệmvụ quảnlývàđiều khiểnhoạt động củamạng truyềntải, thựchiệnthiếtlập các kếtnốivàđiềukhiểngiao diệnkếtnốiphùhợpvới các môi trường mạng khác. Thựchiện điều khiểncác node chuyểnmạch để thiếtlậpmọicuộcgọi trong NGN  Mạng truyềntảitốc độ cao, đượccấu trúc thành các ring từ mạng cáp quang sử dụng các công nghệ ATM, WDM, SDH, hay SONET với các thiếtbị tổng đài dung lượng lớn. Có khả năng truyềntải các loạilưulượng khác nhau đảm bảochấtlượng dịch vụ phù hợpchotấtcả các loạilưulượng 41 20/03/2012
  42. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) Hình 5.14: Mô hình phân lớp kiến trúc kết nối của NGN 42 20/03/2012
  43. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) 5.3.1.2. Phân loại NGN theo kiếntrúcphânlớp  Theo kiến trúc phân lớp, NGN gồm5như sau (Hình 5.15): +Lớp ứng dụng & dịch vụ:Cungcấp các ứng dụng và dịch vụ thoại, phi thoại, dịch vụ băng rộng, dịch vụ thông minh, các dịch vụ giá trị gia tăng, thông qua các lớpdưới. Lớp này liên kếtvớilớp điều khiển thông qua giao diệnmở API +Lớp điềukhiển: Thựchiệnkếtnốicuộcgọi, đáp ứng dịch vụ cho thuê bao thông qua điều khiển các thiếtbị cổng chuyểnmạch/định tuyếnIPMPLS +Lớptruyềntải: Thựchiệntruyềntải thông tin/dữ liệutớilớptruynhập, gồm các chuyểnmạch lõi và chuyểnmạch biên dựa trên công nghệ IP MPLS +Lớptruynhập: Cung cấp các cổng kếtnốivớithiếtbịđầucuối thuê bao thông qua hệ thống hữutuyếnvàhệ thống vô tuyến +Lớpquảnlý:Thựchiệnchứcnăng quảnlýhoạt động củatấtcả các lớp khác trong NGN 43 20/03/2012
  44. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) Hình 5.15: Kiến trúc mạng và dịch vụ NGN 44 20/03/2012
  45. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) 5.3.2. Các hệ thống chứcnăng trong NGN 5.3.2.1. Cổng truyền thông (MG)  MG nthiếtbị phốihợpnằmgiữamạng lõi chuyểnmạch gói của NGN và mạng chuyểnmạch kênh truyềnthống. Tác dụng chính củanólàchuyển đổi thông tin từ dạng tin củamạng chuyểnmạch kênh là các bản tin sang dạng tin của mạng chuyểnmạch gói là các gói thông tin người dùng và ngượclại  Cung cấp các dịch vụ như VoIP, VoATM, Dial-In (RAS, LAC), kênh ảo (Virtual Trunking), và các dịch vụ gói gia tăng khác cho ngườisử dụng trong các mạng PSTN  Hỗ trợ QoS vớithờigiantrễ nhỏ nhất cho các ứng dụng yêu cầuthờigianthực như thoại, video thờigianthực 5.3.2.2. Điềukhiểncổng truyền thông (MGC)  MGC thiếtbị trung tâm thựchiệntoànbộ chứcnăng giám sát, điềukhiển các cuộcgọi trong NGN 45 20/03/2012
  46. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp)  Giao diệnmở cho phép nâng cấpmở rộng dễ dàng  Hỗ trợ các giao thứcchuẩn MGCP, MEGACO, SIP, H323, v.v 5.3.2.3. Cổng báo hiệu(SG)  Cung cấp SS7 trên TDM, ATM, IP nhằmphốihợpbáohiệugiữamạng TDM truyềnthống và NGN  Cung cấp các đặc tính mớinhư SMS, WAP  Hỗ trợ các liên kếtbáohiệutốc độ cao, nhiềumạng báo hiệusố 7 đồng thời, giám sát quảnlýbáohiệunhằmtối ưu hoá tài nguyên mạng 5.3.2.4. Hệ thống thiếtbị truyềntải(Mạng lõi mạng chuyểnmạch gói)  Node chuyểnmạch IP-ATM tốc độ cao (ATM Switch, IP Switch )  Thiếtbịđịnh tuyến lõi, biên (Router, LSR )  Thiếtbị truyềndẫn quang dung lượng lớn (SDH, DWDM, SONET) 46 20/03/2012
  47. 5.3. MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU (tiếp) 5.3.2.5. Hệ thống thiếtbị truy nhập  Hỗ trợ toàn bộ các giao diệntruynhậpphíaxanhư VoDSL, ADSL/SDSL, ISDN-BA, v.v và tách riêng các ứng dụng thoạivàtruyềndữ liệu đưavào các mạng đường trục riêng biệt(mạng TDM và mạng lõi NGN)  Cung cấp các loạigiaodiệncổng truy nhập khác nhau như:POTS,VOIP,IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động v.v 5.3.2.4. Hệ thống thiếtbị truyềntải(Mạng lõi mạng chuyểnmạch gói)  Node chuyểnmạch IP-ATM tốc độ cao (ATM Switch, IP Switch )  Thiếtbịđịnh tuyến lõi, biên (Router, LSR )  Thiếtbị truyềndẫn quang dung lượng lớn (SDH, DWDM, SONET) 47 20/03/2012
  48. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU  Nhưđãbiết, mạng truyềntải quang thế hệ sau đượccấu trúc thành các vòng kín/mạng mắtlướisử dụng các kỹ thuậttruyềndẫntốc độ cao SDH/WDM, Cùng với các nút chuyểnmạch tốc độ cao dung lượng lớn. Cho phép truyềntải các gói tin tốc độ cao và không phụ thuộcvàoloại thông tin chứa trong gói  Công nghệ WDM là một công nghệđiểnhìnhchophéptruyền thông tin trong mạng cáp quang vớitốc độ cao. Mặt khác trong những nămgần đây do sự "bùng nổ"củalưulượng Internet, cùng vớisuhướng IP hoá mạng lõi của mạng viễn thông. Vì những lý do trên đây mà mạng IP dầntrở thành mạng lõi thựchiệntruyềntải thông tin dướidạng gói  Mạng IP sử dụng kỹ thuật WDM cung cấpbăng thông cựclớntạilớpvậtlý, do vậycầnphảichútrọng phát triển các giao thứclớpcaođể hỗ trợ sử dụng một cách hiệuquả băng thông cựclớnnàytạilớp quang  HiệnnayWDMđược ứng dụng chủ yếutại các mạng lõi đường trụccủa các nhà cung cấpdịch vụ viễn thông, làm giao diệnchuẩn cho các lớp cao hơn 48 20/03/2012
  49. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp) 5.4.1. Công nghệ chuyểnmạch sử dụng trong WDM  Trong các mạng WDM sử dụng các công nghệ chuyểnmạch điệntử IP, ATM hayFrameRelaycầnphảicócấutrúccácbộ chuyển đổi O/E/O tại các node chuyểnmạch, chính điềunàyđãlàmmất đi ưu điểmcủakhả năng định tuyến bước sóng và độ rộng băng thông mà công nghệ WDM cung cấp, đồng thời làm giảmhiệuquả sử dụng truyềndẫnquangmàmạng cung cấp, do sự hạn chế trong tốc độ xử lý của các chuyểnmạch điệntử  Chính vì vậycầnphảinghiêncứu phát triểnmột công nghệ chuyểnmạch mới để loạibỏ hoàn toàn việcxử lý điệntử tại các node chuyểnmạch. Và chuyển mạch Burst quang (OBS) như một công nghệ chuyểnmạch phù hợpvới các yêu cầutrên  Sau đây sẽ nghiên cứucấutrúccủamạng IP dựatrêncôngnghệ WDM có sử dụng OBS (IP Over WDM), Hình 5.16 49 20/03/2012
  50. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp) Hình 5.16: Cấu trúc mạng IP trên WDM sử dụng OBS 50 20/03/2012
  51. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp)  OBS cho phép chuyểnmạch các burst thông tin qua trường chuyểnmạch burst một cách hoàn toàn trong suốt, và không phụ thuộcvàonội dung thông tin đượcmangđi trong burst. Vì vậy, nó đặcbiệtphùhợp để thựchiện cung cấp nhiềuloạidịch vụ khác nhau trên cùng mộtcơ sở hạ tầng mạng  OBS cho phép thựchiệntruyền hoàn toàn dẫn quang từ nút nguồntớinútđích nhờ cấp phát tài nguyên trong miền điện thông qua gói điềukhiển đượctruyền đitrước burst. Ngoài ra, OBS đãloạibỏđược hoàn toàn xử lý điệntại các nút trung gian thông tin đượctruyền trong suốttừ nút nguồntới nút đích  OBS là công nghệ có khả năng cung cấpcơ chế triểnkhaiIPtrênWDM.Coi mạng IP vậnhànhtrênmạng đường trụcOBSnhư là mộtcơ chế truyềndẫn. Các gói IP tại các nút biên được đệmvàtậphợplạitạo nên các burst để truyền qua các OXC đượcthiếtlậpnhờ gói điềukhiển đãgửi đitrước đó. Đặcbiệt OBS có khả năng cung cấp chuyểnmạch IP/MPLS. Thông tin nhãn đượclưu trong các gói điều khiểncủa burst tương ứng 51 20/03/2012
  52. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp) 5.4.2. Chuyểnmạch nhãn đagiaothứccósử dụng OBS  Mỗi OXC trong mạng OBS sẽ có thông tin trao đổi nhãn về các tuyến đãtính toán trướctrongcơ sở thông tin nhãn (LIB) của nó. LIB có thểđượcthiếtlập bằng cách sử dụng các kỹ thuậtchuẩnnhư các giao thức định tuyếnvớimở rộng củakỹ thuậtlưulượng để phân phối thông tin về miền quang (băng tần khả dụng trong bước sóng, số bước sóng trên sợi quang) để phân phối nhãn  Bấtcứ khi nào định tuyến vào có burst dữ liệucần phát thì nó sẽ tham chiếu LIB củanóđể xác định nhãn phù hợp. Nhãn này có trong gói điềukhiển đã đếntrước burst dữ liệu này. Khi gói điều khiển đitớimột nút trung gian bấtkỳ thì các hành động sau sẽđượcthựchiện: + Nhãn trong gói điềukhiển đượcsử dụng để chỉ ra thông tin chuyểntiếp burst trong LIB như giao diệnravàđộ ưu tiên hoặc thông tin về QoS + OXC đượcthiếtlập để OBS tương ứng vớigóiđiều khiển trong phạmvi toàn quang 52 20/03/2012
  53. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp) + Thông tin trong gói điềukhiểnvề chiềudàivàthời gian bù/trễ (offset)của burst đượcsử dụng để bổ sung vào thông tin chuyểntiếplấyratừ LIB. Đặcbiệt, sử dụng thờigiantrễđểxác định chuyển đổitừ bước sóng vào trên mộtsợi quang tớibước sóng ra trên mộtsợi quang khác. Để chuyểntiếp các burst liên tiếpcủa cùng mộtkếtnối (LSP) trên các bước sóng khác nhau tạimộtsợi quang, nhãn chỉ xác định chuyển đổisợi quang vào sang sợi quang ra, còn thông tin về bước sóng sẽđược đưa thêm vào nhãn ra tạitừng nút. LIB cũng cung cấpnhững thông tin QoS khác (nhưđịnh nghĩatập các bướcsóngtrênsợiquangra,xácđịnh khả năng củaburstdữ liệu để sử dụng chuyển đổibước sóng, chỉ ra trường hợpcótranh giành thì gói điều khiểnvớiyêucầu đặttrướccóđược phép ưu tiên hay không) +Góiđiềukhiểnsauđóphảitrải qua trao đổi nhãn và gắn thêm thông tin về bước sóng, rồi được chuyểntiếptrênkênhđiềukhiểnriêngcủasợi cáp quang ra do LIB chỉđịnh tới nút tiếptheo  Hình 5.17 là sơđồchứcnăng OXC hỗ trợ OBS và sử dụng chuyểntiếpMPLS 53 20/03/2012
  54. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp) Hình 5.17: Sơ đồ chức năng kết nối chép quang hỗ trợ OBS 54 20/03/2012
  55. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp)  Để thựchiện đượcviệctruyềntảiIPqualớp quang trong mạng đường trục quang WDM có sử dụng OBS thì cầnphảicấutrúcmộtlớp liên kếtgiữalớp IP và lớptruyềntải quang có sử dụng OBS. Cấutrúclớpvậtlýliênkếtgiữa lớpIPvàlớptruyềntải quang sử dụng OBS như Hình 5.18  Hình 5.18 cho thấy các gói IP đếntại các nút chuyểnmạch biên được đệm trong miền điện để chuẩnbịđưavàobộ kếthợp burst tạo các burst đưavào mạng truyềntảicósử dụng chuyểnmạch burst  Các burst sau khi cấutrúcthìđượcxếp vào hàng đợi burst để chuẩnbị phát đi, khi đếnlượt burst nào phát (đứng đầuhàngđợi burst) thì bộ phát bù sẽ tiến hành tính toán giá trị bù và đưarachobộ phát gói điềukhiểncấu trúc gói điều khiểncóchứa các thông tin như giá trị bù, độ dài burst, thông tin định tuyến (nhãn) để đưaxuống lớp quang  Các burst sau khi đã đặt vào khung đợichođếnkhihếtthờigianbùthìđược đưavàolớp quang 55 20/03/2012
  56. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp) Hình 5.18: Sơ đồ khối chức năng lớp liên kết giữa lớp IP và lớp quang 56 20/03/2012
  57. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp)  Tại các nút trung gian thì chỉ có gói điềukhiển được phân tích để cấutrúc chuyểnmạch và chuyển đổi nhãn  Tạinútđích chỉđơngiảnlàgỡ burst ra khỏi khung và thựchiện tháo burst lấy ra các gói tin đưalênlớpIP 5.4.3. Ứng dụng củaOBStrongmạng truyềntảithế hệ sau  OBS đượcsử dụng cùng vớiWDMlàmcơ sở cho mạng IP thế hệ sau, chủ yếu cho các mạng đường trục quang  Kỹ thuật MPLS dùng để chuyểntiếp các burst dữ liệuchocấutrúcnày  Chiếnlượcthiếtlậpbùcótácđộng đáng kể lên chấtlượng hoạt động của mạng IP vậnhànhtrênnềnOBSWDM  Phương pháp phân loạilưulượng để thiếtlậpbù(thamsố hệ thống củaOBS) giữa các burst dữ liệu liên tiếpcủamột dòng dữ liệu đãcho(đường chuyển mạch nhãn LSP) và các gói điều khiểncủa chúng, làm cho mạng đượcvận hành ổn định và thựchiệnkỹ thuậtlưulượng đượcdễ dàng 57 20/03/2012
  58. 5.4. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU (tiếp)  Từđócóthể thực thi các cơ chế QoS cho IP như DiffServ trong mạng đường trục quang sử dụng OBS  Do đạt đượcsự cân bằng giữa định tuyếnbước sóng và chuyểnmạch gói quang, OBS thúc đẩyhợpnhấtIPvớiWDM,hỗ trợ việc cung cấp nhanh chóng, truyềndẫn đồng bộ các gói kích thướckhácnhaucũng như có hiệuquả sử dụng tài nguyên cao mà không cần đệm ở lớpWDM  OBS là công nghệ tiếptheokhắcphục đượcsự hạnchế củaxử lý điệntửđồng thờicónhững cảitiếnmớisovới các công nghệ cùng loạinhư (chuyểnmạch kênh quang và chuyểnmạch gói quang) không yêu cầubộđệmtại các nút trunggianvàphânbổ tài nguyên mạng hiệuquả; đáp ứng đượcsự bùng nổ lưu lượng Internet trong thời điểmhiệnnay,đồng thờithỏamãnđược các nhu sử dụng dịch vụ viễn thông; mang lại cho nhà sảnxuấtcũng như nhà khai thác và khách hàng sử dụng thỏamãnđốivớinhững chi phí phảibỏ ra 58 20/03/2012
  59. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM 5.5.1. Đặtvấn đề  Kế hoạch mạng cầnphải đượctối ưuvới các tham sốđiện và quang khác nhau để bảo đảmhoạt động củamạng ghép bướcsóng(WDM);cấutrúchìnhhọc củamạng có thể là tuyến điểm-điểm, mạng vòng hoặcmạng lưới. Thiếtkế hệ thống được xem xét trên hai khía cạnh: thiếtkế hệ thống quang và thiếtkế hệ thống điệnhoặclớp cao hơn  Đốivớimạng toàn cầu, lớpWDMnhư là lớpvậtlýđơnthuần, chứcnăng của nó là truyềntải các bit thô ở tốc độ bit cao với suy hao rấtnhỏ  Tuy nhiên, vì tốc độ bit và chiềudàitruyềndẫntăng lên, các tham số quang nàycókhả năng bị mất đitrongmạng, cho nên quy hoạch mạng cầnphảixem xét tác động của các tham số và xây dựng mạng với các tham số quang giảm xuống thích hợp để bảo đảmyêucầutruyềntải  Xét tín hiệu quang dạng chậmcóbiênđộ A(,t) là hàm củakhoảng cách  và thời gian t, các tham số khác nhau tác động trong tấtcả thờigian 59 20/03/2012
  60. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Tín hiệu quang truyền qua sợicóhằng số truyềnsóng, tín hiệu quang này bị suy hao bởithuộc tính môi trường truyền sóng củasợi Silica và đặctả bởihệ số suy hao (dB/km)  Vậyvấn đề đặtralàtại sao tham số suy hao lại quan trọng ? +Thứ nhất, nếunhư tổng suy hao tích lũylớnhơn công suất tín hiệu đầuvào Pin, thì tín hiệusẽ không thể thu được ởđầucuối, điềunàyrấtquantrọng để bảo đảm phân biệt được tín hiệu ở bộ thu +Thứ hai, ở bộ thu (thựcchất là tách sóng quang PIN hoặcAPD)cầnphảibảo đảm công suấttốithiểu để phân biệt được0và1từ tín hiệu quang yếu ởđầuvào  Công suấttốithiểuyêucầu ởđầuvàobộ thu gọilàđộ nhạythuR,ởđây cần phảibảo đảmrằng công suất phát phải đủ cao để có thể giữ cho công suất tín hiệu>Rởđầubộ thu, mặcdùcósự suy hao dọc đường truyền, điều đó không có nghĩarằng nếutăng công suất phát ở mức cao có thể truyền các bit đixa 60 20/03/2012
  61. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Công suất đầu vào cao làm suy yếutínhiệubởi các hiệu ứng phi tuyếnnhư XPM,SPM,FWM, hơnnữa, giớihạntrêntốntạivớimọibộ thu(APDhoặc PIN) để thu công suất quang, điều này cho bởidải động củabộ thu và nó thiết lậpdải công suấtlớnnhất, nhỏ nhất đốivớibộ thu, ví dụ -7 dBm tới-28dBm là dải động công suất đặctrưng củabộ thu  Do vậy, công suất đầuvàolớnnhấtcóthểđưavàosợi quang bị giớihạnvà cũng hạnchế khoảng cách truyềnlớnnhấtL;nếuPin-max là công suấtvàolớn nhất, pr là công suất thu nhỏ nhất, công suấtvàolớnnhấtcóthểđưavàosợivà khoảng cách truyềnlớnnhấtxácđịnh như sau: Pin max Pr Pin max dB L Pr dB (5.1)L (5.2)  Trongtínhtoántrênđãbỏ qua tán sắc, phi tuyến, phân cực, mở rộng phổ, chirp (nguồnmở rộng), suy hao thiếtlậpsợi(đầunối, hàn nối, già hóa), nếu xét tới các hiệu ứng này thì chiềudàitruyềndẫngiảmxuống 61 20/03/2012
  62. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Vấn đề đặtralàlàmthế nào để có đượchệ thống truyềndẫncựcxa?bằng cách đặt các tầng lặpcóthể tăng khoảng cách truyềndẫn  Có hai loạibộ lặp đólà:Bộ lặp điện quang - điện - quang (OEO), ởđótách sóng, tạodạng, khôi phụcthời gian và phát lại (3R) tín hiệu; bộ lặp quang sợi (sợiphachấtkíchhoạt, Raman, SOA) khuếch đạimức công suất tín hiệu hoàn toàn trong miền quang  Bộ lặp điệnthựchiệntáitạolạitínhiệuvàphátlạinhờ chuyển đổi quang - điện, để làm đượcnhư vậy, tín hiệu WDM ghép lạicầnphải được tách ghép hoàn toàn, nhưng sẽ hoặc chi phí cao hoặc không hiệuquả;bộ khuếch đại quang đãlàmdịubớtvấn đề nhờ khuếch đạitấtcả các kênh trong miền quang, vì vậybộ khuếch đại quang có thể tăng khoảng cách khuếch đại Tuy nhiên, ngoài việckhuếch đại tín hiệu, khuếch đại quang cũng lạigâyratạpâncủa bản thân nó, đólàbứcxạ tự phát được khuếch đại(ASE) 62 20/03/2012
  63. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 63 20/03/2012
  64. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Nhiễu khuếch đạigâynênvấn đề trong thiếtkế hệ thống đólàtỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR), OSNR là tỷ số của hai công suất (tín hiệuvà nhiễu); do vậy, nếucả tín hiệu và nhiễu được khuếch đại, thì OSNR củahệ thống cho biếtchấtlượng của tín hiệu  Thiếtkế hệ thống dựatrêncơ sở OSNR là công cụ thiếtkế quan trọng; tán sắc gây ra giãn rộng xung, tán sắc quan trong nhấtlàtánsắcvậntốc nhóm (GVD)  Vậntốc nhóm là tỷ lệ nghịch đảocủahằng số truyền sóng  vớitầnsố liên quan,  phụ thuộcvàohệ số phi tuyến  và công suất tín hiệuP,chiếtsuất nhóm  Do vậy, tán sắc gây ra giãn xung và dẫntới giao thoa giữa các ký hiệu (ISI), tham số GVD 2 là vi phân bậchaicủa  vớithayđổi liên quan trong tầnsố quang cuối cùng; lưuýrằng tán sắc GVD còn gọilàtánsắcmàuđốilậpvới tán sắc phân cực mode (PMD) 64 20/03/2012
  65. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Sợiquangtánsắccânbằng hoặctánsắcdịch chuyển (DSF) có bước sóng tán sắcbằng0dịch chuyểntrongdảibăng hoạt động; hơnnữa, kỹ thuậtsử dụng sợi quang bù tán sắc(DCF)đượcbố trí ở vị tríquantrọng trong mạng, vì nó có thể tái tạolạidạng xung đãbị giãn rộng; kỹ thuậtkhácsử dụng cách tử quang Bragg (FBG) trên cơ sở bù tán sắc  Mộtloạithiếtkế khác đólàdựatrêncơ sở phân cực, giả thiếtsợi quang phân cực không lý tưởng, các trạng thái phân cực khác nhau tạo nên các mứcPMD khác nhau, sắpxếpvàbùPMDđể bảo đảm các tín hiệutốc độ bit cao đủ mạnh  Cuối cùng sẽ cầnphải nghiên cứusợi quang phi tuyến; tựđiềuchế pha và điều chế pha chéo là hai vấn đề ghép nối chung; FWM, SRS, SBS cũng bảo đảm cho tốc độ bit cao và công suất cao  Thiếtkế hệ thống có thểđạt đượctối ưubằng cách cân nhắctínhtoántớicác hiệu ứng này 65 20/03/2012
  66. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 5.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới thiết kế hệ thống  Suy hao sợi quang đượcxemnhư là nhân tố lớnnhấtgiớihạnchiềudàicủa một kênh quang; tuy nhiên, do tốc độ dữ liệutăng lên và các xung chiếmgiữ khe thờigiannhỏ hơn và tính phi tuyến GVD, SPM, XPM, FWM trở thành vấn đề quan trọng cầnphải quan tâm  Trong các mạng quang WDM thựctế,yêucầuBERlà10-12 (~ 10-9 tới10-12), có nghĩarằng BER lớnnhấtbằng 1012 bit thì sẽ làm gián đoạn đường truyền; do đó, BER đượcxemnhư giá trị quan trọng đốivớimạng WDM, tấtcả các thiếtkếđềudựatrênchỉ tiêu chấtlượng này  Phân tích BER cho thấy, BER là tỷ số chênh lệch mức(côngsuất) bit cao và thấpvới chênh lệch trong độ lệch chuẩncủamức bit cao và thấp  Giải thích khác về BER như sau: Để mộtbộ tách sóng quang phân biệt đúng bit 1 (giả thiết điềuchế không trở về 0/ trở về 0hoặcNRZ/RZ),nócầnphải chắcchắnsố lượng Photon (Np)tốithiểu đếnbộ tách sóng 66 20/03/2012
  67. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  NếuNTP là số lượng Photon khởi đầu ở bộ phát, p số lượng Photon mất đi (giả thiết) do suy hao, hấpthụ,tánsắc và suy hao khác trong khi truyền, nếu NTP - p Np trên chiều dài kênh truyền mong muốn“L”  Từ những lý giảitrênchothấyrõrằng tạisaokhithiếtkế hệ thống quang lại coi trọng đốivớiquỹ công suấtvàdự trữ công suất(dự trữ an toàn cho thiếtkế tin cậy được) cũng như vấn đề tán sắc phù hợp  Nhưđãbiết, tán sắclàsự giãn rộng xung trong miềnthời gian, nói chung do sự khác nhau lớncủalĩnh vựcphổ (nhiều thành phầnphổ khác nhau tồntại trong một xung, mỗi đường truyền ở tốc độ khác nhau), điều đó có nghĩalàtán sắc gây nên giãn xung  Tác động giãn rộng xung có hạinhất là ISI, ngay cả nếunhư giảđịnh rằng ISI không bao giờ xảyra(dothiếtkếđủtin cậy), vẫncònmộtlượng nhỏ tán sắc có hiệu ứng bấtlợi 67 20/03/2012
  68. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) giãn rộng xung thấphơnlượng công suấtcủa nó, có nghĩarằng p tăng lên, nói cách khác, số lượng Photon sẽ tác động làm giảm tách sóng quang  Do vậy, khi nghiên cứuhệ thống giớihạntánsắc, cầnphảixéttớicôngsuất bấtlợidotánsắc, công suấtbấtlợi này có thể xác định mộtcáchđịnh tính là suy hao thựccủa công suấtdotánsắc trong khi truyền tín hiệutronghệ thống bịảnh hưởng/ bị hạnchế tán sắc  Công suấtbấtlợicũng có thể xem như công suấtthựcphụ thêm đòi hỏi để bơm tín hiệuvìrằng nó đếnbộ thu (tách sóng quang) trong khi vẫnduytrìyêu cầuBERtốithiểucủahệ thống;côngsuấtbấtlợi đặctrưng củahầuhết các mạng trong khoảng từ 2-3dB  Bằng cách đưavàobộ khuếch đại quang, có thể tăng công suất tín hiệu quang tớibộ tách sóng quang; bây giờ sẽ xem xét thiếtkếthệ thống khác nữa đólà phi tuyếnthựctrongsợi quang thủy tinh, cường độ của sóng điệntừ trường truyền qua sợilàmtăng tính phi tuyến, chiếtsuất khúc xạ có thành phần phi 68 20/03/2012
  69. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) tuyếnmạnh phụ thuộcvàomức công suất tín hiệu; tính phi tuyếngâyradịch pha phi tuyếnbiểuthị bởi NL như sau: 1 e L   P (5.3) NL in  Trong đó, hệ số phi tuyếnxácđịnh như sau: n   2 0 (5.4) cAeff  n2 là chiếtsuấtvỏ,Aeff là vùng mặtcắtcủalõi;NL phụ thuộcvàoPin nhưng Pin lại chính là dáp ứng thay đổitheothờigian,dođó, dịch pha phi tuyếngây ra ở xung di chuyển nhanh là hoàn toàn động; điều đócónghĩalàtầnsố chirp kếthợpvớidịch pha này, hay nói cách khác, xung ở tầnsố 0 đến đúng lúc có các thành phầntầnsố trong phạmvi: 0  NL (5.5) 69 20/03/2012
  70. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Trong (5.5) NL động, kếtquả là xung giãn rộng do dịch pha gây ra; vì vậy, để kiểmsoátdịch pha công suấtlớnnhấtcủa xung, buộcphải đặtngưỡng công suất đầuvàolớnnhất, dịch pha phi tuyếnnàylàtựđiềuchế pha (SPM)  Trong thông tin quang, ánh sáng cầnthiếtkế sao cho dịch pha lớnnhấtcóthể chấpnhận được NL <1,dođó, công suấtlớnnhấtPin-max(NL<1) có thể hạn chế dịch pha nhỏ hơnyêucầucủahệ thống  Có thể thiếtkế mạng đúng đắnnhờ cân nhắc đếntấtcả các yếutố tác động và sử dụng thựcthể liên quan tớibùcácyếutốđó; sử dụng phương pháp này, phân tích hai tác động đồng thờimiềntầnsố bằng cách chia nhỏ (vi phân) sợi dẫnsónghìnhtrụ thành các đoạnchồng lấnvôcùngnhỏ,như vậy, SPM được giảđịnh hoạt động trên các đoạntrống và GVD thiếtlậphoạt động trên các đoạnphẳng; tính phi tuyến đãxétchỉ trên một kênh, vậynhững gì sẽ xảyra khi có mộthệ thống WDM ? 70 20/03/2012
  71. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Hai hoặc nhiềukênhcóảnh hưởng phi tuyếnlênmỗikênhkhác:XPMvà FWM; XPM xảyradotầnsố mang các kênh độclậpkhácnhaubaogồmcả dịch pha kếthợptrênkênhkhácnữa, XPM gây táv hạirấtmạnh và nó gấphai lần PSM; dịch pha gây ra bởitácđộng của hai xung ở tốc độ bit khác nhau hoặccóvậntốc nhóm khác nhau xuyên chéo lẫn nhau  Toàn bộ dịch pha phụ thuộc vào công suấtthựccủatấtcả các kênh và vào bit đầuracủakênh;dịch pha lớnnhấtxảy ra khi hai bit 1 xuyên chéo lẫn nhau bởi công suất cao trong cả hai bit (ngượcvớimức công suấtthấpkhicả hai bit không ở mức logic 1), dịch pha như sau: L 1 e w  NL  P 2 P (5.6) i i k  Trong đówlàtổng số kênh, Pk là công suấtcủakênhthứ k, dịch pha lớnnhất như sau: NL   max 2w 1 Pi (5.7) 71 20/03/2012
  72. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 5.5.3. Ảnh hưởng củatánsắc lên chiềudàitruyềndẫn  Tán sắcvậntốc nhóm GVD (tán sắc màu) là nguyên nhân cơ bảncóliênquan trong các hệ thống WDM đơn mode tốc độ bit cao; nhưđãbiết, tán sắctrong xung quang tạoragiãnrộng xung, làm cho xung trảirộng sang khe (trong miềnthờigian)của các xung khác; điều này không chỉ gây nên ISI và còn gây ra bấtlợi công suất, dẫn đếnlàmsuygiảmchấtlượng SNR củahệ thống  Bấtlợi công suấtdotánsắcnhư sau:  10 lg  0 Ppenalty 2 (5.8)   1 DL  0  Trong đó  là độ rộng phổ, 0 là độ rộng xung; đốivớisợiquangđơn mode (SMF), tham số tán sắc D = 17 ps/km-nm, giớihạn khoảng cách: 72 20/03/2012
  73. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 2 D hoặc162 D (5.9) B2 L 16 L 2 c B2 2 c 5.5.4. Thiết kế tuyến điểm - điểm  Để thiếtkế mạng, buộcphảithiếtkế hệ thống vớiyêucầuBERcủamạng; hệ số phẩmchất Q cung cấpchấtlượng củabộ thu bởivìnólàmộthàmcủa tín hiệutrêntạp âm quang; hệ số Qámchỉ SNR tốithiểu đòi hỏi đạt đượcBER đặctrưng với tín hiệu đãcho  Hình vẽ IV.2 cho thấy quan hệ giữahệ số QvớiBER;hìnhvẽ IV.3 thể hiện bấtlợicủahệ số Q do các hiệu ứng phi tuyếnbằng cách tăng công suất đầu vào; hệ số Qcủa tín hiệu quang cho bởi: I I Q 1 0 (5.10)  1  0  I1 là giá trị dòng bit 1, I0 là giá trị dòng bit 0, 1 là độ lệch chuẩn dòng bit 1, 0 là độ lệch chuẩn dòng bit 0; quan hệ củaQvàBERnhư sau: 73 20/03/2012
  74. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 74 20/03/2012
  75. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 75 20/03/2012
  76. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 1 Q BER erfc (5.11) 2 2  Đốivớithiếtkếđãchoở BER (ví dụ 10-12 và tốc độ đường dây OC3 hoặc155 Mbps), mạng sẽ có mộtlỗixảy ra trong vòng 10 ngày 5.5.4.1. Tính toán hệ số Q từ OSNR:  OSNR là tham số quan trọng nhấtkếthợpvới tín hiệuquangđã cho, nó có khả năng đolường về mặtlượng đốivớimộtmạng và có thểđược tính toán từ các tham số hệ thống đã cho; giá trị Loga của Q (dB) liên quan tớiOSNRchobởi: B0 QdB 20 log OSNR (5.12) Bc  Trong (IV.12), B0 là dảirộng băng quang củathiếtbị,Bc là dảirộng băng điện củabộ lọc thu, do vậy, Q(dB) cho thấynhư sau: B0 QdB OSNR 10 log (5.13) Bc 76 20/03/2012
  77. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Nói cách khác, Q tỷ lệ mộtphầnvới OSNR, nhìn chung, tính toán tạpâmthực hiệnbởi máy phân tích phổ quang (OSA) hoặcmáyhiện sóng mẫuvànhững đo đạcnàyđượctruyền đitrênphạmviđo đạcchitiếtcủaBm; giá trị Bm đặc trưng xấpxỉ 0,1 nm hay 12,5 GHz đốivớiOSA  Từ (5.13) cho thấy, Q (dB) trong các số hạng củaOSNR,điều đócóthể hiểu rằng nếuB0 Q (dB); đốivớinhững thiếtkế trên thựctế thì OSNR (dB) > Q (dB) ít nhất 1 - 2 dB; trong khi thiếtkế hệ thống tốc độ bit cao, độ dự trữởbộ thu xấpxỉ 2dB,chẳng hạnQnhỏ hơn OSNR khoảng 2 dB 5.5.4.2. Tính toán OSNR đối với tuyến điểm - điểm:  Xét tuyếnvậtlýABnhư hình vẽ IV.4, giả thiết đólàtuyếnWDMsợi quang đường dài (khoảng vài trăm km), các bộ khuếch đại đượcbố trí mộtcáchđịnh kỳởnhững khoảng lặp để tăng cường công suất tín hiệu; do đó, tín hiệucóthể truyền đixahơn, suy hao tích lũy cho phép lớnnhấtvớisợi quang là L 77 20/03/2012
  78. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 78 20/03/2012
  79. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Tuy nhiên, mỗitầng khuếch đạithêmvàonóthànhphầntạpâmASEvàlàm giảmphẩmchấtcủaOSNR,hơnnữa, mỗibộ khuếch đại đã khuếch đạivớisự có mặtcủatạpâm  Lưuýtạpâmcóở khắpnơitrêntoànbộ vùng phổ và hầunhư không thể loại bỏđi được; do đó, cầnphải tím cách tính toán OSNR (đầura)ở kếtcuốicủa hệ thống khuếch đạitầng N và nếuxemgiátrị Nvẫnchắcchắn  Trong thiếtkế trên cơ sở OSNR, phảichắcchắnrằng OSNR củatầng cuối cùng đúng theo yêu cầuOSNRhệ thống và yêu cầuBER;OSNRcủamỗitầng như sau: Pin OSNR (5.14) NFstageh f  Trong (IV.14), NFstage là hệ số nhiễucủatầng, h là hằng số Plăng (6,6260 10-34),  là tầnsố quang, flàdảirộng đoNF(thường bằng 0,1 nm) 79 20/03/2012
  80. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Tổng OSNR củahệ thống có thể nghiên cứubằng phương pháp tương hỗ và cho thấynhư trong phương trình sau: 1 1 1 1 (5.15) OSNR final OSNR1 OSNR2 OSNRN  Đốivớihệ thống N tầng, tổng OSNR như sau: 1 N 1  (5.16) OSNR final i 1OSNRi  Phân tích chi tiết đưarađượcphương trình gần đúng đốivớiOSNR,bộ khuếch đạicóhệ số khuếch đạiG,OSNRxácđịnh như sau: P P OSNR in in (5.17) PASE 2nsp G 1 h f  nsp là tham số nghịch đảonồng độ xác định trong phương trình (IV.18) dưới đây, nó là tỷ lệđiệntử trong trạng thái cao hơnvàthấphơn: N 2 nsp (5.18) N 2 N1 80 20/03/2012
  81. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  N2 là số lượng điệntửởtrạng thái cao, N1 là số lượng điệntửởtrạng thái thấp; tham số nghịch đảonồng độ nsp cũng có thể xác định như sau: NF 10 (5.19) nsp 0,5 10  Đốivớihệ thốngNtầng khuếch đại, mỗibộ khuếch đạibùlại suy hao của đoạntrước, ởđây suy hao trên đoạntruyềndẫnlà (dB), khi này quan hệ với OSNR tầng cuối cùng như sau: 1 P in (5.20) OSNR final NFh fN  Theo Logarit và với f = 0,1 nm hay 12,5 GHz sẽ thu được: OSNRdB 158,93 Pin dB NFdB 10 log N 10 log f (5.21) OSNRdB 58 Pin dB NFdB 10 log N (5.22) 81 20/03/2012
  82. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Giả thiếtnhư sau: +NFcủamỗibộ khuếch đạilàgiống nhau + Suy hao trên mỗi đoạntruyềndẫn  là như nhau +Tạpâmđượctổng cộng trên cả hai trạng thái phân cực, nó là tạp âm không được phân cực  Phương trình (IV.22) cung cấp cách tính toán thựctế OSNR, phương pháp tính toán này tuy gần đúng nhưng vẫnthuđượcOSNRcóđộ chính xác cao; trong hệ thống WDM nhiều kênh, khi thiếtkế cầnphảicânnhắcOSNRcho các kênh yếunhất(thường là kênh đầu tiên hoặccuối cùng củaphổ tầnsố) 5.5.4.3. Cải thiện OSNR bằng khuếch đại Raman  Từ phương trình (IV.22) cho thấyhệ số khuếch đạiGcủa EDFA không cần xét tới, bởivìOSNRlàmộttỷ lệ và hệ số khuếch đại ảnh hưởng như nhau với tín hiệuvàtạpâm,nênđãloạibỏ Gcảởtử số và mẫusố 82 20/03/2012
  83. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Nói cách khác, mặcdùEDFAgiảmbớtphạmvichiềudàitruyềndẫndosuy hao, nhưng bởimộtchuỗicáctầng EDFA, OSNR liên tụcsuygiảm theo chiều dài truyềndẫnvàASE(từ EDFA)  Suy giảm này có thể nhỏ hơnnhờ khuếch đạiRamanđược phân bố (DRA), vì nó có thể là kếtquả củatánxạ kích thích Raman của tín hiệubơmcường độ cao ở tầnsố khác nhau (so vớitầnsố tín hiệu) 83 20/03/2012
  84. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Từ các hệ thống có trước, OSNR củatầng cuối cùng như sau: 1 N 1 N 1   (5.23) OSNRtotal i 1OSNRi( Stage ) i 1OSNRi( RA )  Giá trị OSNR củamỗitầng như sau: 1 Pin GRA i i (5.24) OSNRi( Stage ) NFih f  Từ (IV.24), hệ số GRA trên tử số thựcsự gia tăng OSNR củahệ thống, hình vẽ IV.6 cho thấysự thay đổicủahệ số khuếch đại Raman theo công suấtbơm 84 20/03/2012
  85. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 85 20/03/2012
  86. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 5.5 5. Yêu cầu độ dự trữ  Trong tuyếnWDMđamode,thànhphầnsuyhaochínhcủahệ thống không phảilàsuygiảmdotuyếntruyềndẫn, mà là suy hao kếthợpvới các phân hệ khác nhau; tuyếntruyềndẫn đặctrưng gồmnhiềunút,mỗinútđượcgồm nhiềuphầntử khác nhau, suy hao bởimỗiphầntử cao dẫntớibấtlợichothiết kế hệ thống  Nút WDM đặctrưng có thể có đầy đủ các phần ghép quang (OMS) bao gồm các dẫn sóng mảng (AWG) và mộtmatrận chuyểnmạch; AWG trên cơ sở cách tử có suy hao xen vào 5 dB, tín hiệu quang truyền qua mộtnútcóhai AWG (phầnghépvàtáchghépkênh)bị suy hao 10 dB thêm vào cùng vớisuy hao của chuyểnmạch  Xét hai nút, mỗi nút có các AWG (có suy hao 5 dB) và chuyểnmạch (có suy hao3dB),cùngvới suy hao đầunối (khoảng2dB),hainútcáchnhau50km và suy hao trên sợi quang đơn mode (SMF) là 0,2 dB/km 86 20/03/2012
  87. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Suy hao ở mỗi nút là 5 + 5 + 3 + 2 = 15 dB, nói cách khác, suy hao tại nút có thể cao hơn suy hao truyềndẫn (khoảng 0,2*50 = 10 dB), điềunàyảnh hưởng tớiviệcthiếtkế hệ thống cũng như OSNR; tác động trựctiếplêncảmbiếnsuất đầuratừ một nút bởi suy hao, ảnh hưởng OSNR cho bởiphương trình (IV.22)  Bảng IV.1 cho thấy suy hao xen vào của các phầntửđặctrưng; bảng IV.2 cho thấy độ dự trữ yêu cầu để thiếtkế bảo đảm đủ tin cậy, độ dự trữ này tham gia những thay đổitrongviệcbảo đảmquỹ công suất tín hiệu quang, đặcbiệt đối vớimức động 87 20/03/2012
  88. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Bảng 5.1: Suy hao xen vào và các suy hao khác hoạt động ở 1550 nm Suy hao phụ Suy hao phụ Hệ số Suy hao Thành phần thuộc vào thuộc vào nhiễu xen bước sóng phân cực xuyên âm AWG (Ghép và tách ghép) 5,0 dB < 1,0 dB 0,1 dB -40 dB Chuyển mạch xen/rẽ 2 2 1,2 dB < 0,2 dB 0,1 dB -40 dBm Ghép nối thụ động 2 2 3,0 dB - - - Bộ lọc màng mỏng 1,0 dB 0,1 dB - -40 dBm Bộ lọc AOTF/MZI 1,0 dB 0,1 dB - -35 dBm Suy hao xen 2 - 3 dB - - - OXC cổng - cổng 3,0 dB < 0,4 dB 0,1 dB -40 dBm 88 20/03/2012
  89. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Bảng 5.2: Yêu cầu độ dự trữ Thành phầnDự trữ suy hao Tán sắc sợi 1,0 dB Độ dự trữ tự điều chế pha (SPM) 0,5 dB Độ dự trữ điều chế pha chéo (XPM) 0,5 dB Bù tán sắc (DCU) 6,0 dB Hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM) 0,5 dB Hiệu ứng SRS/SBS 0,5 dB PDL 0,3 dB 89 20/03/2012
  90. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Bảng 5.2: Yêu cầu độ dự trữ (tiếp theo) Thành phầnDự trữ suy hao Tán sắc phân cực mode (PMD) 0,5 dB Độ dốc khuếch đại (do phổ khuếch đại không bằng phẳng) 3,0 dB Độ dốc độ nhạy thu (bước sóng phụ thuộc vào PMD) 0,5 dB Chirp truyền dẫn 0,5 dB Xuyên âm AWG 0,2 dB Đầu nối sợi quang 0,5 dB 90 20/03/2012
  91. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 5.5.6. Thiết kế sử dụng bù tán sắc màu  Trong mộthệ thống giớihạntánsắcmàu,tổng tán sắc tích lũy đốivới xung lớnhơntánsắc cho phép lớnnhất, hệ thống không thể thựchiện đượcchứcnăng bởivìISIrấtlớnhoặcphổ xung thuầntúy  Do vậycầnphải đặtcácbộ bù tán sắc(DCU)tại các vị trí khác nhau trong mạng  Khi thiếtkế tuyếnWDMcótốc độ bit cao (nơitánsắccóthể xem như làm giảmsútthiếtkế trầmtrọng) sẽ phảisử dụng bản đồ tán sắc để thiết kế hệ thống hiệuquả  Bản đồ tán sắclàsự sắpxếp hai chiều ởđóbiểu đồ tán sắctíchlũy ngượcvớichiềudàitruyềntải, chúng là bản đồ tiệníchđặctrưng hỗ trợ ngườithiếtkế xác định vị trí bù tán sắc trong mạng  Tán sắctíchlũy đượctínhtoánbằng cách nhân đặc tính sợi quang và đặc tính tán sắc Laser ở tốc độ bit đã định vớichiềudàisợi quang 91 20/03/2012
  92. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Ví dụ,loạisơiquangđơn mode có giá trị tán sắclà16ps/nm-kmcó nghĩalàvớimỗikmtruyền qua củasợi quang đơn mode, mộtxungở 10 Gbps (độ rộng xung 100 ps) giãn rộng trung bình khoảng 16 ps để bảo đảmxungtíchlũygiãnrộng trên khoảng cách “x” km nhỏ hơngiớihạn tán sắclớnnhất(cóthể là 1600 ps/nm-km với tín hiệu 10 Gbps)  Từđóchothấyrằng tín hiệucóthể truyền đi xa 16x = 1600 km (nếux= 100) vớisợi quang đơn mode ở tốc độ bít 10 Gbps; lưu ý là khi tín hiệu truyền đi trên khoảng cách xa hơnthìtánsắc tích lũycũng tăng lên  Vớitốc độ bit và bướcsónghoạt động (hay băng tầnhoạt động) đãxác định, tán sắc tích lũy cho phép lớnnhấtchobởi đặc tính tiêu chuẩn  Không có điểmnàotrongbản đồ tán sắcchogiátrịđường cong cao hơn giớihạn dung sai tán sắc. Lưu ý là tham số tán sắcphụ thuộcvàonhiều nhân tố, các nhân tố chính đólàtốc độ bit (hay độ rộng xung), chiềudài sợi quang, tham số tán sắccơ bảnvàđộ rộng phổ của Laser 92 20/03/2012
  93. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Dự trữ cho sự biến thiên công suấtbấtlợi đốivới các hệ thống giớihạn tán sắcnhư mộthàmcủathamsố tán sắcD,điềunàyxuất phát từđặc tính củasợi quang cơ bản(chitiết xem hình vẽ) 93 20/03/2012
  94. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Dcóthể xem xét cân bằng thành phần có liên quan đếntốc độ bit, chiều dài sợi quang, độ rộng nguồnphổ phát xung  Hai kỹ thuậtbùtrước và bù sau có thể sử dụng để bù tán sắc  Bù trước nghĩalàbùtánsắctrước khi tín hiệugâyratánsắc trong hệ thống, đây là mộtkỹ thuật nén xung tiếnbộ vớibùtánsắc (DCU)  Bù sau sử dụng thiếtbị bù tạivị trí kếtcuốicủasợi quang  Trong bù trướccóthể bố trí DCU sau khi khuếch đạisauđường truyền, các bộ như vậygắnsợi quang dạng tán sắcngượcvớisợi quang truyền  Ví dụ sợi quang truyềncóthamsố tán sắc16ps/nm-km,DCUcóthể tạo nên dạng tán sắcxấpxỉ -50 ps/nm-km, tín hiệutruyền qua cuộnsợi quang như vậy (DCU) và xung đượcbùtrước; ngượclại, với các kỹ thuật bù sau, Module DCU đặttrước khi khuếch đạitrước đường truyền 94 20/03/2012
  95. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Bảng tham số tán sắcDđốivới các loạisợi khác nhau ở 1550 nm: Loại sợi Tán sắc thông thường ở 1550 nm (ps/nm-km) Sợi đơn mode (SMF) 17 Sợi vùng hiệu dụng lớn E (ELEAF) 4 RS dạng sóng thực (TW-RS) 4,2 Sợi tán sắc dịch chuyển (DSF) -0,33 95 20/03/2012
  96. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Trong Hình IV.8, tán sắcrơixuống tạivị trí DCU và tán sắc tích lũy không bao giờ vượt quá ngưỡng (đường nét đứt) 96 20/03/2012
  97. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Khi gắnthêmDCUsuyhaosẽ xảyratrầmtrọng, đólàdoghépnốicó tính chất khác nhau giữasợi quang dẫnvàDCU,hơnnữadạng tán sắc khác nhau dẫn đến ghép pha không khớp đãngănngừaxảyraFWM,đó là thuậnlợicủa DCU trong việchạnchế hiệu ứng phi tuyến(HìnhIV.9) 97 20/03/2012
  98. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp) 5.5.7. Thiết kế trên cơ sở tán sắc và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu quang  Vớimộtmạng đã cho, điều quan trọng là phảitínhtoánOSNRvàthiết kế dựatrêncơ sở cả OSNR lẫngiớihạntánsắc. điềunàycóthể bù tán sắctrênphạmvirộng  Tuy nhiên, việcbùOSNRcầntáitạo3R(O-E-O),điềunàysẽ rấttốn kém, hay nói cách khác bù OSNR hầunhư không thể thựchiện được đối với các hệ thống WDM đakênh;dođókhithiếtkế mộttuyếnWDM, điềubắtbuộctrướchếtphảixemxétđếngiớihạnOSNR  Thựcchấtthiếtkế trên cơ sở OSNR nghĩalàhoặcOSNRở tầng cuối(bộ thu) phảiphùhợpvớiOSNRmongmuốn để đạt đượcBERtheoyêu cầu. Điềunàycũng bảo đảmBERyêucầuphảithựcsựđểtái tạothu  Theo thiếtkế trên cơ sở OSNR, tán sắclàbảo đảmtiếptheođể bù lạikỳ vọng thiếtkế.Nhưng quan trọng là vị rí thay thế bộ bù tán sắcphụ thuộc vào cấutrúcmạng, chiềudàitruyềntảivàtốc độ bit 98 20/03/2012
  99. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Trong hầuhết các thiếtkế,vị trí tối ưuphải đượcthựchiệntrongmột phạmvicơ sở (trên chiều dài). Hình IV.10 là sơđồOSNR thể hiệnmức tín hiệu quang và mứctạp âm là tín hiệutruyền qua mỗitầng khuếch đại 99 20/03/2012
  100. 5.5. THIẾT KẾ MẠNG QUANG WDM (tiếp)  Khi xung đượctáitạo ở kếtcuối đường truyền, cường độ điềuchế gây nên điềuchế pha do suy giảmsóngmangthayđổi theo chiếtsuất khúc xạ.Sự thay đổinàyvốndođộ rộng đường Laser. Xung quang như vậy có dịch pha phụ thuộcvàothờigianđượcgọi là “xung chỉp”. Phổ quang bị mở rộng do chirp này. Theo lý thuyết, bấtlợicôngsuấtsuygiảm chirp khó tính toán được, nhưng nó có thể gần đúng vớidự trữ 0,5 dB trong thiếtkế hệ thống ./. 100 20/03/2012
  101. Môn học tín chỉ: MẠNG THÔNG TIN QUANG KẾT THÚC CHƯƠNG 5 101 20/03/2012