Đồ án tốt nghiệp Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC HÌNH VẼ ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv
LỜI NÓI ĐẦU vi
CHƯƠNG I 8
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM 8
1.1 Giới thiệu công nghệ WDM 8
1.1.1 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM 9
1.1.2 Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng 10
1.2 Cấu trúc phân lớp mạng WDM 13
1.2.1. Mô hình phân lớp 13
1.2.2 Các phần tử trong mạng quang WDM 16
Cấu trúc chung và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang WDM được thể hiện
trong hình vẽ 1.4 dưới dây 17
1.3 Xu hướng phát triển cấu trúc mạng WDM 24
CHƯƠNG II 28
KĨ THUẬT GOM LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MESH WDM 28
2.1 Giới thiệu 28
2.2 Gom lưu lượng tĩnh 29
2.2.1 Kiến trúc nút mạng 31
2.2.2 Các thuật toán gom lưu lượng tĩnh 33
2.3 Gom lưu lượng động 44
2.3.1 Xây dựng mô hình hỗ trợ 46
2.3.2 Thuật toán 48
2.3.3 Các cơ chế gom lưu lượng 50
2.4 Kết luận 52
CHƯƠNG 3 53
KIẾN TRÚC GOM LƯU LƯỢNG 53

mạng 46
Hình 3.1 Kiến trúc OXC gom lưu lượng một phần đa chặng 55
Hình 3.2 Thí dụ về các cơ chế gom lưu lượng đơn chặng, đa chặng và gom lưu
lượng tại nút nguồn 56
Hình 3.3 Tổng quan về cấu trúc chuyển mạch TST 59
Hình 3.4 Kiến trúc OXC gom lưu lượng tại nút nguồn 61
Nguyễn Thị Hảo-D04VT2 ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 So Sánh lưu lượng tối ưu của thuật toán ILP và heuristic 42
Bảng 3.1 Tổng kết các đặc tính của các OXC gom lưu lượng khác nhau 62
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADM Add/Drop Multiplexer Bộ xen/rẽ quang
APD Avalanche Photodiot Diôt tách sóng thác
ATM Asynchronous Transfer
Mode
Chế độ truyền không đồng
bộ
CvtE Converter Edge Biên chuyển đổi
DEMUX Demultiplexer Thiết bị phân kênh
DmxE Demux Edges Biên tách
DSF Dispersion Shifted Fibre Sợi dịch tán sắc
DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo số
EDFA Erbium Doped Fiber
Amplifier
Bộ khuyếch đại sợi pha tạp
Erbium
FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn sóng
ILP Integer Linear Program
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LPE Lightpath Edge Biên đường quang

NNI Network-to-Network
Interface
Giao diện mạng-mạng
NUI Network-to-User Interface Giao diện mạng-người sử
dụng
OADM Optical Add Drop
Multiplexer
Thiết bị xen/rẽ kênh quang
OC Optical Carrier Sóng mang quang
OCh Optical Chanel Kênh quang
O-E Optical-Enectronical Biến đổi quang-điện
OMS Optical Multiplex Section Lớp đoạn ghép kênh quang
OTDM Optical Time Division
Multiplexing
Ghép kênh quang phân chia
theo thời gian
OTM Optical Termination
Multiplexer
Bộ đầu cuối ghép kênh
quang
OTS Optical Transmission
Section
Lớp đoạn truyền dẫn quang
OXC Optical Cross-Connect Nối chéo quang
PIN
RWA Routing and Wavelenght
Assignment
Định tuyến và gán bước sóng
RxE Receiver Edges Biên thu
SDH Synchronous Digital

hình ring, tuy nhiên cấu hình này còn tồn tại một số hạn chế như khó khăn về vấn
đề thay đổi và tăng lưu lượng hệ thống. Vì thế ngày nay, mạng quang thế hệ tiếp
theo mong muốn xây dựng theo cấu hình mạng Mesh WDM định tuyến bước sóng
thông minh. Cấu hình này cho phép cấp phát băng thông tự động khá nhanh và tiện
lợi với các cơ chế bảo vệ hiệu quả và dễ dàng thay đổi.
Nhờ công nghệ WDM, dung lượng truyền dẫn của mỗi liên kết trong mạng
tăng lên đáng kể.Tuy nhiên, hiệu suất của mạng bị hạn chế bởi khả năng xử lí của
các phần tử mạng chủ yếu là thiết bị điện. Kĩ thuật gom các luồng lưu lượng tốc độ
thấp vào các kênh quang dung lượng cao có thể tối thiểu quá trình xử lí điện và
tăng hiệu suất của mạng, đây là một chủ đề nổi bật đang được quan tâm và nghiên
cứu hiện nay. Vì vậy, trong đồ án này em đi sâu tìm hiểu về các phương pháp và kĩ
thuật gom lưu lượng, so sánh kết quả và đánh giá để lựa chọn phương pháp gom
lưu lượng tối ưu nhất tùy theo yêu cầu về lưu lượng và trạng thái mạng giúp giảm
chi phí cho các thiết bị mạng. Để đạt được mục tiêu đó, nội dung đồ án của em gồm
những vấn đề chính sau:
● Tổng quan về công nghệ WDM: Trong phần này em trình bày tổng quan về công
nghệ WDM, tìm hiểu ưu, nhược điểm và những ứng dụng của nó, nghiên cứu xu
hướng phát triển về cấu trúc mạng WDM theo sự phát triển của công nghệ và yêu
cầu băng thông.
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
● Phương pháp gom lưu lượng: Các thuật toán gom lưu lượng tĩnh, lưu lượng động
được trình bày cụ thể trong phần thứ 2 này. Sau đó thực hiện việc so sánh, đánh giá
hiệu quả của các thuật toán và phương pháp gom lưu lượng này.
● Kiến trúc gom lưu lượng: Phần này trình bày về các kiến trúc gom lưu lượng và
các cơ chế gom khác nhau cho lưu lượng động tùy theo trạng thái mạng khác nhau.
Kĩ thuật gom lưu lượng trong mạng WDM có nội dung rộng và tương đối
mới mẻ, tuy vậy em xin mạnh dạn tìm hiểu một phần nội dung cụ thể để có thể
nâng cao khả năng nghiên cứu khoa học của bản thân. Trong thời gian thực hiện đồ
án, em đã cố gắng tìm hiểu tài liệu, vận dụng những kiến thức đã học và tham khảo
ý kiến của giáo viên hướng dẫn nhưng do kiến thức còn hạn chế nên không tránh

Công nghệ WDM có thể mang đến giải pháp hoàn thiện nhất trong điều kiện
công nghệ hiện tại. Thứ nhất, nó vẫn giữ tốc độ xử lí của các linh kiện điện tử ở
mức 10Gbs, đảm bảo thích hợp với sợi quang hiện tại. Thay vào đó, công nghệ
WDM cho phép tăng băng thông của hệ thống bằng cách tận dụng cửa sổ làm việc
của sợi quang trong khoảng bước sóng 1260nm đến 1675nm.
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
Ngoài ra, hệ thống còn rất mềm dẻo khi có các phần tử như bộ tách ghép
quang, bộ nối chéo quang, chuyển mạch quang, các bộ lọc quang thực hiện lựa
chọn kênh động hoặc tĩnh…
Công nghệ WDM nâng cấp để mở rộng dung lượng phát triển dịch vụ băng
rộng, khai thác đầy đủ tiềm năng băng rộng của sợi quang, thực hiện truyền dẫn
thông tin siêu tốc, có ý nghĩa rất quan trọng trong truyền dẫn cáp sợi quang nói
riêng, trong công nghiệp viễn thông nói chung. Thực sự, nó là công nghệ đáng được
quan tâm, nghiên cứu và triển khai ứng dụng rộng rãi.
1.1.1 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM
● So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy
những ưu điểm nổi trội:
 Dung lượng truyền dẫn lớn
Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc
độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn
nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi
bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s
đã được thử nghiệm thành công. Trong khi với hệ thống TDM thử nghiệm, tốc độ
bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s).
 Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống
TDM đơn kênh tốc độ cao.
Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn
tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng
(kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. Điều này làm giảm đáng kể tác
động bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc… Do đó tránh được sự phức

thông tin là những bước sóng không nhìn thấy, song đây là một cách thức rất trực
quan để mô tả nguyên lý này.
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
Hình 1.1 Nguyên lí cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM
Trên một sợi quang hoặc một hệ thống thông tin quang ta có thể ghép bước
sóng quang theo một hướng đi hoặc cả hai hướng đi và hướng về.
Gần đây, công nghệ WDM được phát triển lên thành công nghệ DWDM. Về
nguyên lý không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm này, DWDM nói đến
khoảng cách gần giữa các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng kênh riêng rẽ
(mật độ kênh) trong hệ thống. Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường
nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550 nm vì phạm vi ứng dụng hệ
thống này là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài và dung lượng truyền dẫn lớn.
Công nghệ hiện nay đã cho phép chế tạo phần tử và hệ thống DWDM 80 kênh với
khoảng cách kênh rất nhỏ (xấp xỉ 0,5 nm).
Nhìn chung, hệ thống truyền dẫn WDM và hệ thống truyền dẫn quang SDH
có rất nhiều điểm tương tự. Cả hai hệ thống đều có:
• Các thiết bị ghép tách kênh đầu cuối (MUX, DEMUX).
• Các thiết bị khuếch đại đường truyền hoặc thiết bị lặp (Line Amplifier,
Regenerator )
• Các thiết bị xen/rẽ kênh (ADM).
• Các thiết bị nối chéo (Cross-Connect Equipment).
• Sợi quang.
.
.
.
.
.
.
λn
.

cao đã dần đến giới hạn. Khi tốc độ đạt tới hàng chục Gbit/s bản thân các mạch
điện tử không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực kì hẹp. Thêm vào đó
chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động khá phức tạp, đòi hỏi
công nghệ rất cao. Trong khi đó băng thông cực lớn của sợi quang mới được sử
dụng một phần nhỏ. Tuy nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM rất giống với
nguyên lý ghép kênh theo tần số FDM, nhưng các hệ thống WDM chỉ được thương
mại hoá khi một số công nghệ xử lý tín hiệu quang trở nên chín muồi, trong đó phải
kể đến thành công trong chế tạo các laser phổ hẹp, các bộ lọc quang, và đặc biệt là
các bộ khuếch đại đường truyền quang dải rộng (khuếch đại quang sợi EDFA,
khuếch đại Raman).
Các laser phổ hẹp có tác dụng giảm tối đa ảnh hưởng lẫn nhau của các bước
sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang. Các bộ lọc quang dùng để tách một
bước sóng ra khỏi các bước sóng khác. Các bộ khuếch đại đường truyền dải rộng
cần để tăng cự ly truyền của tín hiệu quang tổng gồm nhiều bước sóng, nếu không
có các bộ khuếch đại này thì các điểm cần tăng công suất tín hiệu người ta phải
tách các bước sóng ra từ tín hiệu tổng, sau đó hoặc là khuếch đại riêng rẽ từng bước
sóng rồi ghép chúng trở lại, hoặc là phải thực hiện các bước chuyển đổi quang-
điện-quang trên từng bước sóng rồi mới ghép, và như vậy sẽ tốn kém và làm cho hệ
thống trở nên kém tin cậy.
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
1.2 Cấu trúc phân lớp mạng WDM
1.2.1. Mô hình phân lớp
Theo khuyến nghị của ITU-T thì mạng quang được phân chia thành ba lớp,
nằm dưới lớp đoạn lặp trong mô hình SDH.
 Lớp kênh quang, còn gọi là lớp tuyến quang (OCh – Optical Channel). Lớp
này có chức năng định tuyến từ đầu đến cuối các tuyến quang. Mỗi OCh đi
qua một số đoạn khuếch đại trong mạng và mỗi đoạn khuếch đại mang
nhiều bước sóng.
 Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS – Optical Multiplex Section) được sử
dụng để mô tả một chặng điểm nối điểm dọc tuyến quang. Mỗi OMS bao

ghép
Kênh
Đoạn
khuếch
đại
Đoạn
ghép
Kênh
Đoạn
khuếch
đại
Đoạn
ghép
Đoạn
khuếch
đại
Nút
WDM
Nút
WDM
Nút
WDM
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
Hình 1.3 Vị trí của WDM trong mạng truyền tải
Lớp mạch điện
(như ATM,IP
IP )
Lớp kênh SDH
Lớp kênh
quang WDM

thống quản lí.
• Nguồn phát: Nguồn phát sử dụng trong các hệ thống WDM thường là laser
như sử dụng trong các hệ thống khoảng cách lớn thông thường. Tuy nhiên, chúng
phải đáp ứng được các yêu cầu nghiêm ngặt hơn.
• Bộ thu: Bộ thu có chức năng biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và
phải hoàn toàn tương thích với bộ phát cả về bước sóng và các đặc tính điều chế.
Có 2 loại bộ thu thường được sử dụng cho các hệ thống WDM là photodiode PIN
và photodiode thác APD. PIN hoạt động với nguồn công suất thấp hơn (5V) nhưng
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
lại có độ nhạy thấp và băng tần hẹp hơn APD. APD phù hợp cho các ứng dụng cự
ly lớn. Các tham số cơ bản để đánh giá một bộ thu như: phổ công suất, độ nhạy thu,
dải động, nhiễu…
• Sợi quang: Sợi quang là thành phần cơ bản của một mạng quang. Sợi đơn
mode tiêu chuẩn (G.652) có tán sắc bằng 0 tại bước sóng 1310nm và giá trị tán sắc
lớn tại 1550nm (18ps/nm.km) hiện nay vẫn được sử dụng làm môi trường truyền
dẫn cho các hệ thống WDM. Mặc dù có đặc tính không tương thích với cửa sổ
EDFA tại 1550nm này nhưng các phép đánh giá gần đây đã cho thấy rằng loại sợi
này có thể dùng cho các hệ thống WDM tốc độ trung bình mà không làm suy giảm
chất lượng tín hiệu qua các khoảng cách đáng kể nếu hệ thống có sử dụng sợi bù
tán sắc hoặc các thiết bị bù tán sắc khác. Sợi dịch tán sắc, DSF, (G.653) tuy có tán
sắc bằng 0 tại bước sóng 1550nm nhưng không được khuyến nghị dùng cho các hệ
thống WDM do chịu ảnh hưởng của hiệu ứng trộn 4 sóng FWM. Sợi dịch tán sắc
khác 0, NZ-DSF, (G.655) có giá trị tán sắc nhỏ ở vùng cửa sổ 1550nm, do vậy hạn
chế được các ảnh hưởng phi tuyến đặc biệt là hiệu ứng trộn 4 sóng (FWM) đối với
hệ thống. Loại sợi này có lượng tán sắc nhỏ trong vùng bước sóng từ 1530nm đến
1565nm (từ hơn 3ps/nm.km tại 1530nm và xuống còn nhỏ hơn 0,7ps/nm.km tại
1560nm). Giá trị này đủ để loại bỏ được hiệu ứng trộn 4 sóng FWM mà vẫn cho
phép truyền được các kênh có tốc độ ít nhất 2,5Gbit/s qua khoảng cách 1000km.
• Bộ khuếch đại quang: Một trong những yếu tố tạo nên sự thành công của
WDM là sự ra đời của các bộ khuếch đại quang pha tạp erbium (EDFA). Thiết bị

Một số thuộc tính cơ bản của OADM:
 Số lượng bước sóng có thể hỗ trợ tối đa.
λ
j
λ
j
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N
OADM
TâyĐông
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
 Số lượng bước sóng tối đa có thể xen/rẽ. Điều này phụ thuộc số phần cứng
được lắp đặt.
 Quy định những bước sóng cụ thể nào được xen/rẽ. Điều này ảnh hưởng lớn
đến việc định tuyến lưu lượng trên mạng.
 OADM có kiến trúc môđun theo nghĩa giá thành tỉ lệ thuận với số kênh

1
λ
N
λ
1
λ
N
.
.
.
λ
1
λ
N
λ
1
λ
N
.
.
.
M sợi đầu
vào
M sợi đầu ra
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
Thiết bị nối chéo quang (OXC) có M sợi đầu vào, M sợi đầu ra và các cổng
xen/rẽ. Mỗi sợi đầu vào và đầu ra mang một tín hiệu ghép kênh N bước sóng. Các
cổng xen và rẽ cho phép chèn và tách một số bước sóng.
OXC thực hiện các chức năng sau đây: ghép và tách kênh, xen rẽ kênh
quang, chuyển mạch không gian và có thể là cả chuyển đổi bước sóng. Điều này

Hình 1.9 Cấu trúc bộ ghép/tách kênh quang
OTM là một phần tử mạng hai chiều. Trong hướng truyền đi, nó có khả năng
tiếp nhận N kênh quang, mỗi kênh có một mức công suất tín hiệu quang và tỷ số
SNR theo chỉ tiêu kỹ thuật đã xác định. OTM xác định bước sóng cho từng kênh
quang tại đầu vào theo các bước sóng đã được định nghĩa từ trước và đầu ra thiết bị
này chứa tín hiệu ghép kênh bao gồm N bước sóng (sóng mang). Tín hiệu đầu ra
Ch
N
.
.
.
Ch
2
Ch
1
Ch
N
.
.
.
Ch
2
Ch
1
λ
1

N
λ
1

đó là vì trong thiết kế và ứng dụng hệ thống WDM song công cần phải xem xét đến
các yếu tố then chốt của hệ thống như để hạn chế can nhiễu nhiều kênh (MPI), cần
chú ý đến các vấn đề ảnh hưởng của phản xạ quang, cách ly giữa các kênh hai
chiều, công suất tín hiệu quang truyền dẫn trên hai chiều , đồng thời phải sử dụng
bộ khuếch đại quang hai chiều. Nhưng so với hệ thống WDM đơn công, hệ thống
WDM hai chiều giảm được số lượng bộ khuếch đại quang và đường dây.
1.3 Xu hướng phát triển cấu trúc mạng WDM
Để thấy rõ được xu hướng phát triển mạng trong tương lai, trước hết nhìn lại
lịch sử phát triển của công nghệ mạng truyền tải. Công nghệ mạng đã trải qua các
giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ phân cấp số cận đồng bộ (PDH) sang
phân cấp số đồng bộ (SDH) và gần đây là từ SDH sang WDM (ghép kênh phân
chia theo bước sóng). Để hỗ trợ và tương thích hoàn toàn với công nghệ cũ thì công
nghệ chuyển mạch mới phải thích hợp với công nghệ truyền dẫn trước. Chẳng hạn
công nghệ PCM có chuyển mạch ở mức 64Kbit/s và truyền dẫn ở mức 2Mbit/s; khi
chuyển lên PDH thì nối chéo ở mức 2Mbit/s và truyền dẫn ở mức 140Mbit/s; và
khi lên đến SDH thì nối chéo ở mức 155Mbit/s và truyền dẫn ở mức 10Mbit/s. Còn
với công nghệ WDM thì chưa được xác định rõ nhưng theo dự đoán thì tốc độ
Đồ án tốt nghiệp Chương1:Tổng quan về công nghệ WDM
chuyển mạch cơ sở cỡ 300Gbit/s tương ứng với dung lượng truyền dẫn 10Tbit/s.
Dựa theo lịch sử phát triển và nhu cầu hiện tại thì công nghệ WDM ít nhất cũng
đáp ứng được trong một thập kỷ. Trong tương lai, sớm hay muộn thì cũng cần có
công nghệ WDM phát triển hơn và có lẽ được kết hợp với các kỹ thuật xử lý tín
hiệu quang như ghép kênh theo thời gian quang (OTDM) và chuyển mạch gói
quang. Trong tương lai xu hướng tiến tới mạng toàn quang.
Để xây dựng nên một mạng truyền tải khả thi và có lợi về kinh tế thì ngoài
thách thức ban đầu về các công nghệ truyền tải quang chất lượng cao, các bộ nối
chéo và các nút chuyển mạch quang thì còn cần phải vượt qua thách thức về cấu
trúc mạng. Yêu cầu quan trọng nhất của một mạng truyền tải đó là nó cần có cấu
trúc tốt. Ban đầu mạng WDM được cấu trúc theo các mô hình đơn giản như mạng
tuyến tính điểm- điểm, vòng Nhưng khi yêu cầu về khả năng linh động trong việc