Ghep Kenh Qung Theo (wdn)

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

ch­¬ng I:

nguyªn lý c¬ b¶n vÒ ghÐp kªnh quang theo b­íc sãng (WDM)

I. Giíi thiÖu nguyªn lý ghÐp kªnh quang theo b­íc sãng: §Æc ®iÓm næi bËt cña hÖ thèng ghÐp kªnh theo b­íc sãng quang (WDM) lµ tËn dông h÷u hiÖu nguån tµi nguyªn b¨ng réng trong khu vùc tæn hao thÊp cña sîi quang ®¬n mode, n©ng cao râ rÖt dung l­îng truyÒn dÉn cña hÖ thèng ®ång thêi h¹ gi¸ thµnh cña kªnh dÞch vô xuèng møc thÊp nhÊt. ë ®©y viÖc thùc hiÖn ghÐp kªnh sÏ kh«ng cã qu¸ tr×nh biÕn ®æi ®iÖn nµo. Môc tiªu cña ghÐp kªnh quang lµ nh»m ®Ó t¨ng dung l­îng truyÒn dÉn. Ngoµi ý nghÜa ®ã viÖc ghÐp kªnh quang cßn t¹o ra kh¶ n¨ng x©y dùng c¸c tuyÕn th«ng tin quang cã tèc ®é rÊt cao. Khi tèc ®é ®­êng truyÒn ®¹t tíi mét møc ®é nµo ®ã ng­êi ta ®· thÊy ®­îc nh÷ng h¹n chÕ cña c¸c m¹ch ®iÖn trong viÖc n©ng cao tèc ®é truyÒn dÉn. Khi tèc ®é ®¹t tíi hµng tr¨m Gbit/s, b¶n th©n c¸c m¹ch ®iÖn tö sÏ kh«ng thÓ ®¶m b¶o ®¸p øng ®­îc xung tÝn hiÖu cùc kú hÑp; thªm vµo ®ã, chi phÝ cho c¸c gi¶i ph¸p trë nªn tèn kÐm vµ c¬ cÊu ho¹t ®éng qu¸ phøc t¹p ®ßi hái c«ng nghÖ rÊt cao. Kü thuËt ghÐp kªnh quang theo b­íc sãng ra ®êi ®· kh¾c phôc ®­îc nh÷ng h¹n chÕ trªn. HÖ thèng WDM dùa trªn c¬ së tiÒm n¨ng b¨ng tÇn cña sîi quang ®Ó mang ®i nhiÒu b­íc sãng ¸nh s¸ng kh¸c nhau, ®iÒu thiÕt yÕu lµ viÖc truyÒn ®ång thêi nhiÒu b­íc sãng cïng mét lóc nµy kh«ng g©y nhiÔu lÉn nhau. Mçi b­íc sãng ®¹i diÖn cho mét kªnh quang trong sîi quang. C«ng nghÖ WDM ph¸t triÓn theo xu h­íng mµ sù riªng rÏ b­íc sãng cña kªnh cã thÓ lµ mét phÇn rÊt nhá cña 1 nm hay 10-9 m, ®iÒu nµy dÉn ®Õn c¸c hÖ thèng ghÐp kªnh theo b­íc sãng mËt ®é cao

SVTH §µm H¶i Qu©n

1

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

(DWDM). C¸c thµnh phÇn thiÕt bÞ tr­íc kia chØ cã kh¶ n¨ng xö lý tõ 4 ®Õn 16 kªnh, mçi kªnh hç trî luång d÷ liÖu ®ång bé tèc ®é 2,5 Gbit/s cho tÝn hiÖu m¹ng quang ph©n cÊp sè ®ång bé (SDH/SONET). C¸c nhµ cung cÊp DWDM ®· sím ph¸t triÓn c¸c thiÕt bÞ nh»m hç trî cho viÖc truyÒn nhiÒu h¬n c¸c kªnh quang. C¸c hÖ thèng víi hµng tr¨m kªnh giê ®©y ®· s½n sµng ®­îc ®­a vµo sö dông, cung cÊp mét tèc ®é d÷ liÖu kÕt hîp hµng tr¨m Gbit/s vµ tiÕn tíi ®¹t tèc ®é Tbit/s truyÒn trªn mét sîi ®¬n. Cã hai h×nh thøc cÊu thµnh hÖ thèng WDM ®ã lµ: I.1 TruyÒn dÉn hai chiÒu trªn hai sîi: HÖ thèng WDM truyÒn dÉn hai chiÒu trªn hai sîi lµ: tÊt c¶ kªnh quang cïng trªn mét sîi quang truyÒn dÉn theo cïng mét chiÒu (nh­ h×nh 1), ë ®Çu ph¸t c¸c tÝn hiÖu cã b­íc sãng quang kh¸c nhau vµ ®· ®­îc ®iÒu chÕ 1 ,  2 ,....,  n th«ng qua bé ghÐp kªnh tæ hîp l¹i víi nhau, vµ truyÒn dÉn mét chiÒu trªn mét sîi quang. V× c¸c tÝn hiÖu ®­îc mang th«ng qua c¸c b­íc sãng kh¸c nhau, do ®ã sÏ kh«ng lÉn lén. ë ®Çu thu, bé t¸ch kªnh quang t¸ch c¸c tÝn hiÖu cã b­íc sãng kh¸c nhau, hoµn thµnh truyÒn dÉn tÝn hiÖu quang nhiÒu kªnh. ë chiÒu ng­îc l¹i truyÒn dÉn qua mét sîi quang kh¸c, nguyªn lý gièng nh­ trªn. 1

n

1 n

M¸y ph¸t quang

1 Bé ghÐp kªnh

M¸y ph¸t quang n M¸y thu quang M¸y thu quang

O

Bé khuÕch ®¹i sîi quang

O

Bé t¸ch kªnh

1 , 2 ....... n Bé t¸ch kªnh

Bé khuÕch ®¹i sîi O quang

1 Bé ghÐp kªnh

O

n

M¸y thu quang

1

M¸y thu quang

n

M¸y ph¸t quang

1

M¸y ph¸t quang

n

1 , 2 ....... n

H×nh 1. S¬ ®å truyÒn dÉn hai chiÒu trªn hai sîi quang. I.2 TruyÒn dÉn hai chiÒu trªn mét sîi: HÖ thèng WDM truyÒn dÉn hai chiÒu trªn mét sîi lµ: ë h­íng ®i, c¸c kªnh quang t­¬ng øng víi c¸c b­íc sãng 1, 2, ..., n qua bé ghÐp/t¸ch kªnh ®­îc tæ hîp l¹i víi nhau truyÒn dÉn trªn mét sîi. Còng sîi quang ®ã, ë h­íng vÒ c¸c

SVTH §µm H¶i Qu©n

2

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

b­íc sãng n+1, n+2,..., 2n ®­îc truyÒn dÉn theo chiÒu ng­îc l¹i (xem h×nh 2). Nãi c¸ch kh¸c ta dïng c¸c b­íc sãng t¸ch rêi ®Ó th«ng tin hai chiÒu (song c«ng).

1

n

M¸y ph¸t quang

1

M¸y ph¸t quang

n

1

M¸y thu quang

n

M¸y thu quang

M¸y thu quang

1

M¸y thu quang

n

n+1

M¸y ph¸t quang

1

2n

M¸y ph¸t quang

n

1, 2 ....... n Bé ghÐp/ t¸ch kªnh

O

Bé khuÕch ®¹i sîi quang

O

n+1, n+2 ....... 2n

Bé t¸ch/ ghÐp kªnh

H×nh 2. S¬ ®å truyÒn dÉn hai chiÒu trªn cïng mét sîi quang.

HÖ thèng WDM hai chiÒu trªn hai sîi ®­îc øng dông vµ ph¸t triÓn t­¬ng ®èi réng r·i. HÖ thèng WDM hai chiÒu trªn mét sîi th× yªu cÇu ph¸t triÓn vµ øng dông cao h¬n, ®ßi hái yªu cÇu kü thuËt cùc kú nghiªm ngÆt. ë phÝa ph¸t, c¸c thiÕt bÞ ghÐp kªnh ph¶i cã suy hao nhá tõ mçi nguån quang tíi ®Çu ra cña bé ghÐp kªnh. ë phÝa thu, c¸c bé t¸ch sãng quang ph¶i nh¹y víi d¶i réng cña c¸c b­íc sãng quang. Khi thùc hiÖn t¸ch kªnh cÇn ph¶i c¸ch ly kªnh quang thËt tèt víi c¸c b­íc sãng kh¸c b»ng c¸ch thiÕt kÕ c¸c bé t¸ch kªnh thËt chÝnh x¸c, c¸c bé läc quang nÕu ®­îc sö dông ph¶i cã b­íc sãng c¾t chÝnh x¸c, d¶i lµm viÖc æn ®Þnh. HÖ thèng WDM ®­îc thiÕt kÕ ph¶i gi¶m tèi ®a c¸c hiÖu øng cã thÓ g©y ra suy hao truyÒn dÉn. Ngoµi viÖc ®¶m b¶o suy hao xen cña c¸c thiÕt bÞ thÊp, cÇn ph¶i tèi thiÓu ho¸ thµnh phÇn c«ng suÊt cã thÓ g©y ra ph¶n x¹ t¹i c¸c phÇn tö ghÐp, hoÆc t¹i c¸c ®iÓm ghÐp nèi c¸c module, c¸c mèi hµn...., bëi chóng cã thÓ lµm gia t¨ng vÊn ®Ò xuyªn kªnh gi÷a c¸c b­íc sãng, dÉn ®Õn lµm suy gi¶m nghiªm träng tØ sè S/N cña hÖ thèng. C¸c hiÖu øng trªn ®Æc biÖt nghiªm träng ®èi víi hÖ thèng WDM truyÒn dÉn hai chiÒu trªn mét sîi, do ®ã hÖ thèng nµy cã kh¶ n¨ng Ýt ®­îc lùa chän khi thiÕt kÕ tuyÕn. ë mét møc ®é nµo ®ã, ®Ó ®¬n gi¶n ta cã thÓ xem xÐt bé t¸ch b­íc sãng nh­ bé ghÐp b­íc sãng chØ b»ng c¸ch ®æi chiÒu tÝn hiÖu ¸nh s¸ng. Nh­ vËy hiÓu

SVTH §µm H¶i Qu©n

3

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

®¬n gi¶n, tõ “bé ghÐp - multiplexer” trong tr­êng hîp nµy th­êng ®­îc sö dông ë d¹ng chung ®Ó xÐt cho c¶ bé ghÐp vµ bé t¸ch; lo¹i trõ tr­êng hîp cÇn thiÕt ph¶i ph©n biÖt hai thiÕt bÞ hoÆc hai chøc n¨ng. Ng­êi ta chia lo¹i thiÕt bÞ OWDM lµm ba lo¹i: C¸c bé ghÐp (MUX), c¸c bé t¸ch (DEMUX) vµ c¸c bé ghÐp/t¸ch hçn hîp (MUX-DEMUX). C¸c bé MUX vµ DEMUX ®­îc sö dông trong c¸c ph­¬ng ¸n truyÒn dÉn theo mét h­íng, cßn lo¹i thø ba MUX-DEMUX ®­îc sö dông cho c¸c ph­¬ng ¸n truyÒn dÉn theo hai h­íng. H×nh 3 m« t¶ thiÕt bÞ ghÐp/t¸ch hçn hîp. C¸c tÝn hiÖu ®­îc ghÐp Ik(k) O(k )

Sîi dÉn quang

I(i) Ii(i) C¸c tÝn hiÖu ®­îc t¸ch

H×nh 3. M« t¶ thiÕt bÞ ghÐp/t¸ch hçn hîp (MUX-DEMUX). II. C¸c tham sè c¬ b¶n: C¸c tham sè c¬ b¶n ®Ó m« t¶ ®Æc tÝnh cña c¸c bé ghÐp/t¸ch hçn hîp lµ suy hao xen, suy hao xuyªn kªnh vµ ®é réng kªnh. §Ó ®¬n gi¶n, ta h·y ph©n biÖt ra thµnh thiÕt bÞ mét h­íng (gåm c¸c bé ghÐp kªnh vµ t¸ch kªnh ®éc lËp) vµ thiÕt bÞ hai h­íng (bé ghÐp/t¸ch hçn hîp). C¸c ký hiÖu I(i) vµ O(k) t­¬ng øng lµ c¸c tÝn hiÖu ®­îc ghÐp ®ang cã mÆt ë ®­êng chung. Ký hiÖu Ik(k) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo ®­îc ghÐp vµo cöa thø k, tÝn hiÖu nµy ®­îc ph¸t tõ nguån ph¸t quang thø k. Ký hiÖu Oi(i) lµ tÝn hiÖu cã b­íc sãng i ®· ®­îc t¸ch vµ ®i ra cöa thø i. Nh×n chung, c¸c tÝn hiÖu quang kh«ng ph¸t mét l­îng c«ng suÊt ®¸ng kÓ nµo ë ngoµi ®é réng phæ kªnh ®· ®Þnh tr­íc cña chóng, cho nªn vÊn ®Ò xuyªn kªnh lµ kh«ng ®¸ng l­u t©m ë ®Çu ph¸t. B©y giê ta xem xÐt c¸c th«ng sè: II.1 Suy hao xen: §­îc x¸c ®Þnh lµ l­îng c«ng suÊt tæn hao sinh ra trong tuyÕn truyÒn dÉn quang do tuyÕn cã thªm c¸c thiÕt bÞ truyÒn dÉn quang WDM. Suy hao nµy bao gåm suy hao do c¸c ®iÓm ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ WDM víi sîi vµ suy hao do b¶n th©n thiÕt bÞ ghÐp g©y ra. Suy hao xen ®­îc diÔn gi¶i t­¬ng tù nh­ suy hao ®èi SVTH §µm H¶i Qu©n

4

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

víi c¸c bé ghÐp coupler chung, nh­ng cÇn l­u ý lµ ë WDM lµ xÐt cho mét b­íc sãng ®Æc tr­ng: Li(MUX) = -10log

Oi  I i i 

Li(DEMUX) = -10log

(1.1)

Oi i  I i 

(1.2)

Víi Li lµ suy hao t¹i b­íc sãng i khi thiÕt bÞ ®­îc ghÐp xen vµo tuyÕn truyÒn dÉn. C¸c tham sè nµy lu«n ph¶i ®­îc c¸c nhµ chÕ t¹o cho biÕt ®èi víi tõng kªnh quang cña thiÕt bÞ. Ij(j)

Oi(i) + Ui(k )

Sîi quang

I(1) ....... I(k) j

DEMUX I(1) ....... I(k)

k Oi(i) + Ui(k) + Ui(j)

a)

O(j)

Sîi quang

b)

H×nh 4. Xuyªn kªnh ë bé t¸ch kªnh (a) vµ ë bé ghÐp - t¸ch hçn hîp (b) II.2 Suy hao xuyªn kªnh: M« t¶ mét l­îng tÝn hiÖu tõ kªnh nµy ®­îc ghÐp sang kªnh kh¸c. C¸c møc xuyªn kªnh cho phÐp n»m ë d¶i rÊt réng tuú thuéc vµo tr­êng hîp ¸p dông. Nh­ng nh×n chung, ph¶i ®¶m b¶o møc xuyªn kªnh nhá h¬n (-30dB) trong mäi tr­êng hîp. Trong mét bé t¸ch kªnh lý t­ëng, sÏ kh«ng cã sù dß c«ng suÊt tÝn hiÖu tõ kªnh thø i cã b­íc sãng i sang c¸c kªnh kh¸c cã b­íc sãng kh¸c víi i. Nh­ng trong thùc tÕ, lu«n lu«n tån t¹i mét møc xuyªn kªnh nµo ®ã, vµ lµm gi¶m chÊt l­îng truyÒn dÉn cña thiÕt bÞ. Kh¶ n¨ng ®Ó t¸ch c¸c kªnh kh¸c nhau ®­îc diÔn gi¶i b»ng suy hao xuyªn kªnh vµ ®­îc tÝnh b»ng dB nh­ sau: Di(k) = -10log [Ui(k)/I(k)]

SVTH §µm H¶i Qu©n

(1.3)

5

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Theo s¬ ®å ®¬n gi¶n m« t¶ bé t¸ch kªnh ë h×nh 4 a) th× Ui(k) lµ l­îng tÝn hiÖu kh«ng mong muèn ë b­íc sãng k do cã sù dß tÝn hiÖu ë cöa ra thø i, mµ ®óng ra chØ cã tÝn hiÖu ë b­íc sãng i. Trong thiÕt bÞ ghÐp/t¸ch hçn hîp nh­ ë h×nh 4 b), viÖc x¸c ®Þnh suy hao xuyªn kªnh còng ®­îc x¸c ®Þnh nh­ ë bé t¸ch. ë tr­êng hîp nµy, ph¶i xem xÐt c¶ hai lo¹i xuyªn kªnh. “Xuyªn kªnh ®Çu xa” lµ do c¸c kªnh kh¸c ®­îc ghÐp ®i vµo ®­êng truyÒn g©y ra, vÝ dô nh­ I(k) sinh ra Ui(k). “Xuyªn kªnh ®Çu gÇn” lµ do c¸c kªnh kh¸c ë ®Çu vµo sinh ra, nã ®­îc ghÐp ë bªn trong thiÕt bÞ, nh­ Ui(j). Khi cho ra c¸c s¶n phÈm, c¸c nhµ chÕ t¹o còng ph¶i cho biÕt suy hao kªnh ®èi víi tõng kªnh cña thiÕt bÞ. II.3 §é réng kªnh: §é réng kªnh lµ d¶i b­íc sãng mµ nã ®Þnh ra cho tõng nguån ph¸t quang riªng. NÕu nguån ph¸t quang lµ c¸c diode Laser th× ®é réng kªnh ®­îc yªu cÇu vµo kho¶ng vµi chôc nanomet ®Ó ®¶m b¶o kh«ng bÞ nhiÔu gi÷a c¸c kªnh do sù bÊt æn ®Þnh cña c¸c nguån ph¸t g©y ra (vÝ dô khi nhiÖt ®é lµm viÖc thay ®æi sÏ lµm tr«i b­íc sãng ®Ønh ho¹t ®éng). §èi víi nguån ph¸t quang lµ diode ph¸t quang LED, yªu cÇu ®é réng kªnh ph¶i lín h¬n 10 ®Õn 20 lÇn bëi v× ®é réng phæ cña lo¹i nguån ph¸t nµy réng h¬n. III. C¸c thiÕt bÞ quang thô ®éng trong WDM: Trong phÇn tr­íc, chóng ta ®· cã tÇm nh×n bao qu¸t vÒ mét tuyÕn truyÒn dÉn quang vµ c«ng nghÖ ghÐp kªnh quang theo b­íc sãng WDM. C¸c thiÕt bÞ OWDM rÊt ®a d¹ng, cã thÓ thùc hiÖn qua c¸c phÇn tö tÝch cùc hay thu ®éng, nguån quang phæ hÑp, c¸c thiÕt bÞ vi quang, c¸c thiÕt bÞ ph©n cùc quang, quay pha, c¸ch tö quang, ghÐp sîi .... Nh­ng tùu trung l¹i, chóng lµm viÖc chñ yÕu theo hai nguyªn t¾c chÝnh: nguyªn t¾c t¸n s¾c gãc vµ nguyªn t¾c läc quang. Ngµy nay, cïng víi nh÷ng tiÕn bé kh«ng ngõng trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c cña ngµnh c«ng nghiÖp truyÒn th«ng, ®Æc biÖt lµ víi c«ng nghÖ míi ®Çy hÊp dÉn nµy, c¸c thiÕt bÞ WDM kh«ng ngõng ®­îc ®æi míi vµ c¶i tiÕn cho phï hîp nh»m v­¬n tíi nh÷ng ng­ìng dung l­îng truyÒn dÉn khæng lå víi chi phÝ ®Çu t­ thÊp.

SVTH §µm H¶i Qu©n

6

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Ch­¬ng nµy nh»m ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò kü thuËt tõ c¬ b¶n ®Õn phøc t¹p ®· vµ ®ang ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ WDM. C¸c phÇn tö sö dông trong hÖ thèng OWDM rÊt ®a d¹ng, nh­ng cã thÓ ph©n lo¹i ra nh­ h×nh 5: ThiÕt bÞ WDM Thô ®éng

ThiÕt bÞ vi quang

T¸n s¾c gãc T¸n s¾c vËt liÖu

TÝch cùc

GhÐp sîi ThiÕt bÞ quang tæ hîp

C¸c thiÕt bÞ kh¸c

Phi tuyÕn

Giao thoa

C¸c nguån ph¸t quang vµ c¸c bé t¸ch sãng quang nhiÒu b­íc sãng

ThiÕt bÞ cã bé läc Ph©n cùc

C¸ch tö

H×nh 5. Ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ WDM.

§Ó ®¬n gi¶n khi xem xÐt c¸c thiÕt bÞ WDM, chóng ta chñ yÕu lÊy bé t¸ch kªnh theo b­íc sãng ®Ó ph©n tÝch, bëi v× nÕu xÐt ë mét møc ®é nµo ®ã th× nguyªn lý c¸c thiÕt bÞ WDM cã tÝnh thuËn nghÞch vÒ cÊu tróc, do ®ã ho¹t ®éng cña c¸c bé ghÐp kªnh còng ®­îc gi¶i thÝch t­¬ng tù b»ng c¸ch ®¬n gi¶n lµ thay ®æi h­íng tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra. C¸c bé t¸ch (hay c¸c bé ghÐp) ®­îc chia ra lµm hai lo¹i chÝnh theo c«ng nghÖ chÕ t¹o lµ:  ThiÕt bÞ WDM vi quang  ThiÕt bÞ WDM ghÐp sîi. ë lo¹i thø nhÊt, viÖc t¸ch/ghÐp kªnh dùa trªn c¬ së c¸c thµnh phÇn vi quang. C¸c thiÕt bÞ nµy ®­îc thiÕt kÕ chñ yÕu sö dông cho c¸c tuyÕn th«ng tin quang dïng sîi ®a mode, chóng cã nh÷ng h¹n chÕ ®èi víi sîi dÉn quang ®¬n mode. Lo¹i thø hai dùa vµo viÖc ghÐp gi÷a c¸c tr­êng lan truyÒn trong c¸c lâi sîi kÒ nhau. Kü thuËt nµy phï hîp víi c¸c tuyÕn sö dông sîi ®¬n mode.

SVTH §µm H¶i Qu©n

7

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

III.1. C¸c thiÕt bÞ WDM vi quang: C¸c thiÕt bÞ WDM vi quang ®­îc chÕ t¹o dùa trªn hai ph­¬ng ph¸p c«ng nghÖ kh¸c nhau lµ: c¸c thiÕt bÞ cã bé läc vµ c¸c thiÕt bÞ ph©n t¸n gãc. ThiÕt bÞ läc chØ ho¹t ®éng më cho mét b­íc sãng (hoÆc mét nhãm c¸c b­íc sãng) t¹i mét thêi ®iÓm, nh»m ®Ó t¸ch ra mét b­íc sãng trong nhiÒu b­íc sãng. §Ó thùc hiÖn thiÕt bÞ hoµn chØnh, ng­êi ta ph¶i t¹o ra cÊu tróc läc theo tÇng. Cßn thiÕt bÞ ph©n t¸n gãc l¹i ®ång thêi ®­a ra tÊt c¶ c¸c b­íc sãng. III.1.1 C¸c bé läc trong thiÕt bÞ WDM: Trong thiÕt bÞ ghÐp-t¸ch b­íc sãng vi quang th­êng sö dông bé läc b­íc sãng b»ng mµng máng. ThÝ dô bé t¸ch b­íc sãng dïng bé läc mµng máng thÓ hiÖn nh­ h×nh 6. 1, 2 , ...., n 1

Bé läc

2, ...., n

H×nh 6. Bé t¸ch b­íc sãng dïng bé läc mµng máng. Bé läc cã cÊu tróc ®a líp gåm c¸c líp ®iÖn m«i rÊt máng, cã chiÕt suÊt cao vµ thÊp ®Æt xen kÏ nhau. Bé läc lµm viÖc dùa trªn nguyªn lý buång céng h­ëng Fabry-Perot, gåm hai g­¬ng ph¶n x¹ mét phÇn ®Æt song song c¸ch nhau chØ bëi mét líp ®iÖn m«i trong suèt. ChiÕt suÊt thÊp

ChiÕt suÊt cao

Líp ph©n c¸ch trong suèt

H×nh 7. CÊu tróc cña bé läc ®iÖn m«i. BÒ dµy c¸c líp b»ng 1/4 b­íc sãng truyÒn ®èi víi bé läc bËc 0 vµ b»ng 3/40 ®èi víi bé läc bËc 1 vµ ®­îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu cã hÖ sè chiÕt suÊt thÊp nh­ SVTH §µm H¶i Qu©n

8

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

MgF2 cã n = 1,35 hoÆc SiO2 cã n = 1,46 vµ vËt liÖu cã chØ sè chiÕt suÊt cao nh­ TiO2 cã n = 2,2. Khi chïm tia s¸ng ®i vµo thiÕt bÞ, th× hiÖn t­îng giao thoa ¸nh s¸ng x¶y ra do ph¶n x¹ nhiÒu lÇn trong khoang céng h­ëng. NÕu bÒ dµy cña líp ®Öm lµ sè nguyªn lÇn cña nöa b­íc sãng ¸nh s¸ng tíi th× giao thoa xÕp chång x¶y ra vµ c«ng suÊt quang cña b­íc sãng ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i vµ b­íc sãng ®ã sÏ ®­îc truyÒn dÉn th«ng suèt nhÊt. C¸c chïm ¸nh s¸ng ë nh÷ng b­íc sãng kh¸c trong buång céng h­ëng hÇu nh­ bÞ ph¶n x¹ hoµn toµn. §­êng cong ph©n bè c«ng suÊt ë ®Çu ra cña bé läc cã d¹ng nh­ h×nh 8: POUT

0



H×nh 8. Ph©n bè c«ng suÊt ë ®Çu ra cña bé läc. Bé läc th«ng thÊp hoÆc th«ng cao cã b­íc sãng c¾t c (h×nh 9a lµ th«ng cao vµ h×nh 9b lµ th«ng thÊp). Bé läc th«ng gi¶i cã b­íc sãng trung t©m 0 vµ ®é réng gi¶i  (h×nh 9c). T lµ hµm truyÒn ®¹t cña bé läc.

T(%)

T(%) Th«ng cao (<c )

T(%) Th«ng thÊp (>c)

B¨ng th«ng 0-/2 << 0 +/2



c

 (nm)

a) SWPF

c

 (nm)

a) LWPF

0

 (nm)

a) BPF

H×nh 9. C¸c ®Æc tÝnh phæ truyÒn dÉn cña c¸c lo¹i bé läc giao thoa c¾t (a)(b) vµ b¨ng th«ng (c). C¸c bé läc th«ng thÊp hoÆc th«ng cao th­êng ®­îc sö dông ®Ó t¸ch 2 b­íc sãng cã kho¶ng c¸ch xa nhau, ch¼ng h¹n 850 nm vµ 1300 nm hoÆc 1300 nm vµ 1550 nm. Lo¹i bé läc nh­ vËy, thÝch hîp cho hÖ thèng WDM sö dông nguån SVTH §µm H¶i Qu©n

9

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

quang cã d¶i phæ réng (LED). Bé läc th«ng gi¶i ®­îc sö dông trong WDM khi nguån quang cã phæ hÑp (LASER). §èi víi bé läc th«ng gi¶i cã mét vµi yªu cÇu: ®ã lµ ®é dèc s­ên ®­êng cong hµm truyÒn ®¹t ph¶i ®ñ lín ®Ó tr¸nh xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh kÒ nhau, mÆt kh¸c ®é réng gi¶i  cã dung sai cho phÐp ®Ó ®Ò phßng dÞch b­íc sãng trung t©m cña nguån quang khi nhiÖt ®é thay ®æi. D­íi ®©y ta xem xÐt mét sè thiÕt bÞ t¸ch b­íc sãng dïng bé läc mµng máng: a) Bé t¸ch 2 b­íc sãng: CÊu tróc c¬ b¶n cña bé t¸ch hai kªnh nh­ ë h×nh 10a, trong khi ®ã viÖc thùc hiÖn thùc tÕ cÊu tróc nµy chØ ®¬n gi¶n nh­ ë h×nh 10b. C¸c phÇn tö chuÈn trùc vµ héi tô lµ c¸c l¨ng kÝnh GRIN 1/4 chu kú P. Bé läc ®­îc thiÕt kÕ ®Ó ph¸t ®i 1 vµ ph¶n x¹ 2 sÏ ®­îc ®Æt gi÷a hai l¨ng kÝnh. ThÊu kÝnh

KÝnh läc

1, 2

1

Sîi quang

2

a) 1, 2

L¨ng kÝnh Grin (1/4 P)

1

2

Bé läc

b)

H×nh 10. CÊu tróc bé t¸ch hai kªnh sö dông bé läc giao thoa a) CÊu h×nh c¬ b¶n vµ b) CÊu h×nh khi thùc hiÖn trong thùc tÕ.

SVTH §µm H¶i Qu©n

10

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

C¸c thiÕt bÞ t¸ch b­íc sãng nµy cã s½n trªn thÞ tr­êng th­¬ng m¹i vµ ®­îc sö dông réng r·i ë c¸c hÖ thèng th«ng tin quang sö dông c¸c nguån ph¸t LED ë b­íc sãng 850 nm vµ 1300 nm, hoÆc sö dông c¸c nguån ph¸t phæ hÑp cña c¸c tæ hîp b­íc sãng nh­: 800 nm vµ 830 nm; 800 nm vµ 890 nm; 1200 nm vµ 1300 nm; hoÆc 1300nm vµ 1550 nm vv..., víi suy hao xen nhá h¬n 3dB (cho mçi cÆp) vµ suy hao xuyªn kªnh cao h¬n 25dB. b) Bé t¸ch lín h¬n 2 b­íc sãng: ThiÕt bÞ nµy sö dông c¸c bé läc nèi tiÕp nhau, vµ mçi bé läc cho ®i qua mét b­íc sãng vµ ph¶n x¹ c¸c b­íc sãng cßn l¹i (xem h×nh 11): 1, 2,......, n Bé läc (1) 1 2 3 4

H×nh 11. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét bé t¸ch nhiÒu b­íc sãng. Trong thùc tÕ, thiÕt bÞ t¸ch nhiÒu b­íc sãng ngoµi c¸c bé läc cßn cã thÊu kÝnh, c¸c sîi quang vv... H×nh 12 lµ bé t¸ch 5 b­íc sãng dïng thÊu kÝnh GRIN vµ khèi thuû tinh trong suèt.

SVTH §µm H¶i Qu©n

11

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT 2

1,......, 5

4 Sîi quang L¨ng kÝnh GRIN

Khèi thuû tinh trong suèt Bé läc

1

3

5

H×nh 12. Mét bé t¸ch vi quang 5 kªnh thùc tÕ. §«i khi cã thÓ thùc hiÖn t¹o ra bé t¸ch kªnh mµ kh«ng cÇn sö dông ®Õn c¸c phÇn tö chuÈn trùc. VÝ dô nh­ ë h×nh 13, thiÕt bÞ kh«ng cã l¨ng kÝnh, mµ c¸c bé läc giao thoa ë ®©y ®­îc ®Æt trªn tõng ®o¹n mét c¸ch thÝch hîp vµ ®Çu sîi ®­îc mµi nh½n.

1

2

3

Sîi quang 1,......, 4

4 Bé läc

H×nh 13. CÊu tróc c¬ b¶n cña bé t¸ch nhiÒu kªnh sö dông bé läc giao thoa g¾n trùc tiÕp vµo sîi. c) ThiÕt bÞ kÕt hîp ghÐp vµ t¸ch b­íc sãng (MUX-DEMUX): H×nh 14 thÓ hiÖn thiÕt bÞ MUX-DEMUX 4 b­íc sãng. C¸c b­íc sãng 0,81 m vµ 0,89 m tõ hai nguån quang kh¸c nhau ®­îc ghÐp thµnh mét tia chung ®Ó truyÒn qua sîi quang. C¸c b­íc sãng 1,2 m vµ 1,3 m tõ sîi quang ®Õn ®­îc t¸ch SVTH §µm H¶i Qu©n

12

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

thµnh hai tia øng víi mçi b­íc sãng ®Ó ®­a ®Õn diode t¸ch quang. ThÊu kÝnh GRIN t¹i cæng vµo dïng lo¹i 1/4P ph©n k×, t¹i cæng ra dïng lo¹i 1/4P héi tô. BPF Conne

BPF

ThÊu kÝnh LWPF 0,81 m vµ

1,2 m vµ SWPF BPF 1,2 1,2 1,3

BPF 1,3

Khèi thuû

H×nh 14. ThiÕt bÞ MUX-DEMUX 4 Trong ®ã: BPF

- Bé läc th«ng gi¶i

LWPF - Bé läc th«ng thÊp SWPF - Bé läc th«ng cao. §é réng cña kªnh lµ 25 nm vµ 32 nm trong cöa sæ thø nhÊt; 47 nm vµ 50 nm trong cöa sæ thø hai cña sîi quang. Suy hao xen lµ 1,4 dB cho b­íc sãng 0,89 m; 2,6 dB cho b­íc sãng 1,2 m; 2,2 dB cho b­íc sãng 1,3 m khi dïng Laser diode vµ 5,2 dB cho b­íc sãng 0,81 m khi dïng LED. Suy hao xuyªn ©m b»ng -18 dB cho b­íc sãng ng¾n dïng LED, cßn nÕu dïng Laser diode th× suy hao xuyªn ©m b»ng -3,9 dB. Mét thÝ dô kh¸c cña bé MUX-DEMUX dïng g­¬ng cÇu lâm nh­ h×nh 15.

SVTH §µm H¶i Qu©n

13

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

0,825 m 0,825 m 0,870 m; 1,3 m

Sîi chung

0,870 m 1,3 m C

B

A

D

H×nh 15. ThiÕt bÞ MUX-DEMUX 3 b­íc sãng C¸c ®Çu sîi quang ®Æt trªn mÆt ph¼ng tiªu D. G­¬ng cÇu lâm A ph¶n x¹ b­íc sãng 0,825 m tíi ®Çu ra. G­¬ng cÇu lâm B ph¶n x¹ b­íc sãng 0,870 m tõ sîi chung vµo vµ tíi sîi ra. G­¬ng cÇu lâm C ph¶n x¹ b­íc sãng 1,3 m tõ sîi chung vµo vµ tíi sîi ra kh¸c. Suy hao xen vµ suy hao xuyªn ©m nh­ b¶ng d­íi ®©y:

Suy hao xen (dB)

0,825 m

0,870 m

1,3 m

0,4

0,75

1,3

Suy hao xuyªn ©m ®Çu gÇn

- 0,6

- 40

(dB) Suy hao xuyªn ©m ®Çu xa

- 78

- 120

(dB) III.1.2 ThiÕt bÞ WDM lµm viÖc theo nguyªn lý t¸n s¾c gãc ThiÕt bÞ WDM sö dông bé läc mµng máng kh«ng thÝch hîp cho hÖ thèng cã qu¸ nhiÒu b­íc sãng hoÆc khi b­íc sãng nµy qu¸ gÇn nhau. Trong tr­êng hîp nµy ph¶i sö dông phÇn tö t¸n s¾c gãc. ¦u ®iÓm cña phÇn tö t¸n s¾c gãc lµ t¸n x¹ ®ång thêi tÊt c¶ c¸c b­íc sãng. III.1.2.1 Dïng l¨ng kÝnh lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc: Trong giai ®o¹n ®Çu cña kü thuËt WDM ng­êi ta th­êng dïng l¨ng kÝnh lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc (h×nh 16). Do hiÖn t­îng chiÕt suÊt phô thuéc vµo b­íc sãng ¸nh s¸ng tøc lµ n = n() nªn chïm tia s¸ng cã c¸c b­íc sãng kh¸c nhau ë ®Çu vµo sÏ bÞ l¨ng kÝnh ph©n thµnh c¸c tia s¸ng ®¬n s¾c kh¸c nhau theo c¸c SVTH §µm H¶i Qu©n

14

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

h­íng kh¸c nhau ë ®Çu ra theo ®Þnh luËt Sneel (sù phô thuéc cña chiÕt suÊt vËt liÖu lµm l¨ng kÝnh theo b­íc sãng). di dn sin A   d  cos r / cos i

(2.1)

Víi: i

lµ gãc tíi

i’

lµ gãc lã

A

lµ gãc ®Ønh cña l¨ng kÝnh

n

lµ chiÕt suÊt vËt liÖu lµm l¨ng kÝnh.

A i

i’ r

H×nh 16. T¸n s¾c dïng l¨ng kÝnh Nh­îc ®iÓm: t¸n s¾c dïng l¨ng kÝnh cã møc ®é t¸n s¾c thÊp, nªn khã t¸ch ®­îc c¸c b­íc sãng gÇn nhau. V× vËy ng­êi ta chØ cã thÓ dïng l¨ng kÝnh trong tr­êng hîp t¸ch c¸c b­íc sãng ë hai cöa sæ truyÒn dÉn kh¸c nhau (vÝ dô b­íc sãng 1 ë cöa sæ 1300 nm; b­íc sãng 2 ë cöa sæ 1550 nm). Do nh­îc ®iÓm kh«ng t¸ch ®­îc c¸c tia s¸ng cã b­íc sãng gÇn nhau nªn l¨ng kÝnh ngµy nay kh«ng ®­îc sö dông trong c«ng nghÖ WDM n÷a, thay vµo ®ã ng­êi ta sö dông c¸ch tö nhiÔu x¹ lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc. III.1.2.2 Dïng c¸ch tö lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc: a) Më ®Çu C¸ch tö ®­îc cÊu t¹o gåm nhiÒu r·nh (nh­ r¨ng c­a), ®­îc kh¾c b»ng dông cô kim c­¬ng, trªn bÒ mÆt cña c¸c r·nh nµy ®­îc phñ mét líp ph¶n x¹, sè l­îng r·nh trªn c¸ch tö cã thÓ lªn tíi vµi ngh×n r·nh trªn 1 mm. C¸ch tö cã kh¶ n¨ng truyÒn hoÆc t¸n x¹ ¸nh s¸ng theo nh÷ng h­íng nhÊt ®Þnh tuú thuéc vµo b­íc SVTH §µm H¶i Qu©n

15

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

sãng cña ¸nh s¸ng ®ã. Gãc t¸n x¹ phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch r·nh (gäi lµ b­íc c¸ch tö) vµ gãc tíi.

C¸ch tö

n 1, 2,....., n 1

2

H×nh 17. Sö dông c¸ch tö ®Ó t¸ch b­íc sãng. Còng gièng nh­ l¨ng kÝnh, ¸nh s¸ng kh«ng ®¬n s¾c ë ®Çu vµo, sau khi qua c¸ch tö sÏ ®­îc t¸ch thµnh c¸c tia s¸ng ®¬n s¾c ë ®Çu ra theo c¸c gãc kh¸c nhau. Kh¸c víi l¨ng kÝnh, c¸ch tö nhiÔu x¹ cho c¸c gãc t¸n x¹ lín h¬n. Khi t¸ch kªnh (t¸ch b­íc sãng) b»ng c¸ch tö, nguån s¸ng tíi gåm nhiÒu b­íc sãng tõ sîi quang sÏ ®­îc t¸ch ra thµnh c¸c tia ®¬n s¾c t­¬ng øng víi c¸c b­íc sãng ®­îc truyÒn trªn sîi theo c¸c gãc kh¸c nhau. Ng­îc l¹i khi ghÐp kªnh, mét sè kªnh b­íc sãng 1, 2,....., n ®Õn tõ c¸c h­íng kh¸c nhau cã thÓ ®­îc kÕt hîp thµnh mét h­íng vµ ®­îc ®­a tíi truyÒn dÉn trªn cïng mét sîi quang. b) C¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng: XÐt ho¹t ®éng cña mét c¸ch tö ph¼ng cã r·nh r¨ng c­a nh­ h×nh 18:

M

i’

N

i

 ’ 

H×nh 18. C¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng. Trong ®ã: N - ®­êng vu«ng gãc víi mÆt ®¸y cña c¸ch tö SVTH §µm H¶i Qu©n

16

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

M - ®­êng vu«ng gãc víi c¹nh cña r·nh  - gãc tíi cña tia s¸ng víi N ’ - gãc nhiÔu x¹ víi N i - gãc tíi cña tia s¸ng víi M i’ - gãc nhiÔu x¹ víi M d - chu k× c¸ch tö  - gãc nghiªng cña r·nh. Tõ h×nh 18 vµ theo kÕt qu¶ chøng minh th× khi chiÕu hai tia s¸ng vµo r·nh c¸ch tö sÏ t¹o ra c¸c tia nhiÔu x¹ cïng pha nÕu hiÖu sè ®­êng ®i hai tia s¸ng tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: 0 = d(sin + sin’) = k

(2.2)

Víi: k - sè nguyªn  - b­íc sãng d - chu k× c¸ch tö k = 0 øng víi truyÒn trùc tiÕp k =  1 øng víi bËc 1 nhiÔu x¹. NÕu hÖ sè khóc x¹ cña m«i tr­êng bªn ngoµi c¸ch tö lµ n th× (2.1) cã d¹ng: nd(sin + sin’) = k

(2.3)

Còng tõ h×nh 18 ta cã: i=- i’ = ’ -  Theo quy t¾c ph¶n x¹ th× gãc tíi b»ng gãc ph¶n x¹, nghÜa lµ i = i’, rót ra:  = ( + ’)/2

(2.4)

C«ng thøc (2.1) cã thÓ viÕt d­íi d¹ng: 2d sin

 ' 2

cos

SVTH §µm H¶i Qu©n

  ' 2

 k

(2.5)

17

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

2d sin  cos

  ' 2

Hay

 k

(2.5’)

§èi víi c¸ch tö ph¶n x¹ th×  ®­îc tÝnh theo ®iÒu kiÖn cña Liittrow (khi =’). Theo ®iÒu kiÖn nµy t×m ®­îc  øng víi t¸n x¹ bËc 1 lµ: 1 = 2dsin

(2.6)

Khi   ’ 1 = 2dsincos

  '

(2.7)

2

Theo ®iÒu kiÖn Littrow vµ øng víi bËc 2 cña t¸n x¹ cã: 2 = 2dsin

(2.8)

2d sin n

(2.9)

n =

Biªn ®é tr­êng nhiÔu x¹ mÆt bªn cña r·nh c¸ch tö ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: A = A

n

 

sin d /  sin i  sin i ' sin d /  sin i  sin i '

 

(2.10)

Khi  = n th× c­êng ®é nhiÔu x¹ cùc ®¹i vµ b»ng:

 

I n  An

2

(2.11)

Ph©n bè phæ cña nhiÔu x¹ ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: I   sin k  n n /      I n  k  n n /  

2

(2.12)

Tõ biÓu thøc trªn, x©y dùng ®­êng cong ph©n bè phæ cña n¨ng l­îng nhiÔu x¹ bËc mét nh­ h×nh 19 a). Trong tr­êng hîp d nhá h¬n b­íc sãng th× ph©n bè phæ cña n¨ng l­îng nhiÔu x¹ phô thuéc vµo  vµ cã d¹ng nh­ h×nh 19 b).

SVTH §µm H¶i Qu©n

18

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

I/I1

I/I1

1 0,8 0,6 0,4 0,2

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2

1

1,8

1/

 = 200

0,2

a) Khi d > 

1

1,5

2

1/

b) Khi d<

H×nh 19. Ph©n bè phæ n¨ng l­îng nhiÔu x¹ bËc mét. c) øng dông cña c¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng Nãi chung, c¸c bé ghÐp kªnh hoÆc t¸ch kªnh sö dông c¸ch tö bao gåm 3 phÇn chÝnh: c¸c phÇn tö vµo vµ ra (lµ m¶ng sîi hoÆc mét sîi truyÒn dÉn víi c¸c thµnh phÇn thu - ph¸t); phÇn tö héi tô quang; phÇn tö t¸n s¾c gãc grating. H×nh 20 lµ cÊu h×nh ®¬n gi¶n cña mét bé ghÐp kªnh cña Finke. Trong ®ã, m¶ng ®Çu sîi quang ®­îc ®Æt t¹i tiªu cù cña mét thÊu kÝnh trßn, phÇn tö t¸n s¾c gãc grating ®­îc ®Æt t¹i tiªu cù bªn kia cña thÊu kÝnh ®ã. Bé t¸ch kªnh thùc tÕ lo¹i nµy ®· thùc hiÖn t¸ch tõ 4 ®Õn 6 kªnh víi suy hao kho¶ng 1,2 ®Õn 1,7 dB (triÓn väng cã thÓ t¸ch ®­îc 10 kªnh).

ThÊu kÝnh trßn

C¸ch tö

1 2 3 4

®Çu m¶ng sîi

1, 2 , 3, 4

H×nh 20. S¬ ®å bé ghÐp kªnh Grating cña Finke.

SVTH §µm H¶i Qu©n

19

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Trªn h×nh 21 a) vµ 2.18 b) lµ bé t¸ch Littrow víi a) lµ cÊu tróc c¬ b¶n cßn b) lµ cÊu tróc thùc tÕ sö dông l¨ng kÝnh GRIN-rod cña bé t¸ch 2 kªnh. L¨ng kÝnh chuÈn trùc

C¸ch tö

1 1,2 2

a) L¨ng kÝnh Grin

1

C¸ch tö

1,2 2 b)

H×nh 21. Bé t¸ch Littrow: a) CÊu tróc c¬ b¶n, b) CÊu tróc thùc tÕ sö dông l¨ng kÝnh GRIN-rod cña bé t¸ch 2 kªnh. Trªn h×nh 22, ®Çu m¶ng c¸c sîi quang ®­îc ®Æt tr­íc mét khe ®· ®­îc quang kh¾c trªn mÆt c¸ch tö ph¶n x¹ ph¼ng ®Æt vu«ng gãc víi c¸c r·nh c¸ch tö. G­¬ng cÇu lâm cã t¸ch dông lµm thay ®æi h­íng cña bÊt k× mét tia ®a b­íc sãng ph©n kú nµo thµnh mét tia song song quay trë l¹i c¸ch tö, tia nµy khi ®Õn c¸ch tö, sÏ bÞ t¸n s¾c vµ ph¶n x¹ trë l¹i g­¬ng, ph¶n x¹ mét lÇn n÷a, t¹o ¶nh trªn vïng m¶ng sîi quang tuú thuéc vµo gi¸ trÞ tõng b­íc sãng. CÊu tróc nµy cã hÖ sè héi tô vµ truyÒn ®¹t b»ng 1; v× vËy, hiÖu suÊt ghÐp kh¸ cao, ®Æc biÖt nÕu sö dông g­¬ng parabol th× quang sai rÊt nhá, gÇn b»ng 0. Sè l­îng c¸c kªnh cã thÓ ghÐp trong thiÕt bÞ phô thuéc nhiÒu vµo phæ cña nguån quang: tõ n¨m 1993, ®· cã thÓ ghÐp ®­îc 6 kªnh (®èi víi nguèn LED), 22 kªnh (®èi víi nguån Laser); nÕu sö dông kü thuËt c¾t phæ cña nguån ph¸t LED ®Ó n©ng cao sè kªnh ghÐp th× cã thÓ ghÐp tíi 49 kªnh. §èi víi nguån ®¬n s¾c, suy hao xen cña thiÕt bÞ ghÐp rÊt nhá (< 2 dB), vµ cã thÓ ®¹t ®Õn 0,5 dB cho thiÕt bÞ ®¬n mode vïng b­íc sãng 1540 nm ®Õn 1560 nm.

SVTH §µm H¶i Qu©n

20

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

1, 2 ,..., n G­¬ng lßng ch¶o

1 n C¸ch tö

H×nh 22. Bé t¸ch sö dông c¸ch tö nhiÔu x¹ Planar vµ g­¬ng lßng ch¶o. d) C¸ch tö h×nh lßng ch¶o N

C

A

B

H×nh 23. C¸ch tö h×nh lßng ch¶o. C¸ch tö h×nh lßng ch¶o ®­îc sö dông ®Ó ph¶n x¹ ¸nh s¸ng, v× vËy gãc nghiªng cña r·nh c¸ch tö ®­îc tÝnh to¸n gièng nh­ c¸ch tö ph¶n x¹ ph¼ng. Theo thuyÕt v« h­íng th× gãc nghiªng cña r·nh ph¶i thay ®æi liªn tôc ®Ó duy tr× ®­êng ph©n gi¸c cña gãc hîp bëi tia tíi vµ tia ph¶n x¹ ABC lu«n vu«ng gãc víi bÒ mÆt cña r¨ng c­a. Mét øng dông cña c¸ch tö h×nh lßng ch¶o nh­ chØ ra trªn h×nh 24, thiÕt bÞ lo¹i nµy cã vÎ nh­ ®¬n gi¶n h¬n v× kh«ng sö dông phÇn tö héi tô quang (thÊu kÝnh hoÆc l¨ng kÝnh). ThiÕt bÞ lo¹i nµy ®· thùc hiÖn ghÐp 4 kªnh, suy hao 2,6 dB; nã cã nh­îc diÓm lµ quang sai kh«ng æn ®Þnh trong gi¶i phæ réng.

SVTH §µm H¶i Qu©n

21

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

C¸c sîi ®Çu ra

C¸ch tö lßng ch¶o Sîi vµo

H×nh 24. S¬ ®å cÊu tróc bé t¸ch sö dông c¸ch tö lßng ch¶o. Tãm l¹i thiÕt bÞ WDM dïng c¸ch tö nh­ phÇn tö t¸n s¾c gãc ®Ó t¸ch/ghÐp b­íc sãng th­êng sö dông theo c¸ch nh­ chØ ra trªn c¸c h×nh 20 ®Õn 24; trong h×nh 22 nÕu thay g­¬ng lßng ch¶o b»ng g­¬ng parabol th× cã thÓ hiÖu chØnh quang sai. e) C¸ch tö Bragg C¸ch tö Bragg lµ c¸ch tö ®­îc chÕ t¹o ngay bªn trong sîi quang. C¸h tö sîi Bragg th«ng th­êng tr­íc ®©y khã s¶n xuÊt ®­îc víi ®é dµi sîi qu¸ 15 cm do h¹n chÕ vÒ chiÒu dµi sîi c¸ch tö ®èi víi b¸n kÝnh chïm tia laser hoÆc do chiÒu dµi cña m¹t n¹ phase. HiÖn nay c«ng nghÖ chÕ t¹o hiÖn ®¹i ®· cho phÐp thay ®æi c¸c th«ng sè nh­ ®é dµi c¸ch tö, chiÕt suÊt cã thÓ ®­îc ®iÒu biÕn theo yªu cÇu, t¹o nªn c¸ch tö sîi d¹ng nhiÒu bËc nh­ b­íc ren; nhê ®ã mét sè lín c¸c bé läc ®­îc t¹o ra víi c¸c th«ng sè kh¸ hoµn thiÖn. øng dông cña c¸ch tö sîi Bragg trong module xen/rÏ b­íc sãng nh­ sau: ®iÒu chØnh b­íc sãng xen/rÏ dïng c¸ch tö sîi Bragg mang l¹i nhiÒu ­u ®iÓm cho thiÕt bÞ OADM. Trong ®ã, ®Æc biÖt lµ suy hao xen cña thiÕt bÞ thÊp, ®Æc tÝnh phæ cña bé läc cã d¹ng bé läc b¨ng th«ng BPF víi kh¶ n¨ng ®¹t ®­îc kho¶ng c¸ch kªnh b­íc sãng lµ 50 GHz, ®ã lµ mét tÝnh n¨ng hoµn toµn thuyÕt phôc. Cã hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn b­íc sãng xen/rÏ ®èi víi thiÕt bÞ sö dông sîi c¸ch tö

SVTH §µm H¶i Qu©n

22

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Bragg, ®ã lµ: ®iÒu khiÓn nhiÖt hoÆc thay ®æi ®é nÐn d·n cña sîi b»ng t¶i c¬, song c¸ch thø hai ®¹t ®­îc tèc ®é ®iÒu chØnh cao h¬n. øng dông c¸ch tö sîi Bragg trong bï t¸n s¾c: phæ cña xung quang chøa nhiÒu thµnh phÇn b­íc sãng kh¸c nhau, khi truyÒn xung däc sîi quang, thµnh phÇn b­íc sãng ng¾n sÏ ®i nhanh h¬n thµnh phÇn b­íc sãng dµi, ®©y chÝnh lµ hiÖu øng t¸n s¾c, lµm d·n phæ xung quang ®ã vµ cã thÓ g©y xuyªn nhiÔu lªn c¸c xung quang l©n cËn. Tr­íc ®©y ®· cã nhiÒu gi¶i ph¸p bï t¸n s¾c, nh­ sö dông sîi bï t¸n s¾c DCF, nh­ng c¸ch nµy thùc ra cßn nhiÒu nh­îc ®iÓm nh­: g©y suy hao lín, g©y ra c¸c hiÖu øng phi tuyÕn kh¸c... GÇn ®©y, c¸ch tö bï t¸n s¾c ®· ®­îc xem lµ gi¶i ph¸p cã nhiÒu høa hÑn. B­íc c¸ch tö trong c¸ch tö bï t¸n s¾c ®­îc dÞch ®i ®Ó ph¶n x¹ c¸c b­íc sãng chËm (b­íc sãng dµi) tr­íc khi c¸c thµnh phÇn b­íc sãng nhanh (b­íc sãng ng¾n) ®i ®Õn cuèi c¸ch tö vµ bÞ ph¶n x¹ trë l¹i (xem h×nh 25), module bï t¸n s¾c kiÓu nµy còng sÏ lµm co xung ®· bÞ d·n réng ra tr­íc khi ®­îc truyÒn ®i tiÕp hoÆc ®­îc xö lý. NÕu sîi c¸ch tö cµng dµi, møc bï t¸n s¾c cµng lín vµ phæ thiÕt bÞ cã thÓ lµm viÖc cµng ®­îc më réng. NÕu qu¸ tr×nh chÕ t¹o sîi kh«ng tèt, sÏ g©y hiÖn t­îng nhÊp nh« (ripple) ®èi víi trÔ nhãm tÝn hiÖu quang, do ®ã cã thÓ lµm sai kh¸c ®i viÖc bï t¸n s¾c cña thiÕt bÞ.

xung vµo Sîi truyÒn dÉn Ciculator

Sîi c¸ch tö Bragg B­íc sãng dµi

B­íc sãng dµi

B­íc sãng ng¾n

xung ra

B­íc sãng ng¾n

H×nh 25. Nguyªn lý c¸ch tö Bragg bï t¸n s¾c. Suy hao cña module bï t¸n s¾c kiÓu nµy g©y ra bëi: suy hao cè ®Þnh cña circulator vµ c¸c chç ghÐp nèi (tæng suy hao nµy nhá h¬n 2 dB), suy hao cña SVTH §µm H¶i Qu©n

23

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

c¸ch tö sîi Bragg phô thuéc vµo ®é dµi sîi, kho¶ng 0,3 dB/m (theo c«ng nghÖ chÕ t¹o c¶m øng tia cùc tÝm). Ngoµi ra, suy hao nµy còng phô thuéc d¶i b­íc sãng lµm viÖc kho¶ng 0,3 dB/nm. Thùc nghiÖm cho thÊy ­u thÕ cña module bï t¸n s¾c dïng c¸ch tö sîi Bragg so víi bï t¸n s¾c dïng sîi DCF ®­îc chØ ra nh­ trong b¶ng d­íi ®©y: B¶ng 1. So s¸nh ®é suy hao gi÷a c¸c thiÕt bÞ bï t¸n s¾c. C¸ch bï t¸n s¾c

Suy hao

Suy hao

Suy hao

cùc tiÓu

th«ng

cùc ®¹i

th­êng Sîi DCF 40 km

4,4 dB

4,8 dB

6,2 dB

Sîi DCF 40 km

6,0 dB

6,5 dB

6,7 dB

Sîi DCF 40 km

7,7 dB

8,3 dB

8,9 dB

Sîi c¸ch tö Bragg bï t¸n

2,0 dB

2,5 dB

3,0 dB

s¾c Víi nh÷ng ­u thÕ nh­ vËy, thiÕt bÞ bï t¸n s¾c b»ng c¸ch tö sîi Bragg ®· ®­îc chÕ t¹o hµng lo¹t nhê qu¸ tr×nh chÕ t¹o c¸ch tö ®iÒu khiÓn b»ng phÇn mÒm m¸y tÝnh, chóng sÏ trë thµnh c¸c module kh«ng thÓ thiÕu trong c¸c thiÕt bÞ WDM thÕ hÖ thø hai nh­ OADM, khuÕch ®¹i EDFA hai tÇng cã bï t¸n s¾c. III.2 C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi phï hîp h¬n ®èi víi c¸c sîi ®¬n mode v× cã thÓ tr¸nh ®­îc quang sai, gi¶m trÔ, gi¶m suy hao do c¸c qu¸ tr×nh xö lý chïm s¸ng qua c¸c ®o¹n ph¶n x¹, chuÈn trùc, héi tô vv... g©y ra. ThiÕt bÞ WDM ghÐp sîi ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn lý: khi lâi c¸c sîi quang ®Æt gÇn nhau th× c«ng suÊt quang tõ mét sîi sÏ chuyÓn vµo c¸c sîi kh¸c. XÐt tr­êng hîp hai lâi sîi quang ®¬n mode, cã kÝch th­íc vµ ®Æc tÝnh quang nh­ nhau n»m song song víi nhau trong cïng mét vá. Khi mét lâi cã tÝn hiÖu quang th× hÖ sè ghÐp ®èi víi lâi thø hai ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc (2.13).

SVTH §µm H¶i Qu©n

24

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang    A = 2   Wad 

1/ 2

Ngµnh §TVT

U 2 1 Wd / a  e V 3 WK12

(2.13)

Trong ®ã: A - b¸n kÝnh lâi d - kho¶ng c¸ch gi÷a 2 tÇn sè n1 - hÖ sè chiÕt suÊt cña lâi n2 - hÖ sè chiÕt suÊt cña vá K1 - hµm Bessel bËc nhÊt lo¹i hai 

- thµnh phÇn däc cña vÐc t¬ truyÒn lan mode, gäi lµ h»ng sè

truyÒn lan.  = 1 - n2/n1

- hÖ sè chiÕt suÊt t­¬ng ®èi

V = (2a/)(n12 - n22)1/2

- tÇn sè chuÈn ho¸

U = a[(2n1/)2 -  2]1/2

- h»ng sè truyÒn lan ngang trong lâi sîi

W = a[ 2 - (2n2/)2]1/2

- ®é suy biÕn tèc ®é cña tr­êng trong vá.

Tõ biÓu thøc (2.13) nhËn thÊy: hÖ sè ghÐp phô thuéc vµo c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc, c¸c ®Æc tÝnh quang (chiÕt suÊt), vµ b­íc sãng (th«ng qua V, U, W). NÕu b­íc sãng cè ®Þnh, th× khi gi¶m d sÏ t¨ng hÖ sè ghÐp. Cßn nÕu d cè ®Þnh, th× hÖ sè ghÐp t¨ng khi tÇn sè chuÈn ho¸ gi¶m ( gi¶m), v× khi ®ã sù ph©n bè tr­êng mode cã xu h­íng d·n réng tíi vïng vá. C«ng suÊt ghÐp gi÷a hai sîi cã d¹ng sin2(A0L) vµ c«ng suÊt lan truyÒn lµ cos2(A0L); trong ®ã L lµ ®é dµi ®o¹n ghÐp; A0 lµ hÖ sè ghÐp. Trong thùc tÕ ghÐp theo ®é dµi z biÕn ®æi, nªn c«ng suÊt ghÐp sÏ lµ: sin2A(z)dz vµ c«ng suÊt lan truyÒn lµ cos2A(z)dz. C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi cã thÓ cã hai d¹ng nh­ h×nh 2.23, ®ã lµ: nung nãng ch¶y c¸c sîi kÒ nhau vµ ®¸nh bãng chç tiÕp xóc gi÷a hai sîi. Trong kü thuËt ®¸nh bãng, mçi sîi ®­îc l¾p vµo mét thÊu kÝnh ®· ®ôc cong s½n, cã ®­êng kÝnh cong th­êng b»ng 25 cm, cho nªn d¹ng nµy cßn gäi lµ bé ghÐp khèi. Cßn trong kü thuËt xo¾n nãng ch¶y, hai lâi sîi ®­îc xo¾n vµo nhau vµ ®­îc nung nãng ch¶y thµnh mét lâi chung. SVTH §µm H¶i Qu©n

25

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Khi hai sîi ghÐp lµ nh­ nhau th× hiÖu suÊt ghÐp lµ tuÇn hoµn cña b­íc sãng, kho¶ng c¸ch kªnh cùc tiÓu gi÷a hai b­íc sãng ®­îc ph©n tÝch lµ:  =

 /2   A0 L  /  

(2.14)

Trong ®ã: (A0L)/  lµ ®¹o hµm cña hÖ sè ghÐp theo b­íc sãng vµ L lµ kho¶ng c¸ch hiÖu dông ®o¹n ghÐp. Khi hai sîi ghÐp kh¸c nhau th× hiÖu suÊt ghÐp kh«ng tuÇn hoµn nªn cã :  =

5

(2.15)

d d L 1 2 d d

Trong ®ã: d 1/d vµ d 2/d lµ c¸c ®¹o hµm cña  theo mode cña mçi sîi.

1

sîi quang ®¬n mode

Vïng xo¾n nãng ch¶y

Vá sîi

1 Vá sîi

2 2

1+2

1+2

H×nh 26. Hai ph­¬ng ph¸p t¹o ra c¸c bé ghÐp sîi cho thiÕt bÞ C¸c b­íc sãng t­¬ng øng víi sù ®ång nhÊt c¸c hµm sè lan truyÒn cña hai ®­êng d©y nµy lµ c¸c b­íc sãng mµ ë ®ã sù truyÒn n¨ng l­îng ®­îc ®æi chç tõ sîi nµy sang sîi kia. B¨ng th«ng cña bé ghÐp sîi nãng ch¶y cã d¹ng gÇn nh­ h×nh sin lµm h¹n chÕ viÖc lùa chän nguån ph¸t. Râ rµng r»ng c¸c LED kh«ng thÓ ®­îc sö dông v× phæ cña nã réng. Nh­ vËy chØ cã c¸c diode laser cã ®é réng phæ hÑp ®­îc sö dông nÕu tr¸nh ®­îc suy hao xen vµ xuyªn kªnh lín.

SVTH §µm H¶i Qu©n

26

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

HiÖu suÊt ghÐp

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

 (nm)

H×nh 28. §¸p øng cña bé t¸ch kªnh 1300/1550nm víi kü thuËt ghÐp nãng ch¶y 2 sîi nh­ nhau. Trong cÊu tróc nãng ch¶y, ®o¹n ghÐp ®­îc kÐo dµi cho ®Õn khi gi¸ trÞ ghÐp theo yªu cÇu ®¹t ®­îc ë nh÷ng b­íc sãng ®· ®Þnh. VÝ dô ghÐp nãng ch¶y 1300/1550nm cã ®é dµi ghÐp 20 nm, suy hao xen nhá kho¶ng 0,04 dB. §­êng cong truyÒn dÉn cña thiÕt bÞ nµy nh­ trªn h×nh 28. Khi cÇn ghÐp nhiÒu h¬n hai b­íc sãng, ph¶i ghÐp nèi tiÕp c¸c bé ghÐp (cÊu h×nh rÏ nh¸nh). Trªn h×nh 29 lµ bé ghÐp gåm 3 mèi ghÐp nèi tiÕp c¸c b­íc sãng: 1 = 1320nm, 2 = 1280nm, 3 = 1240nm vµ 4 = 1200nm.

1 2 3

1234

4 Laser H×nh 29. Bé ghÐp kªnh 4 b­íc sãng b»ng ghÐp nãng ch¶y nèi tiÕp c¸c sîi ®¬n mode ¦u ®iÓm chÝnh cña ghÐp ®¬n mode theo ph­¬ng ph¸p mµi bãng so víi ph­¬ng ph¸p ghÐp nãng ch¶y lµ cã thÓ ®iÒu h­ëng ®­îc b»ng c¸ch dÞch chuyÓn vÞ trÝ t­¬ng ®èi cña hai sîi víi nhau. GhÐp theo ph­¬ng ph¸p nãng ch¶y th× gi¸ thµnh h¹. Cã thÓ kÕt hîp c¶ hai ph­¬ng ph¸p ®Ó ®¹t ®­îc hiÖu qu¶ tèi ­u.

SVTH §µm H¶i Qu©n

27

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi phï hîp víi c¸c bé ghÐp kªnh ®¬n, suy hao phæ biÕn ë møc 4 ®Õn 6 dB. §èi víi bé t¸ch kªnh, yªu cÇu xuyªn kªnh ph¶i nhá, th­êng thÝch hîp víi c¸c bé grating vi quang. IV. CWDM vµ DWDM: IV.1 CWDM: (Coarse WDM) Sö dông 18 b­íc sãng tõ 1270nm ®Õn 1610nm víi ®é réng b¨ng th«ng mét kªnh lµ 13nm. CWDM ®· dÉn tíi mét sè chó ý gÇn ®©y bëi kh¶ n¨ng vµ lîi Ých cña nã nh­ mét gi¶i ph¸p truy nhËp m¹ng quang. Tuy nhiªn, cã mét sè còng cã mét sè vÊn ®Ò cÇn ph¶i ®­a ra nh­: thø nhÊt, trõ khi c¸p toµn sãng (All-Wave fiber) ®­îc sö dông, sù thu hót m¹nh mÏ ë ®Ønh sÏ ng¨n c¶n d÷ déi viÖc sö dông c¸c kªnh ë b¨ng E (xem ®å thÞ).

H×nh 30: S¬ ®å ph©n bè suy hao sîi quang theo c¸c b­íc sãng (dB/km)

Thø hai, c«ng suÊt dù tr÷ cña CWDM lµ t­¬ng ®èi nhá. Lý bao gåm c¶ viÖc suy hao trong sîi quang cao h¬n, kh¶ n¨ng cña thiÕt bÞ giíi h¹n, thiÕu c¸c bé khuÕch ®¹i quang tèt. Nã ®· ®­îc chØ dÉn sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i quang b¸n dÉn (SOA) hoÆc c¸c bé khuÕch ®¹i quang tuyÕn tÝnh (LOA) ®Ó thùc hiÖn khuÕch ®¹i

SVTH §µm H¶i Qu©n

28

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

tÝn hiÖu c¸c tuyÕn CWDM, nh­ng sù suy gi¶m tØ sè SNR lµ kh¸ nghiªm träng so víi c¸c bé khuÕch ®¹i quang c¬ së trªn ®­êng c¸p quang. Mét trong nh÷ng lý do ®Ó CWDM cã thÓ ®­îc sö dông lµ lý do vÒ chi phÝ. NÕu cã yªu cÇu nhiÒu b­íc sãng h¬n, kh¶ n¨ng c¶i thiÖn dÞch vô lµ cã thÓ b»ng viÖc chÌn thªm c¸c kªnh DWDM trong b¨ng C víi viÖc kh«ng cã nhiÔu trªn ®­êng truyÒn nh­ h×nh vÏ d­íi ®©y:

H×nh 31: S¬ ®å CWDM vµ DWDM IV.2. DWDM: (Dense WDM) Sö dông kho¶ng h¬n 100 b­íc sãng trong kho¶ng xung quanh gi¸ trÞ 1550nmc (b¨ng C). C¸c kªnh ®ßi hái cã sù chän läc cao (0,1nm). Cã kho¶ng 1000 kªnh ®­îc ph©n bè trong d¶i b¨ng C. Ta cã s¬ ®å khèi hÖ thèng DWDM nh­ h×nh d­íi ®©y:

H×nh 32: S¬ ®å khèi DWDM Trong ®ã c¸c thµnh phÇn chøc n¨ng chÝnh cña s¬ ®å: SVTH §µm H¶i Qu©n

29

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

OT – Optical Terminal Multiplexer- ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ghÐp kªnh quang OMU & ODU – Optical Mux and Demux- ThiÕt bÞ ghÐp vµ gi¶i ghÐp kªnh OA- Optical amplifier- KhuÕch ®¹i quang ADM – Wavelengths add/drop multiplexer – ThiÕt bÞ ghÐp kªnh theo b­íc sãng víi nguyªn lý xen t¸ch.

ch­¬ng II:

Tæng quan vÒ chuÈn ho¸ m¹ng quang

I. CÊu h×nh m¹ng chuyÓn vËn toµn quang- AOTN: Mét AOTN lµ mét m¹ng n¬i mµ giao diÖn ng­êi sö dông-m¹ng lµ giao diÖn quang vµ d÷ liÖu kh«ng ®­îc tr¶i qua qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi tõ d¹ng tÝn hiÖu quang sang d¹ng tÝn hiÖu ®iÖn. C¸c AOTN sö dông kÜ thuËt WDM vµ phôc vô cho c«ng nghÖ Micro-Electro-Mechanical System (MEMS), trong t­¬ng lai sÏ ®­îc th­¬ng m¹i ho¸ víi dung l­îng lín h¬n 1 Tb/s th«ng qua mét ®­êng c¸p quang ®¬n. Mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh ®Ó ph©n biÖt AOTN lµ AOTN ®­îc ­u tiªn sö dông cho viÖc truyÒn t¶i d÷ liÖu víi tèc ®é rÊt lín. AOTN ®­a ra mét sè thµnh phÇn míi nh­ add/drop multiplixers (AODM) vµ cross connect/wavelength routing switches (OXC/WRS) mµ cã thÓ lµm thay ®æi lín m¹ng quang. Ta cã s¬ ®å cña mét m¹ng AOTN:

SVTH §µm H¶i Qu©n

30

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

H×nh 32: M« t¶ cÊu h×nh cña AOTN

H×nh 33: M« t¶ thµnh phÇn cña kªnh quang Mét ®­êng quang bao gåm mét sè c¸c OXC trung gian gi÷a ®iÓm nguån vµ ®iÓm ®Ých, xen gi÷a c¸c ®o¹n c¸p quang lµ c¸c bé khuÕch ®¹i vµ c¸c ®iÓm ph©n nh¸nh (tap). C¸c thµnh phÇn cña m¹ng quang t¹o thµnh mét OXC bao gåm mét chuyÓn m¹ch (cã hoÆc kh«ng cã chøc n¨ng chuyÓn ®æi b­íc sãng), mét bé ghÐp ®Ó ghÐp c¸c tÝn hiÖu rÏ nh¸nh vµ c¸c bé läc quang, mét bé ghÐp kªnh t¹o thµnh tõ c¸c bé läc quang vµ bé kÕt hîp tÝn hiÖu. Mét OXC còng cã thÓ chøa ®ùng mét ®­êng ph¸t (Tx) vµ mét ®­êng thu (Rx) cho phÐp xen t¸ch (add/drop) c¸c b­íc sãng. C¸c chøc n¨ng cña mét AOTN cã thÓ ®­îc ph©n t¸ch ra c¸c líp ph©n cÊp kh¸c nhau: tÝnh tõ trªn xuèng bao gåm : OCh (Optical Channel Layer), OMS (Optical Multiplex Section), vµ OTS (Optical Transmission Section Layer). Líp OTS cung cÊp kh¶ n¨ng truyÒn tÝn hiÖu quang vµ miªu t¶ c¸c líp truyÒn dÉn trung gian, c¸c modun ph©n nh¸nh vµ khuÕch ®¹i. Líp OMS cho phÐp c¸c chøc n¨ng ®Þnh tuyÕn b­íc sãng vµ líp OCh chuyÓn giao c¸c kªnh quang theo néi dung th«ng tin. II. ChuÈn ho¸ m¹ng chuyÓn vËn quang OTN: SVTH §µm H¶i Qu©n

31

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

§Ó ®¸p øng l¹i viÖc gia t¨ng rÊt nhanh cña l­u l­îng Internet (trªn c¬ së IP), hÖ thèng DWDM (Dense WDM) - ®· ®­îc triÓn khai trong m¹ng hiÖn thêi. Trong mét hÖ thèng DWDM, mét vµi chôc b­íc sãng ®­îc ghÐp vµo mét ®­êng c¸p quang ( mçi b­íc sãng cã thÓ truyÒn ®i ë tèc ®é 2,5Gbit/s, 10Gbit/s, hoÆc cao h¬n). Do cã hÖ thèng DWDM, cã thÓ n©ng cao dung l­îng cña c¸c liªn kÕt ®iÓm - ®iÓm, xö lý tÝn hiÖu ®iÖn víi mét chÕ ®é chuyÓn m¹ch tèc ®é thÊp h¬n nh­ lµ viÖc ®Þnh tuyÕn mét gãi tin IP hoÆc mét tuyÕn SDH víi yªu cÇu thÊp h¬n lµ cÇn thiÕt ë mçi nót, n¬i cã l­îng t¶i tin lín, bao gåm nhiÒu luång tõ c¸c nót nguån vµ ®Ých kh¸c nhau, ®Òu ®­îc tËp hîp l¹i vµo d¹ng tÝn hiÖu cã tèc ®é 2,5 hoÆc 10 Gbit/s. CÊu h×nh tù nhiªn ®iÓm- ®iÓm nµy cña hÖ thèng DWDM dÉn tíi viÖc khã cã thÓ ®¹t ®­îc mét chi phÝ linh ho¹t cña viÖc truyÒn t¶i c¸c l­u l­îng trªn c¬ së IP gi÷a hai ®iÓm c¸ch xa nhau th«ng qua nhiÒu ®iÓm trung gian, nÕu mét l­u l­îng cì gigabit ®­îc cung cÊp gi÷a chóng (gigabit-class). Mét OTN víi môc ®Ých t¹o mét kÕt nèi ®Çu cuèi (end to end) víi tèc ®é bit cao vµ tin cËy. KÕt nèi cã h­íng nµy ®­îc biÓu hiÖn nh­ mét “OCh” (Optical Channel). Mét OCh phï hîp víi mét b­íc sãng vµ ®­îc ®Þnh tuyÕn bëi c¸c OXC (Optical Cross-Connects) hoÆc OADMs (Optical Add/Drop Multiplexers) däc theo kªnh truyÒn ®Ó kÕt nèi gi÷a hai ®iÓm ë xa nhau nh­ ®­îc minh ho¹ h×nh 34 d­íi ®©y:

H×nh 34: KÕt nèi quang ®­êng dµi Kh«ng cã mét chÕ ®é chuyÓn m¹ch tèc ®é thÊp gi÷a c¸c nót trung gian, n¬i chØ cÇn thiÕt cã c¸c chuyÓn m¹ch ®iÖn hoÆc c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò l­u l­îng. §iÒu nµy gióp lµm gi¶m ®¸ng kÓ c¸c møc cÇn thiÕt hoÆc c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ë mçi nót. SVTH §µm H¶i Qu©n

32

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

KiÕn tróc cña mét OTN ®­îc chuÈn ho¸ trong khuyÕn nghÞ G.872. KhuyÕn nghÞ nµy m« t¶ kiÕn tróc chøc n¨ng cña c¸c líp OTN, viÖc qu¶n lý dung l­îng cña c¸c líp OTN, c¸c kü thuËt gi¸m s¸t kÕt nèi, m« h×nh b¶o vÖ, nguyªn lý liªn m¹ng, vµ nh÷ng vÊn ®Ò t­¬ng tù. L­u ý r»ng, tõ mét ®iÓm nh×n chøc n¨ng riªng, mét OTN ®­îc chia lµm 3 líp bao gåm c¶ OCh cung cÊp dung l­îng m¹ng tõ ®iÓm ®Çu tíi ®iÓm cuèi. Cã mét sè ®iÓm më réng trong c¸c kh¸i niÖm cña OTN mµ cô thÓ lµ ë dung l­îng cña OCh trong hÖ th«ng sö dông G.872. NTT ®· cã nh÷ng ®ãng gãp ®Æc biÖt vµo sù ph¸t triÓn cña c¸c ph¸t biÓu OTN hiÖn thêi. ViÖc qu¶n lý dung l­îng ë møc OCh nh­ trong khuyÕn nghÞ G.872 ®­îc ®¶m b¶o bëi viÖc t¨ng cÊu tróc khung sè cho nã. KhuyÕn nghÞ G.709 m« t¶ cÊu tróc tÝn hiÖu cña c¸c líp OTN bao gåm c¶ cÊu tróc khung cho OCh. Ba líp dùa trªn tèc ®é bit cho khung nµy ®· ®­îc m« t¶ t¹i c¸c kho¶ng 2,5, 10, vµ 40Gbit/s, cho phÐp v¹ch ra c¸c tÝn hiÖu sè cña thiÕt bÞ kh¸ch nh­ STM-N (v¬i N=16,64,256), ATM-VP,c¸c gãi GFP (Generic Framing Procedure), vµ c¸c tÝn hiÖu CBR (constant bit rate) – dßng bÝt cã tèc ®é kh«ng ®æi víi cïng tèc ®é bit nh­ ®· m« t¶ trªn ®©y. §Ó t×m hiÓu vÒ m« h×nh cÊu tróc ®­îc chuÈn ho¸ cña m¹ng quang, ta cïng ®i t×m hiÓu khuyÕn nghÞ ITU-T G.709. KhuyÕn nghÞ G.709 ®­a ra c¸i nh×n tæng quan vÒ m¹ng quang, ®ång thêi ®Þnh nghÜa cÊu tróc khung: III. KhuyÕn nghÞ G.709 (ITU-T) - Giao diÖn cho m¹ng chuyÓn vËn quang OTN: - C¸c kh¸i niÖm t­¬ng tù nh­ trong mét m¹ng chuÈn SONET/SDH: + CÊu tróc líp + KiÓm tra qu¸ tr×nh vËn hµnh hiÖn t¹i + B¶o vÖ + C¸c chøc n¨ng qu¶n lý kh¸c - C¸c chøc n¨ng thªm vµo: + Qu¶n lý c¸c kªnh quang trong ph¹m vi m¹ng quang + Ph¸t hiÖn lçi sím (FEC- Forward error correction) cho phÐp n©ng cao chÊt l­îng hÖ thèng vµ uy tÝn cña m¹ng quang. SVTH §µm H¶i Qu©n

33

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

- Cung cÊp ph­¬ng ph¸p chuÈn hãa cho viÖc qu¶n lý b­íc sãng (kªnh) quang tõ ®iÓm ®Çu tíi ®iÓm cuèi - §Þnh nghÜa ba tèc ®é ®­êng truyÒn: + 2.666.057,142 kb/s cho møc1 + 10.709.225,316 kb/s cho møc2 + 43.018.413,559 kb/s cho møc 3 - Tèc ®é khung cè ®Þnh: + 20,420 kHz (48,971 ms) cho møc 1 + 82,027 KHz (12,191 ms) cho møc 2 + 329,489 KHz (3,035 ms) cho møc 3 Trong mét m¹ng quang SONET/SDH, mét OTN ®­îc thiÕt kÕ víi cÊu tróc líp nh­ sau:

H×nh 35: M« t¶ cÊu tróc líp cña OTN Trong ®ã: OCh: Optical channel OMS: Optical Multiplex Section OTS: Optical Transmission Section Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn mét tÝn hiÖu ng­êi dïng (client signal) trong OTN ®­îc ph¸c th¶o ra nh­ d­íi ®©y:

SVTH §µm H¶i Qu©n

34

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

H×nh 36: Qu¸ tr×nh s¾p xÕp mµo ®Çu qua c¸c líp cña OTN - Tr­êng OH ®­îc thªm tÝn hiÖu ng­êi sö dông ®Ó ®Þnh d¹ng ®¬n vÞ t¶i tin kªnh quang (OPU- Optical channel Payload Unit) - Tr­êng OH sau ®ã ®­îc thªm vµo OPU ®Ó ®Þnh d¹ng ®¬n vÞ d÷ liÖu kªnh quang (ODU- Optical channel Data Unit) - OH vµ FEC ®­îc thªm vµo ®Ó ®Þnh d¹ng ®¬n vÞ giao vËn kªnh quang (OTUOptical channel Transport Unit) IV. CÊu tróc khung cña OTN: CÊu tróc khung theo chuÈn G.709 ®­îc cho nh­ h×nh vÏ d­íi ®©y: KÝch th­íc khung bao gåm: 4080 byte x 4 dßng = 16320 byte. D÷ liÖu sÏ ®­îc truyÒn ®i nèi tiÕp tõ bit 1 cña dßng ®Çu tiªn ®Õn c¸c dßng tiÕp theo theo ®óng thø tù. 1 1 2 3 4

7 8 14 15 FAS OTU

16 17 OPU

3824 3825 Client

4080 FEC

ODU H×nh 37: CÊu tróc khung cña OTN

SVTH §µm H¶i Qu©n

35

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Trong ®ã: FAS (Frame Alignment signal): Th«ng tin s¾p xÕp khung. Th«ng th­êng tr­êng FAS ®­îc ®Æt trong cïng víi tr­êng mµo ®Çu cña OTU. OTU (Optical Transport Unit) : §¬n vÞ giao vËn quang ODU (Optical Data Unit) : §¬n vÞ d÷ liÖu quang OPU (Optical Payload Unit): §¬n vÞ t¶i tin quang. Client: PhÇn th«ng tin FEC ( Forward Error Correction): Tr­êng söa lçi tr­íc. §Ó n¾m râ h¬n vÒ cÊu tróc khung còng nh­ cÊu t¹o ®¬n vÞ d÷ liÖu vµ ®iÒu khiÓn, ta sÏ lÇn l­ît ®i t×m hiÓu vÒ cÊu tróc c¸c tr­êng trªn. Trong ®ã riªng phÇn mµo ®Çu cña c¸c ®¬n vÞ giao vËn, d÷ liÖu, t¶i tin ®­îc bè trÝ nh­ trong h×nh sau:

H×nh 38: Bè trÝ phÇn mµo ®Çu cña c¸c ®¬n vÞ th«ng tin Cô thÓ ta cã sù ph©n bè c¸c tr­êng cña c¸c ®¬n vÞ nh­ sau: 1 2 1 FAS 2 RES

3 4

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 MFAS SM GCC0 RES TCM TCM6 TCM5 TCM4 FTFL ACT 3 TCM3 TCM2 TCM1 PM EXP 4 GCC1 GCC2 APS/PCC RES H×nh 39: C¸c tr­êng chi tiÕt trong phÇn mµo ®Çu

15 16 RES JC RES JC RES JC PSI NJ0

Trong ®ã: APS/PCC: ChuyÓn m¹ch b¶o vÖ tù ®éng/ kªnh th«ng tin b¶o vÖ EXP: (Experimental) FAS: TÝn hiÖu s¾p xÕp khung FTFL: Lo¹i lçi vµ ®Þnh vÞ lçi SVTH §µm H¶i Qu©n

36

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

GCC0-3: Kªnh th«ng tin chung JC: (Justification control) §iÒu khiÓn x¸c nhËn MFAS: TÝn hiÖu s¾p xÕp ®a khung NJ0 (Negative justification opportunity) PM: KiÓm tra tuyÕn PSI: NhËn d¹ng cÊu tróc t¶i tin RES: Dµnh riªng SM: KiÓm tra ®o¹n TCMACT: KÝch ho¹t kiÓm tra kÕt nèi tæng ®µi TCM1-6: KiÓm tra kÕt nèi tæng ®µi. PhÇn mµo ®Çu s¾p xÕp khung lµ mét phÇn cña mµo ®Çu OTU. Nã ®­îc bè trÝ tõ cét 1- 6 trong dßng 1 trong OTU.

IV.1 Tr­êng mµo ®Çu cña ®¬n vÞ giao vËn: CÊu tróc mµo ®Çu cña OTU vµ sù s¾p xÕp khung: PhÇn mµo ®Çu OTU – Optical Transport Unit ®­îc ®­a ra nh­ b¶ng d­íi ®©y:

H×nh 40: Tr­êng mµo ®Çu OTU - 6 octet ®Çu tiªn ®­îc sö dông cho môc ®Ých s¾p xÕp khung, theo ITU-T, gi¸ trÞ cña A1vµ A2 ®­îc cho nh­ sau: A1=11110110, A2=00101000. - MFAS: (Multiframe Alignment Signal): TÝn hiÖu s¾p xÕp ®a khung. Gi¸ trÞ tr­êng nµy sÏ t¨ng 1 theo gi¸ trÞ khung tõ 0 ®Õn 255. NÕu b»ng 255, nã sÏ thiÕt lËp l¹i b»ng 0. - SM (Section Monitoring): Cã cÊu tróc nh­ sau:

SVTH §µm H¶i Qu©n

37

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

H×nh 41: CÊu tróc SM Trong ®ã: TTI: (Trail Trace Identifier): Lµ mét tr­êng dµnh cho ®a khung, víi ®é dµi cña 64 khung. Th«ng tin sÏ ®­îc lÆp l¹i 4 lÇn trong mét ®a khung. Th«ng tin trong ®a khung lµ nhËn d¹ng ®iÓm truy nhËp nguån (SAPI) vµ nhËn d¹ng ®iÓm truy nhËp ®Ých (DAPI). BIP-8: Bit kiÓm tra ch½n lÎ BEI (Backward Error Indicator): BDI (Backward Defect Indicator): IAE ( Incoming alignment error) - Hai octet tiÕp theo ®­îc sö dông cho kªnh th«ng tin chung sè 0 GCC0 (General Communications channel zero). - Hai octet cuèi cïng RES ®­îc dµnh riªng cho viÖc chuÈn ho¸ trong t­¬ng lai. IV.2 Tr­êng mµo ®Çu cña ®¬n vÞ d÷ liÖu: CÊu tróc mµo ®Çu cña ODU:

SVTH §µm H¶i Qu©n

38

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

H×nh 42: Tr­êng mµo ®Çu cña ODU Tr­êng mµo ®Çu cña ODU cho phÐp ng­êi sö dông ®­îc hç trî c¸c chøc n¨ng kiÓm tra kÕt nèi víi c¸c tæng ®µi trung chuyÓn quèc gia (Tandem) – (TCMTandem connection Monitoring), kiÓm tra tuyÕn (PM- Path Monitoring) vµ APS. ViÖc gi¸m s¸t tuyÕn tõ ®Çu cuèi vµ t­¬ng thÝch c¸c thiÕt bÞ ng­êi sö dông th«ng qua OPU còng ®­îc cho phÐp t¹i mµo ®Çu cña ODU. OH cña ODU cung cÊp hai lo¹i mµo ®Çu quan träng lµ:KiÓm tra tuyÕn PM vµ KiÓm tra kÕt nèi víi tæng ®µi TCM: a/ Tr­êng kiÓm tra tuyÕn PM (Path Monitoring): Tr­êng PM chøa c¸c th«ng tin gièng nh­ tr­êng SM cña OTU vµ còng mang c¸c chøc n¨ng t­¬ng tù nh­ SM, chi kh¸c ë ®iÓm nã cã thªm mét sè tr­êng kh¸c nh­ STAT.

SVTH §µm H¶i Qu©n

39

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

H×nh 43: CÊu tróc PM C¸c tr­êng trong PM gåm: - TTI ( Trail Trace Identifier): T­¬ng tù byte J0 trong SONET/SDH. Nã ®­îc sö dông ®Ó x¸c nhËn tÝn hiÖu tõ phÝa nguån ®Õn phÝa ®Ých trong m¹ng. TTI chøa ®ùng API (Access Point Identifiers) ®­îc dïng ®Ó chØ ra gi¸ trÞ nhËn d¹ng ®iÓm truy nhËp nguån (SAPI- Source Access Point Identifier) vµ ®iÓm truy nhËp ®Ých (DAPI- Destination Access Point Identifier). C¸c API chøa ®ùng th«ng tin vÒ quèc gia, hÖ thèng ®iÒu hµnh m¹ng vµ c¸c th«ng tin vÒ qu¶n trÞ hÖ thèng. - BIP-8 (Bit Interleaved Parity): Byte nµy ®­îc sö dông ®Ó ph¸t hiÖn lçi. BIP-8 cung cÊp mét bÝt chÌn ch½n lÎ – 8 m·. BIP-8 ®­îc chÌn vµo ë hai khung cuèi cïng. - BDI (Backward Defect Indication): 1 bit, chøa th«ng tin vÒ tÝn hiÖu lçi ë luång h­íng ng­îc l¹i. - BEI (Backward Error Indication) vµ BIAE (Backward Incoming Alignment Error): C¸c tÝn hiÖu nµy mang th«ng tin trong khèi bit chÌn cã t¸c dông ph¸t hiÖn lçi ë luång h­íng ng­îc l¹i. Chóng còng ®­îc sö dông ®Ó mang th«ng tin lçi s¾p xÕp ë ®­êng ®Õn vÒ luång ng­îc l¹i (IAE). SVTH §µm H¶i Qu©n

40

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

- STAT(Status bits for indication of maintenance signal): C¸c bÝt nµy chØ ra sù cã mÆt cña c¸c th«ng tin b¶o d­ìng. NÕu STAT=001 chØ ra r»ng ®©y lµ mét tÝn hiÖu b×nh th­êng, nÕu STAT=101 chØ ra r»ng ®©y lµ tÝn hiÖu bÞ kho¸ (LCK-Locked signal), nÕu STAT=110 chØ ra r»ng mét kÕt nèi më ®ang thùc thi (OCI Open connection indication), vµ gi¸ 111 chØ ra r»ng ®©y lµ tÝn hiÖu c¶nh b¸o (AISAlarm indication signal). TÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ kh¸c ®­îcdµnh riªng. b/ Tr­êng kiÓm tra kÕt nèi víi tæng ®µi trung chuyÓn (TCM-Tandem connection monitoring): Tr­êng nµy ®­îc kÝch ho¹t bëi tr­êng bªn c¹nh nã lµ tr­êng TCM ACT. Néi dung cña mçi TCM t­¬ng tù nh­ cña PM ®· ®­îc m« t¶ tr­íc ®ã

H×nh 44: CÊu tróc TCM Ta cã h×nh minh ho¹ ho¹t ®éng kÕt nèi c¸c tæng ®µi trung chuyÓn th«ng qua c¸c TCM nh­ sau:

SVTH §µm H¶i Qu©n

41

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

H×nh 45: Minh ho¹ kÕt nèi th«ng qua c¸c TCM Trªn dßng 2 cét 14 ta cã mét tr­êng 1 octet ®­îc sö dông cho viÖc th«ng b¸o lo¹i lçi vµ ®Þnh vÞ lçi cña kªnh th«ng tin (FTFL-Fault type & fault location). Octet nµy ®­îc sö dông ®Ó t¹o ra mét octet 256 ®a khung vµ ®­îc chia lµm mét octet 128 cho phÝa ph¸t tin vµ 128 cho phÝa nhËn th«ng tin. Octet ®Çu tiªn lµ tr­êng ®Þnh vÞ lçi.

Tr­êng EXP (exprimental) kh«ng ®­îc ®­a ra ®Ó chuÈn hãa song nã cã thÓ ®­îc sö dông bëi hÖ thèng ®iÒu hµnh m¹ng ®Ó hç trî c¸c th«ng tin øng dông.

SVTH §µm H¶i Qu©n

42

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

GCC1 vµ GCC2 lµ hai kªnh th«ng tin chung ®­îc sö dông cho c¸c thiÕt bÞ ®Ó truy nhËp vµo mµo ®Çu cña d÷ liÖu. Néi dung cña c¸c tr­êng nµy còng kh«ng ®­îc chuÈn ho¸. APS/PCC (Automatic Protection Switching/Protection control channel) RES: §­îc dµnh riªng cho chuÈn ho¸ trong t­¬ng lai. IV.3 Tr­êng mµo ®Çu cña ®¬n vÞ t¶i tin: CÊu tróc mµo ®Çu cña OPU:

H×nh 46: CÊu tróc mµo ®Çu cña OPU OH cña OPU bao gåm phÇn nhËn d¹ng cÊu tróc t¶i tin (PSI-Payload Structure Indentifier). Tr­êng PSI chøa 256 byte th«ng b¸o ®­îc s¾p xÕp víi ®a khung ODU. PSI0 chøa ®ùng th«ng tin nhËn d¹ng lo¹i t¶i tin vµ t¶i tin sÏ ®­îc truyÒn.Trong PSI cã PT- Payload Type- lo¹i t¶i tin vµ c¸c bit mµo ®Çu liªn kÕt víi viÖc ®Þnh vÞ tÝn hiÖu ng­êi dïng trong t¶i tin. PT lµ mét byte ®¬n ®­îc ®Þnh nghÜa trong PSI ®Ó chØ ra thµnh phÇn cÊu t¹o cña tÝn hiÖu OPU, nãi mét c¸ch kh¸c th«ng tin vÒ lo¹i t¶i tin sÏ ®­îcm¹ng trong OPU. Mµo ®Çu OPU sÏ kÕt thóc ë ®iÓm mµ OPU ®­îc tæng hîp vµ ph©n t¸n. IV.4 Tr­êng söa lçi FEC (Forward Error Correction):

H×nh 47: VÞ trÝ tr­êng söa lçi FEC SVTH §µm H¶i Qu©n

43

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Cã 16 khèi FEC cña 16 byte cho mçi dßng. 64 byte trªn mét khung. Sö dông 16 byte chÌn m·. FEC cã kh¶ n¨ng söa 8 ký tù bÞ lçi (trong chÕ ®é söa lçi) vµ ph¸t hiÖn 16 ký tù lçi (trong chÕ ®é ph¸t hiÖn lçi).

ch­¬ng III:

VÊn ®Ò qu¶n lý chÊt l­îng vµ b¶o mËt trong m¹ng toµn quang AON: I. VÊn ®Ò ®¸nh gi¸ chÊt l­îng hÖ thèng øng dông c«ng nghÖ WDM: Cïng víi sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña m¹ng Internet, yªu cÇu n©ng cao vµ më réng kh¶ n¨ng l­u l­îng vµ nh÷ng ®ßi hái nghiªm ngÆt cho vÊn ®Ò dung l­îng cña m¹ng ®· dÉn tíi mét nhu cÇu vÒ tÝnh ®a d¹ng linh ho¹t cña c¸c lo¹i dÞch vô. §Ó ®¸p øng ®­îc ®iÒu ®ã, hÖ thèng truyÒn dÉn quang ®· ®­îc ph¸t triÓn ë mét sè lÜnh vùc nh­ hÖ thèng th«ng tin ®­êng dµi, truyÒn th«ng néi bé, kÕt nèi m¸y tÝnh vµ c¸c hÖ thèng c¸p biÓn. Song song víi sù ph¸t triÓn nµy lµ yªu cÇu vÒ tÝnh phï hîp cña c¬ së h¹ tÇng ®Ó qu¶n lý nh÷ng nhu cÇu kh¸c nhau ®ã. C¸c hÖ thèng truyÒn dÉn ph¶i chÞu sù t¸c ®éng cña sù tõ chèi c¸c dÞch vô-DoS (Denial of Service) do c¸c yªu cÇu vÒ tèc ®é d÷ liÖu cao vµ tØ sè lçi bit thÊp. AON næi bËt lªn nh­ lµ mét c«ng nghÖ ®Çy høa hÑn cho viÖc truyÒn dÉn d÷ liÖu víi tèc ®é cao, chuyÓn m¹ch linh ho¹t vµ hç trî c¸c øng dông ®ßi hái b¨ng th«ng réng. §Æc biÖt, chóng cung cÊp kh¶ n¨ng trong suèt cho phÐp ®Þnh ®­êng vµ chuyÓn m¹ch mµ kh«ng ®ßi hái viÖc ph¸t l¹i trong m¹ng. Trªn c¬ së c¸c kü thuËt ghÐp kªnh ®­îc sö dông ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng truyÒn t¶i trong c¸p quang, AON ®­îc chia lµm hai lo¹i : m¹ng ghÐp kªnh theo thêi gian (TDM) vµ m¹ng ghÐp kªnh thep b­íc sãng (WDM). Trong mét vµi n¨m gÇn ®©y, WDM ®· nhanh chãng trë nªn mét c«ng nghÖ quan träng ®ãng vai trß chÝnh trong viÖc ®¸p øng l¹i nhu cÇu to lín cña m¹ng quang vÒ b¨ng th«ng. M¹ng quang sö dông c«ng nghÖ WDM (thËm chÝ kh«ng ph¶i lµ m¹ng toµn quang) ®­îc x©y dùng th«ng qua c¸c nót m¹ng (TONs-Transparent Optical Nodes) nh­ lµ c¸c chuyÓn SVTH §µm H¶i Qu©n

44

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

m¹ch cã lùa chän WSSs (Wavelength Selective Switches) vµ c¸c khèi khuÕch ®¹i toµn quang (all-optical amplifiers). MÆc dï lµ trong suèt nh­ng trong m¹ng toµn quang, bªn c¹nh mét sè ­u ®iÓm vÒ tèc ®é, nã vÉn lµ mét c«ng nghÖ míi vµ vÉn ®ang ®­îc nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò vÒ b¶o mËt. C¸c thµnh phÇn cña m¹ng toµn quang ®Æc biÖt thÓ hiÖn mét yÕu ®iÓm ®èi víi mét sè d¹ng kh¸c nhau cña sù tõ chèi dÞch vô DoS vµ sù tÊn c«ng ®Ó nghe trém. Nh÷ng sù tÊn c«ng nµy cã thÓ ®­îc ph©n lo¹i lµm ba d¹ng: 1. Ph©n tÝch l­u l­îng vµ nghe trém – ng­êi tÊn c«ng thô ®éng ph©n tÝch l­u l­îng trªn m¹ng 2. Tõ chèi dÞch vô- tÝn hiÖu quang bÞ ph¸ vì bëi kÎ tÊn c«ng 3. Sù gi¶m chÊt l­îng dÞch vô – ng­êi tÊn c«ng sö dông c¸c tÝn hiÖu b×nh th­êng chÕ ngù mét c¸ch hîp ph¸p tÝn hiÖu quang. §Æc biÖt, sù tÊn c«ng bëi DoS vµ sù gi¶m QoS ph¶i ®­îc ph¸t hiÖn vµ nhËn d¹ng t¹i tÊt c¶ c¸c nót trong m¹ng n¬i mµ sù tÊn c«ng vµ sù suy gi¶m tÝn hiÖu cã thÓ x¶y ra. Ngoµi ra, tèc ®é cña sù ph¸t hiÖn tÊn c«ng ph¶i t­¬ng xøng víi tèc ®é truyÒn dÉn d÷ liÖu do c¸c lý do chÝnh sau: 1. Tèc ®é cao cña d÷ liÖu ch¾c ch¾n r»ng mét sè l­îng d÷ liÖu lín cã thÓ ®­îc s¾p xÕp trong mét kho¶ng thêi gian ng¾n. 2. M¹ng më réng lµ mét nguyªn nh©n dÉn tíi mét l­îng lín d÷ liÖu ®· s½n sµng trong tr¹ng th¸i “in flight” 3 Mét sù tÊn c«ng bÞ nhËn d¹ng nhÇm nh­ lµ kh«ng thµnh c«ng cã thÓ sÏ bÞ dµn tr¶i ra trong toµn m¹ng 4. Nh÷ng ph¶n øng kh«ng thÝch hîp cã thÓ sÏ ®­îc ®­a ra bëi NMS nÕu c¸c cuéc tÊn c«ng kh«ng ®­îc nhËn d¹ng ë tÊn c¶ c¸c nót. Kh¸i niÖm trong suèt trong AON cã thÓ ®­a ra nh÷ng sù suy gi¶m chÊt l­îng truyÒn dÉn nh­ xuyªn ©m, ph¸t sinh nhiÔu ASE (Amplified Spontaneous Emission noise), vµ sù c¹nh tranh t¨ng Ých (gain competition). KÕt qña lµ nh÷ng nguyªn nh©n suy gi¶m trªn cã chèng l¹i chÊt l­îng tÝn hiÖu vµ cã thÓ x¶y ra trong suèt chiÒu dµi ®Õn phÝa ®Ých, do ®ã tØ sè BER nhËn ®­îc ë phÝa ®Ých cã thÓ trë nªn kh«ng thÓ chÊp nhËn ®­îc.

SVTH §µm H¶i Qu©n

45

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

Víi yªu cÇu b¶o mËt c¸c m¹ng quang khái sù tÊn c«ng cña DoS vµ suy gi¶m BER, mét sè kÜ thuËt gi¸m s¸t lµ rÊt cÇn thiÕt, cho phÐp ph¸t hiÖn ra mäi sù tÊn c«ng. C¸c kÜ thuËt gi¸m s¸t vµ ph­¬ng ph¸p chÈn ®o¸n tån t¹i ë hai d¹ng chÝnh. D¹ng thø nhÊt lµ ph­¬ng ph¸p dùa trªn c¬ së ph©n tÝch tr¹ng th¸i cña d÷ liÖu ®­îc ph¸t nh­ : ph¸t hiÖn c«ng suÊt (Power detection), Ph©n tÝch quang phæ (OSAs- Optical Spectral Analyser), kiÓm tra BER (BERTs). Ph­¬ng ph¸p thø hai nhËn ®­îc b»ng viÖc sö dông sù kiÓm tra tÝn hiÖu víi môc ®Ých chÈn ®o¸n: pilot tones vµ Optical Time Domain Reflectometers (OTDRs). Tuy nhiªn, hÇu hÕt c¸c ph­¬ng ph¸p trªn ®Òu kh«ng cã kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn nh÷ng sù suy gi¶m nhá vµ ng¾t qu·ng tØ sè BER, nh÷ng sù tÊn c«ng ng¾t qu·ng trong vµ ngoµi b¨ng th«ng. ThËm chÝ viªc sö dông ph­¬ng ph¸p th¨m dß tÝn hiÖu kh«ng ®ñ nh¹y c¶m ®Ó ph¸t hiÖn ra sù suy gi¶m BER. Do ®ã, ®Ó ph¸t hiÖn sù tÊn c«ng vµ suy gi¶m trong c¸c qu¸ tr×nh trong m¹ng toµn quang, viÖc sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p kiÓm tra phï hîp vµ tin cËy víi thêi gian ph¸t hiÖn ng¾n lµ ®Æc biÖt cÇn thiÕt trong mét vµi khÝa c¹nh. Mét ph­¬ng ph¸p míi ®Ó ph¸t hiÖn tÊn c«ng trong m¹ng toµn quang còng ®­îc ®­a ra ë phÇn sau. Ph­¬ng ph¸p nµy dùa trªn c¬ së kh¸i niÖm r»ng c¸c tÝn hiÖu vµo vµ ra cña mét TON cã thÓ cã quan hÖ to¸n häc víi nhau vµ ®­îc ph©n tÝch bëi NMS. Ph­¬ng ph¸p nµy cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó quyÕt ®Þnh r»ng TON ho¹t ®éng cã ®óng kh«ng hoÆc ph¸t hiÖn sù tÊn c«ng b»ng viÖc ®o l­êng sù ho¹t ®éng cña TON víi mét vµi th«ng sè b×nh th­êng. VÊn ®Ò ®o thö, kiÓm tra chÊt l­îng dÞch vô trong m¹ng quang ®­êng c¸p kÐo dµi: Môc ®Ých chÝnh cña viÖc kiÓm tra ®¸nh gi¸ c¸c líp m¹ng quang lµ ng¨n chÆn thêi gian chÕt cña m¹ng. §Ó ®¹t ®­îc ®iÒu ®ã, mét hÖ th«ng kiÓm tra quang lµ cÇn thiÕt ®Ó ph¸t hiÖn, nhËn d¹ng vµ ®Þnh vÞ sù suy gi¶m chÊt l­îng vµ ®­a ra nh÷ng quyÕt ®Þnh ®Ó b¶o vÖ chuyÓn m¹ch, c¸c chøc n¨ng gi¸m s¸t chÊt l­îngvµ qu¶n lý. Thùc hiÖn ®­îc nh÷ng ®iÒu nµy tr­íc khi x¶y ra lçi truyÒn dÊn sÏ ch¾c ch¾n ®em l¹i chØ sè chÊt l­îng dÞch vô cao cho toµn m¹ng. M¹ng vßng truyÒn thèng tr­íc ®©y ®· kh«ng cã ®ñ hiÖu qu¶ ®Ó gi¶i quyÕt tr­íc sù ph¸t triÓn d÷ déi cña ®ßi hái vÒ b¨ng th«ng. Víi sù næi lªn cña c«ng

SVTH §µm H¶i Qu©n

46

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

nghÖ chuyÓn m¹ch quang, c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô sÏ cã mét c¬ héi thuËn lîi ®Ó triÓn khai m¹ng quang d¹ng l­íi, ®iÒu nµy ®­a ®Õn viÖc tËn dông mét c¸ch hiÖu qu¶ m¹ng sö dông c«ng nghÖ WDM. Víi sù thËn träng trong viÖc triÓn khai mét m« h×nh d¹ng l­íi cã thÓ ®em l¹i sù t¨ng lîi nhuËn víi vèn ®Çu t­ thÊp h¬n vµ chi phÝ cho hÖ thèng còng thÊp h¬n. Qu¸ tr×nh kiÓm tra m¹ng quang lµ mét ch×a kho¸ ®ãng vai trß quan träng trong viÖc ®¶m b¶o ®é d­ thõa b¨ng th«ng, viÖc ®Þnh tuyÕn ®éng l­u l­îng, theo dâi tÝn hiÖu quang vµ sè l­îng kªnh sö dông. Thªm vµo ®ã, víi mét m¹ng linh ho¹t, qu¸ tr×nh xö lý thêi gian thùc còng cã thÓ ®­îc ¸p dông. Do ®ã, qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn chÝnh phèi hîp kiÓm tra trong m¹ng quang trong c¸c thÕ hÖ sau cã thÓ ®­a ra d­íi ®©y: a/ T¨ng kh¶ n¨ng cña m¹ng toµn quang nh­ lµ tèc ®é truyÒn dÉn cao h¬n, kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn dµi h¬n vµ mËt ®é kªnh quang còng cao h¬n b/ KiÕn tróc m¹ng míi víi m« h×nh d¹ng l­íi c/ Theo dâi chÆt chÏ nhu cÇu cña ng­êi sö dông ®Ó ®¶m b¶o chÊt l­îng dÞch vô. BiÕt r»ng sù ph¸t triÓn cña l­u l­îng lµ nhanh h¬n so víi lîi nhuËn, th¸ch thøc chÝnh cho c¸c nhµ cung cÊp dÞch vô lµ gi¶m bíi gi¸ thµnh cña viÖc qu¶n lý sè bit trªn km trong khi ®iÒu khiÓn tÝn hiÖu. II. C¸c kÜ thuËt thi hµnh kiÓm tra, gi¸m s¸t: MÆc dï qu¸ tr×nh kiÓm tra cã thÓ lµm gi¶m nguy cã lçi m¹ng xuèng mét gi¸ trÞ nhá nhÊt, nh­ng nã kh«ng ®­îc coi nh­ mét c¬ chÕ ®Ó bï l¹i kh¶ n¨ng cña mçi m¹ng. HÖ thèng DWDM víi tèc ®é bÝt cao (40G), c¸c th«ng sè ®Æc tr­ng nh­ c«ng suÊt mét kªnh, tØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu, ph©n t¸n hoÆc mÐo phi tuyÕn lµ cÇn thiÕt. §Ó cã thÓ ®èi phã ®­îc víi mét kho¶ng c¸ch lín, c¸c kÜ thuËt kiÓm tra ®Òu dùa trªn c¬ së cã tÝnh ®Õn c¶ hai th«ng sè t­¬ng tù vµ sè. C¸c kÜ thuËt kiÓm tra ®­îc ®­a ra nh­ trªn h×nh vÏ:

SVTH §µm H¶i Qu©n

47

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

KÜ thuËt ®o l­êng th«ng sè t­¬ng tù ®­îc quan t©m nhiÒu nhÊt cho c¸c hÖ thèng trong thÕ hÖ s¾p tíi lµ ph©n tÝch quang phæ (OSA-Optical Spectral Analysis), vÝ dô nh­ kÜ thuËt ph©n tÝch kªnh quang (OCA-Optical channel analyzer). Ngoµi th«ng tin vÒ tØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu OSNR, OSA cã thÓ cung cÊp th«ng tin ph¶n håi cho phÐp kÝch ho¹t ®iÒu khiÓn cña c«ng suÊt tæng ®Çu ra, chØ ®Þnh tÇn sè b­íc sãng vµ c©n b»ng c«ng suÊt gi÷a c¸c kªnh quang (sau khi ®· ®­îc khuÕch ®¹i). Ngoµi ra nã còng cã thÓ cho phÐp quyÕt ®Þnh kÝch ho¹t kªnh quang vµ cung cÊp th«ng tin ph¶n håi nÕu c«ng suÊt vµ OSNR kh«ng n»m trong mét møc cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. Do qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi sang tÝn hiÖu ®iÖn lu«n lu«n song hµnh bªn c¹nh c¸c m¹ng, OSA sÏ cã vai trß quan träng trong viÖc chÈn ®o¸n cho phÐp adding vµ dropping tÝn hiÖu quang trong hÖ thèng truyÒn dÉn. Lùa chän, thªm vµo hoÆc t¸ch c¸c kªnh ë bÊt k× ®iÓm nµo cña m¹ng sÏ lu«n b¸m vµo qu¸ tr×nh kiÓm tra QoS trong m¹ng quang sö dông giao thøc vµ tèc ®é bit ®éc lËp víi viÖckiÓm tra hÖ sè Q (Q-factor test). HÖ sè Q t­¬ng xøng víi BER, lµ mét phÐp ®o l­êng thèng kª dùa trªn c¬ së ph©n tÝch gãi tin víi mét tÝn hiÖu cho tr­íc. Nh­ mét sù lùa chän, QoS cña tÝn hiÖu t¸ch hoÆc xen rÏ cã thÓ ®­îc ®o l­êng sö dông c¸c SVTH §µm H¶i Qu©n

48

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

ph­¬ng ph¸p phô thuéc vµo giao thøc, n¬i mµ c¸c tÝn hiÖu tr¶i qua mét qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi quang-®iÖn –quang. §Ó nhËn d¹ng QoS, quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè t­¬ng tù vµ Q-factor ®­îc ph¸t triÓn. Do viÖc sö dông biÓu thøc ®¬n gi¶n cña Q-factor cïng víi phÐp ®o OSNR (thùc hiÖn bëi OSA hoÆc kÜ thuËt pilot tone), ho¹t ®éng cña hÖ thèng giao vËn cã thÓ ®­îc duy tr× ë mét møc cã thÓ chÊp nhËn ®­îc b»ng viÖc thiÕt lËp ng­ìng c¶nh b¸o trªn c¬ së ®¸nh gi¸ gi¸ trÞ cña Q-factor. C¸c kÜ thuËt sè sö dông cho viÖcm« t¶ c¸c tÝn hiÖu quang nhê vµo viÖc ph¸t hiÖn c¸c khèi lçi. C¸c khèi trong d¹ng sè ®­îc kiÓm tra bëi mét m· ph¸t hiÖn lçi EDC (Error Detection code), cho phÐp ph¸t hiÖn mét khçi d÷ liÖu lçi víi kh¶ n¨ng ch¾c ch¾n cã thÓ x¶y ra. VÝ dô mét EDC lµ bit chÌn ch½n lÎ BIP (bit interleaved Parity) ®­îc sö dông trong hÖ thèng SONET/SDH. Ph­¬ng ph¸p tiÕp cËn BIP ®· ®­îc chÊp nhËn cho khung tÝn hiÖu sè trong m¹ng chuyÓn vËn quang. M· BIP tÝnh to¸n th«ng qua c¸c khung ®­îc ghi trong tõ mµo ®Çu cña khung ®ã. ë ®iÓm cuèi cïng phÝa nhËn, m· BIP ®­îc tÝnh to¸n qua mçi khung vµ so s¸nh víi m· phÝa ph¸t, b»ng viÖc ®Õm nh÷ng m· vi ph¹m ®¬n hoÆc ®¸nh gi¸ mçi khung nh­ lµ mét khèi ®¬n. Trong khuyÕn nghÞ ITU-T G.709, kh¼ng ®Þnh r»ng viÖc ¸p dông BIP trong khung tÝn hiÖu sè lµ ®ñ cho viÖc kiÓm tra c¸c kªnh trong m¹ng quang. §Ó ®¸p øng cho hÖ thèng c¸p kÐo dµi, cã thÓ ®­a ra m« h×nh cho hÖ thèng nh­ h×nh vÏ sau:

SVTH §µm H¶i Qu©n

49

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

§©y lµ mét øng dông tiÒm tµng cho phÐp ph¸t hiÖn, nhËn d¹ng vµ ®Þnh vÞ sù suy gi¶m tÝn hiÖu trong m¹ng. KiÓm tra ë møc nót ®Ó ch¾c ch¾n r»ng tÝn hiÖu cã mÆt ë ®Çu vµo vµ ®Çu ra ®ñ nh¹y c¶m víi c¶ t¹p ©m vµ c¸c hiÖu mÐo tÝn hiÖu. T¹i c¸c ®iÓm ®­êng khuÕch ®¹i däc theo hÖ th«ng DWDM, viÖc kiÓm tra bao gåm c¶ ®o l­êng gi¸ trÞ OSNR, c«ng suÊt kªnh vµ b­íc sãng trung t©m, vµ nh÷ng sù thay ®æi c¸c møc nhiÔu. Toµn bé hÖ thèng cÇn ®Æt d­íi sù gi¸m s¸t cña mét m¹ng qu¶n lý riªng. Nh­ vËy, c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn ®ang dÇn thay ®æi thµnh hÖ thèng quang. Do ®ã, kiÓm tra c¸c líp m¹ng quang lµ mét ®iÓm then chèt cho phÐp ®iÒu khiÓn vµ qu¶n lý c¸c m¹ng quang ®Ó cã thÓ ®em l¹i mét gi¸ trÞ QoS cao h¬n vµ c¸c dÞch vô linh ho¹t h¬n. C¸c kÜ thuËt t­¬ng tù vµ sè sÏ cã vai trß bæ xung trong c¸c m¹ng quang thÕ hÖ s¾p tíi. ViÖc kiÓm tra m¹ng dùa trªn c¬ së c¸c th«ng sè t­¬ng tù cã thÓ ®­îc sö dông bªn trong ph¹m vi cña m¹ng, trong khi c¸c kü thuËt chuÈn ho¸ dùa trªn c¬ së c¸c th«ng sè d¹ng sè sÏ vÉn lµ cÇn thiÕt ®Ó ®¸nh gi¸ toµn bé qu¸ tr×nh tõ ®iÓm ®Çu ®Õn ®iÓm cuèi. III. Ph­¬ng ph¸p tiÕp cËn míi cho phÐp kiÓm tra QoS: Trong phÇn nµy chóng ta sÏ ®­a ra mét ph­¬ng ph¸p míi ®Ó kiÓm tra QoS mµ cã thÓ tham gia vµo mét sè nhiÖm vô cho viÖc qu¶n lý lçi vµ c¸c qu¸ tr×nh thùc hiÖn trong c¸c m¹ng toµn quang. Ph­¬ng ph¸p nµy dùa trªn c¬ së ph­¬ng ph¸p kiÓm SVTH §µm H¶i Qu©n

50

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

tra toµn bé c¸c liªn kÕt link-by-link ®Ó kiÓm tra chÊt l­îng cña tÝn hiÖu khi ®i qua mét ®­êng quang (lighpath) trong m¹ng WDM, qu¸ tr×nh triÓn khai ®Þnh tuyÕn b­íc sãng ®éng (dynamic wavelength routing). Do ®ã còng cÇn ph¶i cã nh÷ng kiÕn thøc ban ®Çu vÒ tËp hîn c¸c th«ng sè thi hµnh liªn quan ®­îc sö dông trong m¹ng nh­ lµ møc c«ng suÊt, hÖ sè khuÕch ®¹i, xuyªn ©m vµ c¸c thµnh phÇn nhiÔu khuÕch ®¹i tù ph¸t ASE (Amplified Spontaneous Emission noise). Víi môc ®Ých phæ biÕn nh÷ng th«ng sè trªn n»m trong c¸c TON däc theo mét ®­êng quang ®· lùa chän, ph­¬ng ph¸p nµy dùa trªn c¸c kÜ thuËt ®iÒu khiÓn vµ qu¶n lý ®¸ng tin cËy nh­ lµ ph­¬ng ph¸p chuyÓn m¹ch nh·n ®a giao thøc GMPLS (Generalised Multiprotocol Label Switching) ®em l¹i c¸c ®­êng quang trong m¹ng. Hay nh­ lµ c¸c c¬ cÊu cã kh¶ n¨ng lùa chän ®­êng quang däc theo mét tuyÕn ®· ®Þnh, s¾p xÕp c¸c b­íc sãng ®Ó thùc hiÖn kÕt nèi, hoÆc c¸c chuyÓn m¹ch quang thÝch hîp trong m¹ng. Cuèi cïng, ph­¬ng ph¸p nµy còng cung cÊp c¸c b­íc sãng ®ang ®­îc sö dông hiÖn t¹i trªn mçi liªn kÕt, do ®ã c¸c WSS (Wavelength Selective Switch) t­¬ng øng còng cã thÓ ®­a ra nh÷ng quyÕt ®Þnh cËp nhËt viÖc ®Þnh tuyÕn. Do ®Æc ®iÓm khi thiÕt kÕ, c¸c m¹ng trong suèt kh«ng cã ®ñ kh¶ n¨ng kiÓm tra mét c¸ch toµn bé trªn c¶ ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña c¸c thµnh phÇn quang (trõ nh÷ng qu¸ tr×nh kiÓm tra ®¬n gi¶n nh­ ®o tæng c«ng suÊt). §iÒu nµy dÉn tíi th«ng tin ®iÒu khiÓn cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó chøa ®ùng c¸c th«ng sè ®o l­êng liªn quan. Nãi mét c¸ch kh¸c, mét phÐp kiÓm tra ®Þnh l­îng cã thÓ ®­îc xö lý ®Ó ph¸t hiÖn BER däc theo mét ®­êng quang vµ phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cÇn thiÕt liªn quan cã thÓ ®­îc sö dông víi kho¶ng thêi gian phï hîp mµ kh«ng cÇn ®Õn c¸c tõ mµo ®Çu trong truyÒn th«ng. §iÓm c¬ b¶n trong ph­¬ng ph¸p nµy lµ cho phÐp thay ®æi c¸c th«ng sè liªn quan gi÷a c¸c TON nh­ lµ mét ®­êng quang ®­îc thiÕt lËp. Theo ph­¬ng ph¸p cña chóng ta, mét ®­êng quang bao gåm mét kÕt nèi tõ ®iÓm ®Çu tíi ®iÓm cuèi (end to end connection) gi÷a ®iÓm nguån vµ ®iÓm ®Ých vµ cã thÓ bao gåm mét vµi liªn kÕt trung gian (point to point) cã thÓ ®­îc gäi lµ

SVTH §µm H¶i Qu©n

51

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

®­êng quang ¶o VLP (Virtual LightPath). D¹ng c¬ b¶n cña mét kÕt nèi cã thÓ ®­îc cho nh­ h×nh vÏ sau:

C¸c khèi trong mét ®­êng quang Trong ®ã mçi ®iÓm trung gian TON cã thÓ ®­îc coi nh­ lµ mét nót ¶o VN (Virtual Node). Mçi ®­êng quang ®Òu cã mét bé nhËn ¶o VRx (Virtual Receiver) vµ bé ph¸t ¶o VTx (Virtual Transmitter) trong cïng mét thêi ®iÓm. Do ®ã, viÖc ph¸t hiÖn BER ë ®Çu vµo vµ ®Çu ra trong mçi VN cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó tæng hîp chÊt l­îng cña tÝn hiÖu ®­îc ph¸t cã thÓ kh«ng hoµn chØnh däc theo mét VLP, nh­ng däc theo toµn bé mét ®­êng quang ®· lùa chän. KÕt qu¶, vÒ c¬ b¶n nã thÓ dÉn tíi viÖc ph¸t hiÖn nhanh vµ dÔ dµng ®Þnh vÞ sù suy gi¶m QoS vµ tÊn c«ng trong m¹ng. Do BER lµ mét th«ng sè c¬ b¶n trong mét ®­êng quan vµ cã thÓ ®­îc ph¸t hiÖn chØ khi tÝn hiÖu n»m trong ph¹m vi phÇn ®iÖn ph­¬ng ph¸p nµy quyÕt ®Þnh viÖc sö dông mét thiÕt bÞ ph¸t hiÖn ®­îc gäi lµ QoS Guard-QoSG. ThiÕt bÞ nµy bao gåm mét khèi xö lý quang OPU (Optical Processing Unit) vµ mét khèi QoSU (QoS Unit) ®­îc cho nh­ trong h×nh sau:

SVTH §µm H¶i Qu©n

52

K37IG - §HKTCN

§å ¸n m«n häc T.T Quang

Ngµnh §TVT

C¸c khèi QoSG nµy ®­îc chÌn vµo mét ®iÓm ph©n nh¸nh ë ®Çu vµo hoÆc ®Çu ra cña tÝn hiÖu trªn mét ®­êng quang, vµ thùc hiÖn t¸ch tÝn hiÖu ra thµnh tõng phÇn ®Ó kiÓm tra. D¶i tÝn hiÖu quang sau ®ã ®­îc ®­a vµo xö l ý trong OPU vµ kÕt qu¶ tÝn hiÖu ®iÖn ®­îc xö lý trong QoSU, t¹i ®©y thùc hiÖn viÖc tÝnh to¸n sù suy gi¶m BER vµ kÝch ho¹t c¸c thiÕt bÞ c¶nh b¸o kh¸c. Tuy nhiªn néi dung c¬ b¶n cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ b¶o vÖ chèng l¹i sù suy gi¶m trong truyÒn dÉn ë tÊt c¶ mäi ®iÓm trong m¹ng nÕu x¶y ra. Do ®ã, ph­¬ng ph¸p nµy ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu chøc n¨ng sau: 1. Ph¸t hiÖn nhanh vµ chÝnh x¸c sù suy gi¶m däc theo ®­êng quang 2. DÔ dµng ®Þnh vÞ c¸c ®iÓm ph¸ vì dÞch vô vµ suy gi¶m QoS 3. NhËn d¹ng ®óng vµ thõa nhËn nguån vµ tr¹ng th¸i tù nhiªn cña sù ph¸ vì dÞch vô trong m¹ng.

SVTH §µm H¶i Qu©n

53

K37IG - §HKTCN