Nghiên cứu giải pháp tăng hiệu năng truyền dữ liệu trên mạng thông tin quang

Hiện nay với việc phát triển phương pháp khả nǎng siêu đại FT-1.7G, 1.6G… Trong tương lai ngoài việc phát triển liên tục về ghép kênh và kỹ thuật liên lạc quang học như trên, chúng ta có

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THÔNG VIỄN THÔNG

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG HIỆU NĂNG TRUYỀN DẪN

DỮ LIỆU TRÊN MẠNG THÔNG TIN QUANG

TÁC GIẢ LUẬN VĂN: MAI XUÂN CHINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG HIỆU NĂNG TRUYỀN DẪN

DỮ LIỆU TRÊN MẠNG THÔNG TIN QUANG

TÁC GIẢ LUẬN VĂN: MAI XUÂN CHINH

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

MÃ SỐ: 852.0208

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM NGỌC NAM

HÀ NỘI - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì viết trong luận văn là do sự tham khảo, tìm tòi, học hỏi của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Phạm Ngọc Nam Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác (nếu có) đều được trích dẫn cụ thể

Đề tài luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo

vệ luận văn thạc sĩ nào và cũng chưa hề được công bố trên bất kỳ một phương tiện nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về những lời cam đoan trên!

Hà nội, ngày 08 tháng 01 năm 2019

Người cam đoan

Mai Xuân Chinh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành cuốn luận văn này, trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến PGS.TS Phạm Ngọc Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn

Tôi chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa, các Thầy Cô giáo Khoa Đào tạo sau Đại học Viện Đại học Mở Hà Nội

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những người thân của tôi đã quan tâm động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Với khả năng nghiên cứu của bản thân còn nhiều thiếu sót, tôi xin kính mong được sự chỉ dẫn và đóng góp của các chuyên gia, các Thầy Cô và các bạn đồng nghiệp

để đề tài này được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH VIỆT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1

1.1 Lịch sử phát triển và tổng quan hệ thống 1

1.2 Thành phần cơ bản của hệ thống truyền dẫn 3

1.3 Nguyên lý hoạt động 3

1.3.1 Môi trường sợi quang 3

1.3.2 Bộ phát quang 4

1.3.3 Bộ thu quang 5

1.4 Kết luận chương 1 5

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG HIỆU NĂNG MẠNG TRUYỀN DỮ LIỆU 7

2.1 Phương pháp ghép kênh theo thời gian PDH 7

2.1.1 Khái niệm công nghệ PDH (Plesiochronous Digital Hierachry) 7

2.1.2 Các tiêu chuẩn phân cấp số cận đồng bộ 9

2.1.3 Ghép kênh PDH 10

2.1.4 Tách kênh PDH 10

2.1.5 Các nhược điểm của PDH 12

2.2 Phương pháp ghép kênh theo thời gian SDH 13

2.2.1 Khái niệm SDH 13

2.2.2 Các cấp độ truyền dẫn trong SDH 15

2.2.3 Các tiêu chuẩn ghép kênh SDH 15

2.2.4 Ưu và nhược điểm của SDH 15

2.3 Phương pháp ghép kênh theo thời gian SDH thế hệ mới (NG - SDH) 16

2.3.1 Khái niệm NG – SDH 16

2.3.2 Các công nghệ sử dụng trong NG – SDH 17

2.3.3 Ưu nhược điểm của công nghệ NG - SDH 22

2.4 Phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng WDM 23

2.4.1 Tổng quan ghép kênh theo bước sóng WDM 23

2.4.2 Đặc điểm của hệ thống WDM 27

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống WDM 27

2.5.1 Kỹ thuật ghép bước sóng quang mật độ cao DWDM 28

2.5.2 Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang 28

2.5.3 Các tham số chính trong DWDM 34

2.5.3.1 Suy hao của sợi quang 34

2.5.3.2 Số kênh bước sóng 35

2.5.3.3 Độ rộng phổ của nguồn phát 36

2.5.3.4 Quỹ công suất 37

2.5.3.5 Tán sắc 38

2.5.3.6 Vấn đề ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến 41

2.5.3.7 Dải bước sóng làm việc của DWDM 48

2.5.4 Các ưu nhược điểm của hệ thống DWDM 49

2.6 Phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng ghép với mật độ cao kết hợp với điều chế phase trên một bước sóng 49

2.6.1 Khái niệm 49

2.6.2 Các dạng điều chế 50

2.6.3 Ưu điểm và hạn chế 53

2.7 Kết luận chương 2 53

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TĂNG HIỆU NĂNG TRUYỀN DỮ LIỆU TRÊN ĐƯỜNG TRỤC TP HỒ CHÍ MINH – VŨNG TÀU 55

3.1 Lựa chọn công nghệ tăng hiệu năng truyền dữ liệu 55

3.2 Tăng hiệu năng bằng phương pháp sử dụng sợi bù tán sắc DCF cho hệ thống DWDM 55

3.3 Mô phỏng tuyến quang từ TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu 58

3.3.1 Cơ sở thiết kế kỹ thuật 58

3.3.1.1 Yêu cầu tuyến truyền dẫn TP Hồ Chí Minh - Vũng Tàu 58

3.3.1.2 Thiết kế thông số DWDM áp dụng sợi bù tán sắc DCF 59

3.3.1.3 Tính toán thông số bộ khuếch đại EDFA 59

3.3.2 Phần mềm mô phỏng Optisystem 59

3.3.2.1 Thiết lập các thông số cho hệ thống 60

3.3.2.2 Tiến hành mô phỏng và kết quả mô phỏng 66

3.4 Kết luận chương 3 76

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH VIỆT

Multiplexer

Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

sợi pha trộn Erbium

OPA Optical Pre-Amplifier Bộ tiền khuếch đại

quang

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng so sánh giữa GE và FC 17

Bảng 2.2 So sánh hiệu quả sử dụng các dịch vụ khi có và không dùng VCAT 18

Bảng 2.3 So sánh GFP-F và GFP-T 20

Bảng 2.4 Độ rộng phổ của kênh 34

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu hình của hệ thống truyền dẫn 3

Hình 1.2 Sơ đồ bộ phát quang 4

Hình 1.3 Sơ đồ bộ thu quang 5

Hình 2.1 Cấu trúc ghép PDH của 4*2,048Mbit/s 8

Hình 2.2 Ghép 4*2,048Mbit/s thành luồng số 8,448Mbit/s 8

Hình 2.3 Cấu trúc khung tiêu chuẩn Nhật Bản 9

Hình 2.4 Ghép kênh PDH 10

Hình 2.5 Sơ đồ ghép và tách luồng trong PDH 11

Hình 2.6 Sơ đồ xen rẽ luồng 11

Hình 2.7 Các tốc độ PDH được sử dụng cho truy cập vào luồng SDH 14

Hình 2.8 Các cấp truyền dẫn STM-N 15

Hình 2.9 Cấu trúc khung GFP 19

Hình 2.10 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 24

Hình 2.11 Hệ thống WDM đơn hướng và song hướng 26

Hình 2.12 Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng 29

Hình 2.13 Sơ đồ truyền dẫn một chiều trên hai sợi quang 30

Hình 2.14 Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang 31

Hình 2.15 Phân loại các bộ ghép bước sóng quang 31

Hình 2.16 Sự phân chia dải bước sóng làm việc tại cửa sổ 1550 nm 48

Hình 2.17 Phổ công suất của tín hiệu ASK 50

Hình 2.18 Các kiểu điều chế FSK 51

Hình 2.19 Phổ công suất tín hiệu điều chế MSK 52

Hình 2.20 Phổ của tín hiệu PSK 52

Hình 3.1 Phổ tán sắc của sợi DCF 57

Hình 3.2 Mô hình tuyến quang sử dụng bộ khuếch đại EDFA 58

Hình 3.3 Phần mềm Optisystem 60

Hình 3.4 Thông số Bộ phát quang và ghép kênh MUX 60

Hình 3.5 Thông số Bộ phát quang 32 kênh 61

Hình 3.6 Thông số Bộ giải điều chế DMUX 32 kênh 61

Hình 3.7 Thông số Sợi quang G655 63

Hình 3.9 Thông số bộ Khuếch đại EDFA 66

Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống DWDM không sử dụng sợi bù tán sắc DCF 67

Hình 3.11 Quang phổ tín hiệu trước và sau truyền dẫn 68

Hình 3.12 Công suất tại các bước tróng trước và sau truyền dẫn 69

Hình 3.13 Tỷ số lỗi bit BER, S/N tại 4 tần số đầu ra 1,16,24,32 71

Hình 3.14 Quang phổ tín hiệu trước và sau truyền dẫn 73

Hình 3.15 Công suất tại các bước tróng trước và sau truyền dẫn 74

Hình 3.16 Tỷ số lỗi bit BER, S/N tại 4 tần số đầu ra 1,16,24,32 76

Đáp ứng yêu cầu trên, chúng ta thấy cho đến nay sợi quang vẫn được xem là môi trường lý tưởng cho việc truyền tải lưu lượng cực lớn Đối với hệ thống dung lượng thấp, công nghệ TDM thường được sử dụng để tăng dung lượng truyền dẫn của một kênh đơn lên 10/40/100Gbps Tuy nhiên việc mở rộng băng thông rất khó khăn, khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbps bản thân các mạch điện tử sẽ không thể đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp, thêm vào đó chi phí cho giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động phức tạp đòi hỏi công nghệ cao

Để nâng cao tốc độ truyền dẫn, trên thế giới hiện nay đã và đang phát triển công nghệ kênh quang phân chia theo bước sóng mật độ cao DWDM có thể truyền dẫn lên đến 400Gbps Tuy nhiên so với nhu cầu thông tin hiện nay thì vẫn chưa đáp ứng được, vì vậy việc nghiên cứu một giải pháp nhằm tăng hiệu năng truyền dữ liệu trên mạng thông tin quang là hết sức cần thiết

Ở Việt Nam hiện nay, mạng thông tin quang đang chiếm một vị trí rất quan trọng Các tuyến cáp quang được hình thành, hệ thống truyền dẫn trục bắc nam lên tới 100Gbps, các tuyến cáp biển và đất liền từ Việt Nam đi quốc tế lên tới 54,8 Tbps nhưng vẫn không thể đáp ứng được nhu cầu thông tin hiện tại Với sự phát triển không ngừng của công nghệ 4.0 nhất là trong lĩnh vực công nghệ thông tin và viễn thông, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng Vì vậy, với hệ thống truyền dẫn hiện nay không thể đáp ứng được nhu cầu băng thông ngày càng gia tăng Để thông tin được truyền đi một cách thông suốt, cần nghiên cứu và xây dựng một giải pháp nhằm tăng hiệu năng truyền dữ liệu cho mạng thông tin quang hiện tại

Chính vì lý do trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp tăng hiệu năng

truyền dữ liệu trên mạng thông tin quang” Luận văn này sẽ giới thiệu kiến thức

chung về hệ thống thông tin quang, các giải pháp bảo vệ mạng khi gặp sự cố và đưa

ra giải pháp sử dụng thiết bị để tăng hiệu năng truyền dữ liệu trên mạng thông tin quang

Luận văn này, bao gồm 03 chương:

Chương 1 nói về tổng quan hệ thống thông tin quang cho người đọc có cái nhìn nhận tổng quan hệ thống thông tin quang với những ưu điểm vượt trội so với

hệ thống thông tin điện tử

Chương 2 trình bày các công nghệ truyền dẫn quang, qua đó giúp ta có cái nhìn khái quát những ưu điểm nhược điểm của từng công nghệ khi ứng dụng vào thực thế để tăng hiệu năng truyền dữ dữ liệu trên cơ sở hạ tầng truyền dẫn hiện có Chương 3 lựa chọn công nghệ truyền dẫn quang tối ưu nhất đáp ứng được yêu cầu tăng hiệu năng khi truyền dữ liệu và triển khai thực tế trên tuyến truyền dữ liệu Vũng Tàu - Tp.HCM

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN

QUANG

Chương này trình bày tổng quan hệ thống thông tin quang, bao gồm: về lịch sử phát triển; thành phần cơ bản nhất của hệ thống truyền dẫn và nguyên lý hoạt động của từng thành phần, từ đó giúp ta thấy được những ưu điểm vượt trội của hệ thống thông tin quang so với các hệ thống thông tin khác

Phương pháp truyền dẫn đa lộ cũng đã bắt đầu từ khi có dây dẫn ba mạch thực hiện ở Mỹ nǎm 1925 và qua phát triển cáp đồng trục có 240 mạch, hiện nay đã sử dụng phương pháp liên lạc cơ bản với cáp đồng trục có 3.600 - 10.800 mạch, FDM (Ghép kênh theo tần số) nhiều mạch 1.800 mạch bởi vi ba

Mặt khác từ nǎm 1930, phương pháp 24 mạch PAM (Điều chế biên độ xung)

và PWM (Điều chế độ rộng xung) đã phát triển nhưng chưa phổ biến Ngay sau đó, A.H Reeves phát huy PCM (Điều chế mã xung)

Nhưng phương pháp liên lạc viễn thông mới kết hợp những phương pháp PCM cũng không được áp dụng thuận lợi Nǎm 1948, ngay sau khi kết thúc chiến tranh thế giới thứ hai, thiết bị PCM để thí nghiệm đã được thiết kế và sản xuất ở

Mỹ Nhưng nó cũng không được thực hiện vì lúc đó ống điện tử chỉ là một phần tử tích cực và ống mã dùng cho mã hoá có nhiều vấn đề khi thực hành Sự phát minh

kỹ thuật bán dẫn tiếp theo phát minh chất bán dẫn đóng vai trò quyết định trong việc

áp dụng PCM Lúc đó việc ghép kênh cáp tiếng nói bởi phương pháp PCM đã đánh dấu bước phát triển to lớn trong lịch sử liên lạc viễn thông Phương pháp PCM có

tính thời đại đã ra đời khi có nhu cầu mạch sóng mang gần tǎng lên và việc ghép không thể thực hiện được vì có khó khǎn trong việc thiết lập mới hoặc thêm cáp trao đổi Dĩ nhiên cũng có sẵn phương pháp sóng mang gần FDM nhưng nó không thể so sánh được với phương pháp PCM về mặt kinh tế và chất lượng truyền dẫn Hơn nữa phương pháp FDM cũng không thể hoạt động được trong điều kiện yếu kém của cáp địa phương và đường dài, nhưng phương pháp PCM có ưu điểm lớn là

có thể hoạt động được trong điều kiện như vậy Do đó hệ thống T1 (bộ điện thoại 1) dùng trong liên lạc viễn thông công cộng sử dụng phương pháp PCM ở Chicago (Mỹ) trong nǎm 1962, phương pháp PCM-24 áp dụng ở Nhật nǎm 1965, phương pháp Châu Âu hiện nay (CEPT) đã phát triển và sử dụng trong những nǎm 1970 Lúc đó, ITU-T đã kiến nghị G.733 như là một phương pháp Bắc Mỹ (NAS) và G.732 như là phương pháp Châu Âu Mặt khác liên lạc quang cũng đánh dấu bước phát triển về liên lạc viễn thông đã được tích cực nghiên cứu với việc phát minh laser nǎm 1960 Khi đó, việc nghiên cứu sử dụng sóng không gian và ống dẫn chùm tia quang học là phương tiện truyền dẫn rất sôi động, khả nǎng truyền dẫn quang học sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn được phát huy nǎm 1966, phần chính của nghiên cứu liên lạc quang học tập trung vào truyền dẫn sợi cáp quang sử dụng sợi quang học làm phương tiện truyền dẫn qua việc bổ sung tổn hao truyền dẫn sợi cáp quang 20 dB/km trong nǎm 1970

Hiện nay với việc phát triển phương pháp khả nǎng siêu đại FT-1.7G, 1.6G… Trong tương lai ngoài việc phát triển liên tục về ghép kênh và kỹ thuật liên lạc quang học như trên, chúng ta có thể phát triển kỹ thuật liên quan như truyền dẫn thuê bao số và phát triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (khả nǎng kênh xoá ) trên mạng đã có, kỹ thuật UNI (giao tiếp mạng - người sử dụng) về tiếng nói, số liệu, thông tin hình ảnh và kỹ thuật NNI (giao tiếp nút - mạng), kỹ thuật tổ hợp siêu cao VLSI (tổ hợp quy mô rất lớn) bao gồm các loại kỹ thuật mã hoá, kỹ thuật truyền dẫn

F-số đồng bộ, mạng nối chéo, và bảo dưỡng mạng, mạng CCR (cấu hình lại điều khiển khách hàng), IN (mạng thông minh) và v.v để chuẩn bị cho dải hẹp ISDN trong giai đoạn đã thực hiện một phần

1.2 Thành phần cơ bản của hệ thống truyền dẫn

Hình 1.1 Cấu hình của hệ thống truyền dẫn

Hình 1.1 thể hiện cấu hình hệ thống truyền dẫn cơ bản nhất, bao gồm: một bộ phát; một kênh thông tin và một bộ thu, đây được xem là ba phần tử cơ bản và chung nhất cho tất cả các hệ thống thông tin Các hệ thống thông tin quang có thể được phân thành hai loại: có môi trường dẫn (guided) và không dẫn (unguided) tín hiệu quang Trong trường hợp hệ thống quang có môi trường dẫn, chùm quang từ

bộ phát bị giam hãm về không gian khi lan truyền và được thực hiện qua việc sử dụng sợi quang trong thực tế [1]

1.3 Nguyên lý hoạt động

1.3.1 Môi trường sợi quang

Là một kênh thông tin để truyền tải tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu mà tránh làm méo dạng tín hiệu Hầu hết các hệ thống thông tin quang sử dụng sợi quang như là kênh thông tin vì các sợi quang thủy tinh có thể truyền dẫn ánh sáng với suy hao nhỏ chỉ cỡ 0,2 dB/km, thậm chí khi mức công suất quang giảm chỉ còn 1% sau 100 km

Do vậy, suy hao sợi quang có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế hệ thống

và xác định khoảng cách bộ lặp hoặc bộ khuyếch đại của một hệ thống thông tin quang khoảng cách lớn Một vấn đề thiết kế quan trọng khác là tán sắc sợi quang gây ra sự trải rộng các xung quang khi truyền dẫn Nếu các xung quang trải rộng nhiều ra ngoài khe thời gian được cấp phát cho chúng, thì tín hiệu bị suy giảm nghiêm trọng và khó có thể khôi phục được tín hiệu ban đầu với độ chính xác cao Vấn đề này là nghiêm trọng nhất trong trường hợp các sợi đa mode do mức độ dãn

xung cỡ ~ 10 ns/km Hầu hết các hệ thống thông tin quang ngày nay sử dụng sợi đơn mode có mức độ dãn xung nhỏ hơn nhiều (< 0,1ns/km)

bộ điều biến ngoài Phương thức điều biến trực tiếp mặc dù hiệu quả về chi phí nhưng bị giới hạn về tính năng khi điều biến dữ liệu ở tốc độ cao, Hình 1.2 là sơ đồ các thành phần của bộ phát quang cơ bản [2]

Hình 1.2 Sơ đồ bộ phát quang

Phương thức điều chế ngoài thường hay sử dụng cho hệ thống tốc độ cao Ở đây nguồn quang thường sử dụng là laser diode phát ra ánh sáng liên tục, còn tín hiệu điện điều biến sóng mang quang thông qua bộ điều biến ngoài Nhờ sử dụng bộ điều biến ngoài, ngoài định dạng điều biến cường độ (IM) thì các định dạng điều biến tiên tiến khác như PSK, FSK hay QAM cũng có thể được thực hiện dễ dàng

1.3.3 Bộ thu quang

Bộ thu quang thực hiện chức năng chuyển đổi tín hiệu quang thu được tại đầu

ra tuyến sợi quang thành tín hiệu điện (Hình 1.3), bao gồm: một bộ ghép nối, một

bộ tách sóng quang và một bộ giải điều chế Bộ ghép nối để tập trung tín hiệu quang thu được vào bộ tách sóng quang Các diode thu quang bán dẫn được sử dụng như

là các bộ tách sóng quang để chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Bộ giải điều chế phụ thuộc vào các định dạng điều biến được sử dụng mà có cấu trúc một cách cụ thể Các hệ thống thông tin quang sợi hiện tại hầu hết sử dụng phương thức điều biến cường độ thu trực tiếp (IM/DD) thì quá trình giải điều chế được thực hiện bởi mạch quyết định để xác định các bit thông tin thu được là 1 hoặc 0 phụ thuộc vào biên độ tín hiệu điện thu được [2]

Hình 1.3 Sơ đồ bộ thu quang

Hiệu năng của một hệ thống thông tin quang số được xác định qua tỉ số lỗi bit (BER) như là xác suất trung bình thu sai bit Hầu hết các hệ thống thông tin quang sợi xác định BER cỡ 10-9 như là yêu cầu tối thiểu khi hoạt động, một số hệ thống thậm chí còn yêu cầu BER rất nhỏ chỉ cỡ 10-14

1.4 Kết luận chương 1

Chương 1 nêu ra được cái nhìn tổng quan và mô hình cơ bản nhất của một hệ thống thông tin quang Từ đó, chúng ta thấy được những ưu điểm vượt trội so với

hệ thống thông tin điện tử, như:

- Suy hao truyền dẫn thấp dẫn tới giảm được trạm lặp, kéo dài được cự ly truyền dẫn

- Băng tần truyền dẫn lớn, đáp ứng được thuê bao dịch vụ dải rộng

- Sợi quang được chế tạo từ những nguyên liệu chính là thạch anh hay nhựa tổng hợp nên nguồn nguyên liệu rất dồi dào, rẻ tiền Sợi có đường kính nhỏ, trọng lượng nhỏ, không có xuyên âm rất dễ lắp đặt và uốn cong

- Dùng cáp sợi quang rất kinh tế trong cả việc sản xuất cũng như lắp đặt và bảo dưỡng Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ, không dẫn điện, không gây chập, cháy Không chịu ảnh hưởng của nhiễu từ trường bên ngoài (như sóng vô tuyến điện, truyền hình, ảnh hưởng của cáp điện cao thế .) dẫn đến tính bảo mật thông tin cao

Do có những ưu điểm trên mà các hệ thống thông tin quang được sử dụng rộng rãi trên mạng lưới viễn thông của nhiều quốc gia, chúng được xây dựng làm các tuyến đường trục, trung kế, liên tỉnh Tại Việt Nam cáp quang đã và đang lắp đặt với tuyến truyền dẫn đường dài liên tỉnh dùng cáp ngầm, tốc độ hệ thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về cự ly truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch

vụ viễn thông cấp cao trong mạng lưới viễn thông

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG HIỆU

NĂNG MẠNG TRUYỀN DỮ LIỆU

Tiếp theo chương 1, chương 2 trình bày các phương pháp áp dụng để tăng hiệu năng truyền dữ liệu trong hệ thống thông tin quang, bao gồm: phương pháp ghép kênh theo thời gian PDH; phương pháp ghép kênh theo thời gian SDH; phương pháp ghép kênh theo thời gian SDH thế hệ mới (NG - SDH); phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng WDM; phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng ghép với mật độ cao DWDM; phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng ghép với mật độ cao kết hợp với điều chế phase trên một bước sóng Qua đó, ta có những đánh giá cụ thể về ưu nhược điểm của từng phương pháp, để từ đó đưa ra lựa chọn phương pháp tối ưu nhất giúp tăng hiệu năng truyền dữ liệu khi ứng dụng thực tế trên mạng thông tin quang

2.1 Phương pháp ghép kênh theo thời gian PDH

2.1.1 Khái niệm công nghệ PDH (Plesiochronous Digital Hierachry)

PDH là kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu phân cấp số cận đồng bộ, kỹ thuật phân cấp số cận đồng bộ PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) là quá trình ghép kênh một sô luồng đơn lẻ có tốc độ thấp đê tạo thành một luồng có tốc độ cao hơn Trong cấu trúc số cận đồng bộ PDH thì để ghép được luồng số có tốc độ cao ta phải ghép 4 luồng số có tốc độ thấp hơn (Theo tiêu chuẩn CEPT) mà các luồng số 2Mbit/s được tạo ra từ thiết bị ghép kênh hoặc từ các tổng đài điện tử số khác nhau, do đó có sự khác nhau về tần số sung đồng hồ dẫn đến tốc độ bit của các luồng số khác nhau tốc

độ [1] Vì vậy, trước khi ghép ta phải hiệu chỉnh cho tốc độ của các luồng số có tốc

độ bit bằng nhau tức là phải thực hiện việc chèn thêm các bít giả thông tin (Justification Bit), kết hợp với việc chèn bit chứ không đồng bộ về pha khi ghép Khi tách luồng thì phải làm ngược lại tức là tách các bit chèn và đồng bộ ra, Hình 2.1 mô tả cấu trúc ghép kênh luồng 2Mb/s:

Hình 2.1 Cấu trúc ghép PDH của 4*2,048Mbit/s

C11 C21 C31: Điều khiền chèn bit S1

C12 C22 C33: Điều khiển chén bit S2

Các luồng sơ cấp cơ bản (1,5Mbit/s, 2Mbit/s) đến từ các thiết bị ghép kênh hoặc các tổng đài điện tử khác nhau, do vậy chúng được gọi là các luồng số cận đồng bộ VD: Khi ghép 4 luồng 2Mbit/s thành một luồng số có tốc độ 8,448Mbit/s thì quá trình được thực với sơ đồ nguyên lý như Hình 2.2:

Hình 2.2 Ghép 4*2,048Mbit/s thành luồng số 8,448Mbit/s

Khi ghép 4*2,048Mbit/s = 8,192Mbit/s mà tốc độ chuẩn của khung truyền dẫn là 8,448Mbit/s Vậy ta phải thực hiện việc chèn bit vào các luồng số

2,048Mbit/s để hiệu chỉnh tốc độ của chúng Tức là chèn thêm các bit F, A, N, C Với F: Frame Synchronous gồm 10 bit = 1111010000

C: Bit điều khiển chèn

A: (Synchronous Alarm), trong đó A = 0: Đang đồng bộ; A = 1: Mất đồng bộ

N = 0: Cho quốc gia; N = 1: Cho quốc tế

2.1.2 Các tiêu chuẩn phân cấp số cận đồng bộ

Hiện nay, trên thế giới có 3 tiêu chuẩn tốc độ bit PDH Đó là tiêu chuẩn Châu

Âu, tiêu chuẩn Bắc Mỹ và tiêu chuẩn Nhật Bản

- Tiêu chuẩn Châu Âu: Châu Âu dựa trên tốc độ bit cơ sở 2,048Mbit/s để xen bit thành các tốc độ bit cao hơn và gồm 5 mức

- Tiêu chuẩn Bắc Mỹ: Bắc Mỹ sử dụng luồng cơ sở 1544Kbit/s từ thiết bị ghép kênh PCM – 24 hoặc từ các tổng đài điện tử số để ghép xen bit thành các luồng số

có tốc độ bit cap hơn và gồm 4 mức

- Tiêu chuẩn Nhật Bản: Hai mức đầu tiên của Nhật Bản hoàn toàn giống như tiêu chuẩn Bắc Mỹ và có tất cả 5 mức như mô tả Hình 2.3:

Hình 2.3 Cấu trúc khung tiêu chuẩn Nhật Bản

2.1.3 Ghép kênh PDH

Trong hệ thống cận đồng bộ PDH, quá trình ghép kênh từ tín hiệu cận đồng

bộ cấp thấp sẽ được ghép thành tín hiệu cấp cao hơn Ghép luồng 2Mbit/s thành luồng 140Mbit/s phải qua tất cả các mức trung gian 8Mbit/s, 34Mbit/s thông qua việc sử dụng các thiết bị ghép kênh số cấp 2 (2DME) cấp 3 (3DME) và cấp 4 (4DME) như Hình 1.5:

Hình 2.4 Ghép kênh PDH Trong đó:

DDF (Digital Distribution Frame: Khung phân phối kỹ thuật số

DME (Digital Multiplexer Equipment): Thiết bị ghép kênh kỹ thuật số

OLTE (Optical Line Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối đường dây quang

2.1.4 Tách kênh PDH

Khi phân kênh, phải thực hiện ngược lại, để có thể xâm nhập đến luồng 2Mbit/s ta cần tách kênh 140Mbit/s thành 64 luồng 2Mbit/s qua các bước trung gian

34Mbit/s, 8Mbit/s và 2Mbit/s cũng thông qua các thiết bị tách, ghép kênh cấp 2, 3,

4 Hình 2.5 thể hiện quá trình thêm, bỏ các bít chèn trong tín hiệu đồng bộ khung:

Hình 2.5 Sơ đồ ghép và tách luồng trong PDH

Hình 2.6 Sơ đồ xen rẽ luồng

- Tín hiệu đồng bộ được tách ra

- Khôi phục lại từ chốt khung

- Lấy lại các bit đã chèn vào

Nhận xét:

- Tốc độ bit của hệ ANSI: 1,5Mb/s, 6Mb/s, 45Mb/s và 405Mb/s

- Tốc độ bit của hệ CEPT: 2Mb/s, 8Mb/s, 34Mb/s, 140Mb/s

- Mỗi tín hiệu sau khi ghép kênh có cấu trúc khung không như nhau

- Các tín hiệu nhánh không sử dụng đồng bộ khung

- Các tín hiệu nhánh gần đồn bộ nới nhau (gọi là cận động bộ) tức là tần số nhịp mặc dù có cùng giá trị nhưng lại hơi khác nhau

Quá trình ghép kênh chia thành các cấp:

- Cấp 2: Ghép 64 luồng 2Mbit/s thành 16 luồng 8Mbit/s dùng 8 x 2DME

- Cấp 3: Ghép 16 luồng 8Mbit/s thành 4 luồng 34Mbit/s dùng 4 x 3DME

- Cấp 4: Ghép 4 luồng 34Mbit/s thành 1 luồng 140Mbit/s dùng 1 x 4DME Tuy nhiên kỹ thuật ghép luồng này không cho phép việc quản lý mạng một cách tập trung, để thực hiện được chức năng này các thiết bị ghép luồng phải được cài đặt thêm và kết nối từ xa với các trung tâm quản lý điều hành và khai thác hệ thống

2.1.5 Các nhược điểm của PDH

Mạng PDH chủ yếu đáp ứng các dịch vụ điện thoại tốc độ thấp, đối với các dịch vụ mới như điện thoại truyền hình, truyền số liệu, ISDN hoặc các dịch vụ phi thoại khác thì mạng PDH khó có thể đáp ứng được vì tốc độ cao nhất của truyền dẫn PDH là: VMAX = 564,992Mbit/s tương đương 7680 kênh thoại

Chưa có tiêu chuẩn chung cho thiết bị đường chung, các nhà sản xuất chỉ mới

có tiêu chuẩn đặc trưng riêng cho các thiết bị riêng của họ Do vậy, việc hòa mạng

là rất khó khan nhất là khi hòa mạng hai cấp truyền dẫn khác nhau

Mạng PDH điều khiển bằng phần cứng nên không linh hoạt trong việc kết nối các luồng tín hiệu, khi dung lượng quá lớn và khi có nhu cầu rẽ luồng có dung lượng thấp (34Mbit/s hoặc 2Mbit/s) từ một luồng có dung lượng lớn (140Mbit/s) thì việc tách kênh qua các cấp trung gian để hạ tốc độ cao xuống tốc độ thấp tương

ứng, cũng như việc ghép luồng cũng phải trải qua từ cấp tháp đến cấp cao để đạt được tốc độ yêu cầu Do đó, PDH không mềm dẻo và không thuận tiện trong việc kết nối

Hệ thống PDH thiếu phương tiện giám sát và do thử từ xa mà chỉ có thể tiến hành ngay tại chỗ Chưa có các thông tin chi tiết phục vụ cho việc quản lý mạng vì

ta chỉ chèn các bit F, A, N, C, nên độ trượt (jitter) bé

Trong PDH thì việc thực hiện ghép kênh theo kiểu xen bit (trừ luồng 2Mbit/s) còn đồng bộ các luồng số thực hiện theo kiểu chèn bit dương (Bit Insert)

Các thông tin bảo trì không liên tiếp với toàn tuyến mà chỉ với từng đoạn tuyến riêng lẻ, thủ tục bảo vệ toàn tuyến phức tạp

Đồng hồ (clock) tại các nút mạng không đồng bộ với nhau do đó sinh ra hiện tượng trượt (slip)

Sự hạn chế về xen/rẽ các kênh khiến kết nối kém linh hoạt và khó cung cấp dịch vụ nhanh chóng, đồng thời lại đòi hỏi nhiều thiết bị ghép kênh làm cho giá thành tăng lên

2.2 Phương pháp ghép kênh theo thời gian SDH

2.2.1 Khái niệm SDH

Do nhu cầu về truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao ngày càng tăng Ngoài dịch vụ thoại bình thường các dịch vụ phi thoại khác như hội nghị truyền hình, thâm nhập đến cơ sở dữ liệu từ xa (internet), đặc biệt là mạng đa dịch vụ bang rộng (B-ISDN) Đòi hỏi một mạng linh hoạt có thể đáp ứng được yêu cầu độ rộng dải thông hầu như không giới hạn

Sự phức tạp của mạng được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật truyền dẫn PDH không thể đáp ứng được những yêu cầu trên PDH phát triển để đáp ứng nhu cầu của điện thoại thông thường, không phù hợp với truyền dẫn và quản lý các tuyến có

độ rộng băng tần lớn SDH ra đời nhằm giải quyết những nhược điểm này của PDH Khi sử dụng sợi quang, mạng SDH có khả năng tăng đáng kể độ rộng băng tần sẵn

có, giảm số lượng thiết bị trong mạng Trong SDH, việc cung cấp quản lý mạng phức tạp hơn tạo ra tính linh hoạt cao, độ sẵn sàng thông tin tốt hơn và đảm bảo cung cấp các dịch vụ nhanh hơn

Với sự phát triển của kỹ thuật LASER và sợi dẫn quang, vi ba số 1985 Bellcore ở Bắc Mỹ đã phát triển hệ thống SONET như một tiêu chuẩn quốc gia thay thế một cách hiệu quả cho tiêu chuẩn PDH [3]

Hình 2.7 Các tốc độ PDH được sử dụng cho truy cập vào luồng SDH

Hệ thống phân cấp đồng bộ SDH ra đời phù hợp với sự phân cấp Châu Âu (tốc

độ cơ bản 2,048Mbit/s) lại vừa phù hợp với sự phân cấp tiêu chuẩn Bắc Mỹ (tốc độ

cơ bản 1,544Mbit/s) SDH được coi là một hệ thống truyền dẫn tạo bởi sự kết hợp các tín hiệu nhánh có tốc độ khác nhau được mô tả trong Hình 2.7 là: 1,5; 2; 6; 34; 45; 140Mbit/s, trong một tín hiệu có tốc độ cao, có phân cấp tiêu chuẩn hóa quốc tế bởi sự nhân kênh số đồng bộ trực tiếp [3]

2.2.2 Các cấp độ truyền dẫn trong SDH

Trong SDH thì các cấp truyền dẫn được gọi là các Module (khối) truyền dẫn đồng bộ STM theo Hình 2.8 sau [4]:

Hình 2.8 Các cấp truyền dẫn STM-N

2.2.3 Các tiêu chuẩn ghép kênh SDH

Hiện nay các tiêu chuẩn SDH của CCITT kết hợp của hai tiêu chuẩn SDH của

Châu Âu do ETSI (European Telecomunication Standard Institude) đưa ra và tiêu chuẩn SONET (Synchronous Optical Network) của Mỹ

2.2.4 Ưu và nhược điểm của SDH

* Ưu điểm:

- SDH làm đơn giản hóa mạng lưới nhờ việc tách ghép luồng trực tiếp và nối chéo luồng bằng phần mềm

- SDH tương ứng với tất cả các tín hiệu PDH

- Tốc độ trên 140Mbit/s lần đầu tiên được tiêu chuẩn hóa trên phạm vi toàn thế giới

- Việc truyền dẫn tín hiệu quang được tiêu chuẩn hóa tương thích với thiết bị của các nhà sản xuất

- Cấu trúc khối: Tốc độ bit và cấu trúc khung cấp cao hơn được tạo thành từ bit và cấu trúc khung của luồng cơ bản cấp thấp hơn Do đó, việc tách ghép các luồng thông tin trở nên dễ dàng

- Có trang bị kênh riêng cho giám sát, quản lý, đo thử hoặc điều khiển sử dụng trong quản lý mạng

- Tất cả các tín hiệu PDH, có tốc độ từ 140Mbit/s trở xuống đều được ghép vào khung truyền dẫn, cấp thấp nhất là STM-1 có tốc độ 155,52 Mbit/s

- Việc sắp xếp theo nguyên lý byte xen byte làm tăng độ di pha (jitter) so với nguyên lý bit xen bit của PDH

- Vì tín hiệu PDH của Mỹ và CEPT có tốc độ khác nhau, do đó việc ghép luồng không đồng bộ nhau mà phải sử dụng một số giao tiếp khác

- Thiếu tín hiệu ghép trung gian 8Mbit/s

- Luồng STM-1 có tốc độ 155,52Mbit/s chỉ chứa 63 luồng 2Mbit/s hoặc 3 luồng 34Mbit/s

2.3 Phương pháp ghép kênh theo thời gian SDH thế hệ mới (NG - SDH)

2.3.1 Khái niệm NG – SDH

SDH (Next Generetion SDH) thế hệ mới là thuật ngữ mô tả tính kế thừa và phát triển dựa trên những tiêu chuẩn hình thành từ mạng SDH sẵn có, được các nhà cung cấp dịch vụ đường dài sử dụng đầu tiên như một cách để hỗ trợ các dịch vụ

mới như Ethernet, Fibre Channel, ESCON và DVB (Bảng 2.1), SDH thế hệ mới cho phép truyền dữ liệu băng thông rộng với tốc độ cao hơn trong điều kiện tài chính giới hạn [4]

Nói tóm lại, NG-SDH là công nghệ truyền dẫn được phát triển trên nền SDH

để truyền tải lưu lượng IP, nhưng nó vẫn tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng hiện có

sử dụng SDH Đồng thời, NG-SDH khắc phục được những hạn chế của SDH cũ: SDH là công nghệ TDM đã được tối ưu hóa để truyền các lưu lượng thoại

Bảng 2.1 Bảng so sánh giữa GE và FC

Gigabit Ethernet Fiber Channel

2.3.2 Các công nghệ sử dụng trong NG – SDH

Kết chuỗi ảo VCAT:

Phương pháp ghép nối truyền thống được định nghĩa trong G.707 là thuật ngữ “kề nhau” (contiguous) Nghĩa là các container kế cận được kết hợp lại và truyền qua mạng SDH như là một container tổng Hạn chế của ghép nối kề nhau là tất cả các node mạng là thành phần của đường truyền phải có khả năng nhận ra và

xử lý container được ghép nối và thiếu tính mềm dẻo của việc sử dụng băng thông làm cho truyền dữ liệu không có hiệu quả

VCAT sắp xếp các container độc lập vào trong một liên kết ghép nối ảo Bất

kỳ các số container có thể nhóm lại được với nhau để cung cấp độ linh hoạt của băng thông tốt hơn so với cách ghép nối truyền thống Hơn nữa VCAT còn cho phép các nhà khai thác mạng điều chỉnh được dung lượng truyền theo dịch vụ của khách hàng yêu cầu để đạt được hiệu quả sử dụng tốt hơn Bởi vì, các node mạng trung

gian xử lý mỗi container trong tuyến bằng một chuẩn - container ở dạng ghép nối

Do vậy chỉ cần các thiết bị tại điểm gốc và kết cuối của đường dẫn nhận ra và xử lý các các cấu trúc tín hiệu VCAT Điều này có nghĩa là mỗi tuyến có thể thực hiện đường dẫn riêng của nó qua mạng, do đó sẽ dẫn đến sự khác nhau về pha giữa các container đến tại thiết bị kết nối cuối của đường dẫn nên yêu cầu thiết bị có bộ đệm chờ trễ [4]

Ngày nay các tải trọng truyền dẫn đối với SDH là STM-0/1/4/16 và STM-64,

ví dụ:Dịch vụ 1 Gbit/s hiện thời được truyền dẫn qua kênh STM-16 Trong trường hợp này hiệu quả của dung lượng đường truyền là 42%, Bảng 2.2 đưa ra so sánh hiệu quả sử dụng các dịch vụ khi có và không dùng VCAT Nhóm VC-4-7v là một nhóm ghép nối ảo VCATG (VCAT Group), trong đó VC-4 đã được định nghĩa trong SDH và 7v là số phần tử trong nhóm, sẽ tăng lên hiệu quả sử dụng băng thông

Gigabit Ethernet (1Gbit) VC-4-16c > 42% VC-4-7v > 85%

Các tham số yêu cầu đối với VCAT là bộ chỉ thị đa khung MFI (Multi-Frame Indicator) và số thứ tự SQ (Sequence Number) Bởi vì các phần tử của VCATG có thể đi qua mạng với nhiều đường dẫn khác nhau, chúng không đến cổng đích cùng một lúc nên gây ra độ trễ giữa các container Để loại bỏ trễ khác nhau này và đảm

bảo việc tích hợp các container trong nhóm, số thứ tự SQ được gán với mỗi phần tử MFI có thể phát hiện các độ trễ khác nhau giữa các phần tử của VCATG

Thủ tục tạo khung chung GFP:

Thủ tục tạo khung chung (GFP) là một cơ chế tạo khung các tín hiệu client và sắp xếp các tín hiệu ở dạng khung này vào trong một luồng số của mạng truyền dẫn SDH GFP là một giao thức thích ứng cung cấp một cơ chế sắp xếp các kiểu luồng bit khác nhau một cách linh hoạt vào trong kênh SDH Cơ chế thích ứng dựa trên việc tạo khung và cho phép đưa phân đoạn của kênh vật lý vào trong các khung có kích thước cố định hoặc thay đổi được Các tín hiệu của client có thể là theo kiểu gói (như là IP/PPP hoặc Ethernet) hoặc theo kiểu các khối đã mã hoá (như là FC)

Kỹ thuật đóng gói như GFP phải được sử dụng để tương thích với dữ liệu không đồng bộ, thay đổi nhanh và kích thước các khung thay đổi trước khi lưu lượng dữ liệu như IP/PPP, Ethernet MAC, FC, ESCON và FICON được truyền đi qua các mạng SDH GFP làm thích ứng một luồng dữ liệu trên nền một khung đến luồng dữ liệu định hướng byte bằng cách sắp xếp các dịch vụ khác nhau vào một khung mục đích chung, sau đó khung này được sắp xếp vào trong các khung SDH

đã biết Cấu trúc khung này có ưu điểm hơn ở việc phát hiện và sửa lỗi và cung cấp hiệu quả sử dụng băng thông lớn hơn so với các thủ tục đóng gói truyền thống [2]

Hình 2.9 Cấu trúc khung GFP

Từ Hình 2.9 có thể thấy bốn thành phần trong khung GFP, gồm có: mào đầu (core header), mào đầu tải tin (payload header), thông tin của tải tin (payload information) và trường tuỳ chọn phát hiện lỗi (FCS)

- Core header định nghĩa chiều dài khung và phát hiện lỗi CRC

- Payload header định nghĩa kiểu thông tin được truyền, các khung quản lý hoặc các khung khách hàng cũng như nội dung tải tin

- Client payload information định nghĩa tải tin thực tế được chuyển đi

- Tuỳ chọn FCS phát hiện lỗi

Hiện nay có hai kiểu tương thích client được định nghĩa đối với GFP:

- GFP được đóng khung (framed) GFP-F: một khung dữ liệu được được thu

và sắp xếp vào trong một khung GFP mà không có overhead kết hợp

- GFP trong suốt (transparent) GFP-T: Các mã khối tín hiệu dữ liệu được sắp xếp vào trong các khung tuần hoàn có chiều dài được xác định trước và được phát tức thời mà không đợi toàn bộ khung dữ liệu

- Mào đầu tối thiểu

- Chiều dài khung GFP thay đổi

Fast Ethernet, Giga Ethernet, IP …

GFP-T

- Dịch vụ được sắp xếp theo kiểu bye – byte vào trong khung GFP

- Tối ưu hoá trễ truyền dẫn

- Chiều dài khung không đổi

FC,FICON, ESCON, Ethernet …

Từ Bảng 2.3 có thể thấy những điểm khác biệt giữa GFP-F và GFP-T, do đó tuỳ vào dịch vụ được truyền đi thì sẽ sử dụng theo kiểu GFP nào, tuy nhiên ngày nay Ehernet là tín hiệu được định nghĩa trong GFP-F GFP-T sắp xếp bất kỳ dữ liệu nào bao gồm Ethernet, FC và ESCON Các dịch vụ được sắp xếp qua GFP-F dùng

số lượng overhead ít nhất để đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông tốt nhất, trong

khi đó độ ưu tiên của các dịch vụ này được sắp xếp qua GFP-T là nhanh, truyền tải hiệu quả dữ liệu

Hơn nữa GFP là một cơ chế thích ứng, còn có các phương pháp khác: Giao thức truy cập liên kết LAPS (the Link Access Protocol) và điều khiển liên kết dữ liệu mức cao HDLC (High-level Data Link Control) là hai cơ chế tạo khung có ưu thế hơn Tuy nhiên GFP hỗ trợ đa dịch vụ và có tính mềm dẻo vì vậy nó có thể dùng trong việc tổ hợp với đầu cuối mạng truyền dẫn quang

Sơ đồ điều chỉnh dung lượng liên kết LCAS:

LCAS là một phần mở rộng của VCAT như được định nghĩa trong chuẩn G.704/Y.1305 của ITU, LCAS cho phép thay đổi động các kênh trong số các kênh của SDH trong một nhóm VCAT Mỗi byte H4/K4 truyền đi một gói điều khiển bao gồm thông tin liên quan đến VCAT và các tham số của giao thức LCAS

Bằng việc xác định thành phần nào của một VCATG được kích hoạt và chúng được sử dụng như thế nào, LCAS cho phép thiết bị phía xuất phát thay đổi linh hoạt số các container trong một nhóm được ghép nối để đáp ứng với sự thay đổi thời gian thực trong yêu cầu sử dụng băng thông Sự tăng giảm băng thông truyền

có thể đạt được mà không ảnh hưởng đến dịch vụ Các bản tin báo hiệu của LCAS được trao đổi giữa các node đầu cuối thông qua overhead của SDH để thay đổi số các luồng nhánh hoặc các các phần tử của một nhóm VCAT Số các phần tử của một nhóm VCAT có thể được tăng lên và giảm xuống mà không bị mất khung Khi một

sự cố được phát hiện ở một kênh thành phần, thông lượng sẽ thấp hơn mà không xảy

ra việc mất hoàn toàn lưu lượng Điều này đạt được bằng cách đảm bảo rằng các kênh bị sự cố của một nhóm VCAT bị loại bỏ trong khi các kênh của nhóm VCAT còn lại tiếp tục mang lưu lượng Do vậy các kênh được phát hiện và loại bỏ tự động

từ nhóm VCAT

Các tham số sau trong gói điều khiển có liên quan đối với giao thức LCAS:

- Lệnh điều khiển CTRL (Control) đồng bộ nguồn và đích và các thông tin truyền tải lưu ý đến trạng thái của các thành phần độc lập trong một VCATG

- Nhận dạng nguồn GID (Source Identifier) báo cho đầu thu VCATG nào có phần tử thực tế nào thuộc về nó

- Nhận biết sự sắp xếp lại RS-Ack (Resequence Acknowledgement) thông báo cho phía nguồn biết đầu thu đã nhận sự thay đổi đã bắt đầu

- Trạng thái thành viên MST (Member Status) chuyển đi trạng thái của liên kết từ thiết bị nhận đến nguồn đối với mỗi thành phần độc lập của VCATG (OK=0, FAIL=1)

- Bảo vệ lỗi CRC phát hiện lỗi và bỏ các gói điều khiển bị lỗi đối với mỗi thành phần của VCATG

2.3.3 Ưu nhược điểm của công nghệ NG - SDH

* Nhược điểm:

- Hạn chế của VCAT:

Về mặt lý thuyết, có hai hạn chế: thứ nhất là có sự giới hạn số tối đa của các kênh thành phần trong một nhóm VCAT được xác định bởi SQ nằm trong byte H4 của POH của SDH Đối với đường dẫn bậc cao (VC-3, VC-4) SQ có 8 bit xác định được tối đa là 256 phần tử của một nhóm VCAT, đối với đường dẫn bậc thấp (VC-12) SQ có 6 bit xác định được tối đa 64 phần tử trong một nhóm VCAT Vấn đề thứ hai là giới hạn của độ trễ do đường dẫn khác nhau cực đại do MFI xác định cũng nằm trong byte đa khung H4 của POH cho cả hai đường dẫn bậc cao và đường dẫn bậc thấp cho phép trễ khác nhau tối đa của các phần tử của một nhóm VCAT là 256ms

Về mặt thực tế: Do khó khăn kỹ thuật của việc tích hợp nhiều bộ đệm trên một vi mạch VCAT, trễ đường dẫn khác nhau cung cấp bởi vi mạch này là rất nhỏ, điển hình khoảng 25ms hoặc nhỏ hơn Do đó các nhà cung cấp thiết bị phải dùng

bộ nhớ ngoài và để tốc độ truyền của bộ nhớ ngoài đủ nhanh chỉ có thể sử dụng SRAM So sánh với với DRAM và SDRAM, SRAM có dung lượng ít hơn và đắt hơn, do đó giá thành thiết bị do đó sẽ cao

- Tạo ra phương thức truyền tải các dịch vụ khách hàng có tốc độ cố định (như PDH) và các dịch vụ có tốc độ biến đổi như Ethernet, VPN, DVB, SAN qua các thiết bị và mạng SDH hiện có bằng cách bổ sung một số thiết bị phần cứng và các thủ tục cũng như giao thức mới

2.4 Phương pháp ghép kênh quang theo bước sóng WDM

2.4.1 Tổng quan ghép kênh theo bước sóng WDM

Ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing) là công nghệ “trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang” Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau [5]

Như minh họa trên Hình 2.10 để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi quang, hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau:

 Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser Hiện tại đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser) Yêu cầu đối với nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công

suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chip phải nằm trong giới hạn cho phép [8]

Hình 2.10 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM

Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách Hiện tại đã có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộlọc màng mỏng điện môi; cách tử Bragg sợi; cách tử nhiễu xạ; linh kiện quang tổ hợp AWG; bộ lọc Fabry-Perot Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh; độ rộng băng tần của các kênh bước sóng; bước sóng trung tâm của kênh; mức xuyên âm giữa các kênh; tính đồng đều của kênh; suy hao xen; suy hao phản xạ Bragg; xuyên âm đầu gần đầu xa

 Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn

đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi ) mà ta sẽ xét cụ thể trong phần 1.1.5[7]

 Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên bộ khuếch đại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế Có ba chế độ khuếch đại:

khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại Khi dùng bộ khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau [8]:

- Ðộ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng (mức chênh lệch không quá 1dB)

- Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu ra của các kênh

- Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại các hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với tất cả các kênh

 Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong các hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD

Phân loại hệ thống WDM

Hệ thống WDM về cơ bản chia làm hai loại: hệ thống đơn hướng và song hướng như minh hoạ trên Hình 2.11 Hệ thống đơn hướng chỉ truyềntheomột chiều trên sợi quang Do vậy, để truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang Hệ thống WDMsong hướng, ngược lại, truyền hai chiều trên một sợi quang nên chỉ cần

1 sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa 2 điểm [8]

WDM đơn hướng

WDM song hướng

Hình 2.11 Hệ thống WDM đơn hướng và song hướng

Cả hai hệ thống đều có những ưu, nhược điểm riêng Giả sử rằng công nghệ hiện tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống

ta thấy:

- Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao gấpđôi so với hệ thống song hướng Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi

so với hệ thống song hướng

Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection-Switching) vì cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức thời

- Ðứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên một sợiquang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng

- Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuyếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng

- Tính trong suốt: Do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên

nó có thểhỗ trợ các định dạng số liệu và thoại như: ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, chuyển mạch kênh, IP…

- Khả năng mở rộng: Những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng thông truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng ở nhiều cấp độ khác nhau

- Hiện tại, chỉ có duy nhất công nghệ WDM là cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động

* Nhược điểm:

- Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận dụng được băng C và băng L)

- Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần

- Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống WDM

Có 3 yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng của các hệ thống thông tin quang, bao gồm [8]:

- Suy hao

- Tán sắc