HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Nguyễn Xuân Lập
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
THIẾT KẾ TOPO LOGIC MẠNG QUANG WDM
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATPLANWDM
Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. VŨ TUẤN LÂM
HÀ NỘI - 2013
1
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Nguyễn Xuân Lập
2
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
iii
MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA Trang
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH viii

50
51
52
53
54
55
56
57
58
iv
\3\3\?90B,=#`%333333333333333333333333333333333333333333333333333b\
Kết luận chương 57
KẾT LUẬN VÀ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
PHỤ LỤC LUẬN VĂN 62
8
9
59
60
61
62
63
64
65
66
67
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt
ADSL

Bộ ghép kênh xen rẽ
quang
OC Optical center trạm trung tâm
OTDM
Optical Time Division
Multiplexing
Ghép kênh quang theo
thời gian
OXC Optical Cross-Connect Kết nối chéo quang
PDH Plesiochronous digital hierarchy Hệ thống phân cấp kỹ
10
11
68
69
vi
thuật số không đồng bộ
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
PSTN
Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng
SDH Synchronous Digital Hierarchy
Hệ thống phân cấp số
đồng bộ
SONET Synch Optical Network Mạng quang đồng bộ
STM-1
Synchronous Transport Module
level-1
Luồng Truyền dẫn quang

79
80
81
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 : Sơ đồ khối chức năng hệ thống WDM 3
Hình 1.2 : Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền dẫn 4
Hình 1.3 : Hệ thống truyền dẫn WDM điểm nối điểm 6
Hình 1.4 : Định tuyến bước sóng trong mạng WDM 7
Hình 1.5 : Cấu trúc mạng toàn quang 8
Hình 1.6 : Mạng WDM gồm nhiều nút định tuyến kết nối bằng các cặp liên
kết sợi quang điểm nối điểm 11
Hình 1.7 : Cấu trúc của bộ định tuyến cấu hình lại 12
Hình 1.8 : Mạng IP, ATM và SONET 13
Hình 1.9 : Cấu trúc phân lớp mạng IP trên ATM trên SONET 14
Hình 1.10. Cấu trúc phân lớp của mạng cáp quang trên lớp quang 15
Hình 1.11 :. Cấu trúc của một lớp quang 18
Hình 2.1 : Topo vật lý dạng hình tuyến 23
Hình 2.2: Topo vật lý dạng hình vòng 24
Hình 2.3: Topo vật lý dạng hình sao 24
Hình 2.4 : Topo logic cho mạng ở hình 1.6 27
Hình 2.5 Bài toán thiết kế topo logic thông thường 29
Hình 3.1: Giao diện của MatPlanWDM 0.51 33
Hình 3.2: Thanh công cụ của MatPlanWDM 0.51 33
Hình 3.3: Một đoạn nội dung file.xml 34
16
17
82
83
84

Hình 3.14: Một số báo cáo dưới dạng đồ thị mạng 9 nút WDM 53
Hình 3.15: Phân tích nhiều giờ mạng 9 nút 53
Hình 3.16 Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 0h 54
Hình 3.17: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 4h 54
Hình 3.18: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 8h 55
Hình 3.19: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 12h 55
Hình 3.20: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 16h 56
Hình 3.21: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 20h 56
Hình 3.22: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 23h 57
18
19
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122

việc đánh giá kết quả thực hiện mô phỏng có được.
20
21
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150

1.1 Giới thiệu hệ thống WDM
1.1.1. Công nghệ WDM
Công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ trong cùng một
sợi quang có thể truyền dẫn đồng thời nhiều bước sóng tín hiệu quang. Tín hiệu
quang có bước sóng khác nhau tại đầu phát được tổ hợp lại (ghép kênh) và truyền
dẫn trên cùng một sợi quang của đường dây cáp quang. Ở đầu thu tín hiệu bước
sóng tổ hợp được tách ra (tách kênh) và xử lý để khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa
ra các thiết bị đầu cuối khác nhau.
Hình 1.1 : Sơ đồ khối chức năng hệ thống WDM
Công nghệ WDM đối với sự nâng cấp mở rộng dung lượng, phát triển dịch
vụ băng rộng (như CATV, HDTV và B–ISDN…), khai thác đầy đủ tiềm năng băng
rộng của sợi quang, hiện nay có thêm bộ khuếch đại quang sợi (EDFA) thì WDM
càng có sức hấp dẫn to lớn với mạng thông tin hiện đại.
Kỹ thuật truyền dẫn sợi quang đã phát triểu từ hệ thống WDM điểm nối
điểm, tới hệ thống WDM điểm nối đa điểm và tiến tới mạng WDM toàn quang với
các thiết bị chuyển mạch và định tuyến bước sóng. Qua đó ngày càng cung cấp tốc
độ bit cao, số lượng kênh cũng lớn hơn và khoảng cách truyền dẫn cũng dài hơn.
Công nghệ WDM có thể được sử dụng ở nhiều vùng mạng khác nhau trong
mạng viễn thông bao gồm các mạng đường trục, mạng truy nhập nội hạt và các
mạng LAN trong đó mạng đường trục là mạng đầu tiên ứng dụng công nghệ WDM
sau đó là mạng LAN.
24
25
166
167
168
169
170
171
172

- Hệ thống WDM truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu và sử dụng các bước
sóng độc lập với nhau.
- Thực hiện truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang công nghệ WDM có thể
tiết kiệm được lượng đầu tư lớn cho đường dây.
26
27
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
5
- Hệ thống WDM với công nghệ có nhiều ứng dụng như: mạng xương sống,
mạng quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ.
- Hệ thống WDM ghép kênh những bước sóng truyền dẫn trong sợi đơn

211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
6
Hình 1.3 : Hệ thống truyền dẫn WDM điểm nối điểm
1.2.2. Cấu trúc mạng WDM có định tuyn bước sóng quang

247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
7
trên kênh bước sóng λ1. Đường quang giữa A và C được định tuyến qua chuyển
mạch tích cực 1,6 và 7. ( Chú ý việc sử dụng lại bước sóng λ1 ).
Vì không có thiết bị chuyển đổi bước sóng nào nên một đường quang phải có
cùng một kênh bước sóng trong suốt đường truyền trong mạng. Sự ràng buộc này
gọi là tính liên tục bước sóng, dàng buộc này sẽ không cần thiết nếu có bộ chuyển
đổi bước sóng. Ví dụ trong Hình 1.4 đường quang giữa node D và E đi qua (bộ
chuyển đổi) liên kết sợi quang từ node D đến chuyển mạch 10 là bước sóng λ1,
chuyển đổi thành λ2 tại chuyển mạch 10, đi qua liên kết sợi quang giữa chuyển
mạch10 và chuyển mạch 9 là bước sóng λ2 , chuyển đổi lại bước sóng λ1 tại chuyển
mạch 9, và đi qua liên kết sợi quang từ chuyển mạch 9 đến bút E là bước sóng λ1 .
Hình 1.4 : Định tuyến bước sóng trong mạng WDM
32
33
260
261
262

276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
9
Lớp 0: Biểu diễn mạng nội hạt (LAN) có số lượng rất lớn các mạng truyền
tải quang.
Lớp 1: Biểu diễn mạng đô thị (MAN) lấy thành phố hay khu vực hành chính
làm đơn vị, thường có cự ly vài Km đến vài chục Km.
Lớp 2: Biểu diễn mạng diện rộng (WAN) là mạng đường trục trong phạm vi
quốc gia, cự ly thường vài trăm đến vài nghìn Km.
Hai đặc điểm quan trọng của sợi trong mạng này là suy hao thấp và dải thông
rộng.
Mạng phục vụ 3 lớp dịch vụ: A, B, C. Dịch vụ lớp A và B có thể là điểm nối
điểm hoặc đa điểm nối đa điểm, kết nối đơn công hay song công. Dịch vụ lớp C là
dịch vụ gói.
Hai công nghệ cho việc sử dụng dải thông của sợi quang là WDM và TDM.
Đặc điểm của mạng WDM toàn quang là khả năng định tuyến bước sóng. Định
tuyến cung cấp một đường truyền ánh sáng trong suốt giữa các đầu cuối mạng. Một
đường truyền ánh sáng là đường mà một tín hiệu quang trong mạng từ nguồn đến
đích có thể bao gồm sự thay đổi bước sóng toàn quang hơặc một đường truyền
không có sự thay đổi bước sóng. Sự trong suốt này cung cấp cách đơn giản nhất cho
những người dùng không đồng nhất chia sẻ tài nguyên.

307
308
309
310
311
312
10
Cấu trúc mạng này không sử dụng các thiết bị tích cực bên ngoài CO, nhưng
ở nhà khách hàng thì phải sử dụng các thiết bị này và mỗi bước sóng sẽ mang một
dịch vụ.
Nhiều cấu trúc mạng quang thụ động đã được đề xuất cho công nghệ WDM
bao gồm cấu trúc sao đơn, cấu trúc hình cây, cấu trúc hình sao kép và cấu trúc sao-
bus.
1.4.2. Mạng truy nhập toàn quang tích cực WDM
Trong các mạng truy nhập WDM thụ động, mỗi kênh bước sóng chỉ sử dụng
để mang một dịch vụ tại một thời điểm xác định mà không cần quan tâm đến băng
tần và dung lượng mà dịch vụ yêu cầu, trong khi băng tần của kênh tín hiệu có thể
đủ lớn để mang một số dịch vụ khi thực hiện công nghệ WDM trong mạng đa truy
cập.
Trên cơ sở này, kĩ thuật TDM đã được ứng dụng trong mỗi kênh bước sóng
tạo ra mạng truy nhập quang WDM tích cực trong đó các thiết bị TDM được sử
dụng để giúp tăng số lượng tín hiệu được gửi trên đường truyền vật lý. TDM làm
tăng dung lượng đường truyền dẫn bằng cách chia thời gian thành những khe thời
gian nhỏ hơn do đó các bít từ nhiều nguồn khác nhau có thể được mang đi trên 1
tuyến, làm tăng hiệu quả số bít được truyền trên giây.
Cấu hình mạng truy nhập quang WDM tích cực cũng giống như trong mạng
truy nhập quang WDM thụ động.
f-#7)*=#$0aOK=#$e
UaOK>
Mặc dù mạng truy nhập WDM tích cực có thể tận dụng triệt để các kênh

336
337
338
339
340
11
Do vậy khi công nghệ WDM phát triển, số lượng kênh bước sóng trong một
sợi quang tăng lên thì mạng truy nhập quang WDM thụ động có thể là cấu trúc
được ưu tiên trong cấu trúc mạng truy nhập.
1.5. Tổng quan về mạng định tuyến bước sóng
Mạng WDM toàn quang có sử dụng định tuyến bước sóng được xem là ứng
cử viên quan trọng nhất cho các mạng đường trục diện rộng thế hệ tiếp theo. Topo
vật lý của mạng bao gồm các bộ định tuyến quang kết nối với nhau bằng các cặp
liên kết sợi quang điểm nối điểm trong một topo mạng lưới bất kỳ (Hình 1.6).Trong
hình 1.6 mỗi cặp liên kết được tượng trưng bằng một cạnh vô hướng giữa các nút
định tuyến. Nút ở đầu cuối kết nối với bộ định tuyến. Mỗi nút đầu cuối có số bộ
phát và bộ thu giới hạn. Trong Hình 1.7 nút định tuyến thu tín hiệu tại một bước
sóng xác định ở ngõ vào của nó, sau đó định tuyến tín hiệu này (độc lập với các
bước sóng khác) đến một ngõ ra nào đó. Bộ định tuyến có Δp ngõ vào và Δp ngõ ra
có khả năng xử lý Λ bước sóng giống như Λ bộ chuyển mạch bước sóng Λp ×Λp
cấu hình lại được.
Hình 1.6 : Mạng WDM gồm nhiều nút định tuyến kết nối bằng các cặp liên kết
sợi quang điểm nối điểm.
Các nút định tuyến gắn với các nút đầu cuối hình thành các nút nguồn và
đích cho lưu lượng trong mạng.
40
41
341
342
343

nguồn đưa số liệu đến mạng ATM, nơi mà luồng số liệu được chuyển đổi thành tế
bào ATM. ATM chuyển mạch trực tiếp những tế bào này đến đáp card SONET.
SONET chuyển đổi tế bào ATM thành khung STS và truyền những khung này qua
mạng. Tại cuối đầu thu, SONET chuyển đổi những khung này trở lại thành tế bào
ATM và đưa những tế bào này đến chuyển mạch ATM, nơi đưa trực tiếp những tế
bào đến đích của nó. Điều này được trình bày như ( Hình 1.8b ).
42
43
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
13
Vẫn còn một ví dụ nữa là truyền IP qua mạng ATM. Trong trường hợp này,
IP tập trung qua lớp ATM, là lớp nằm ngoài lớp SONET ( Hình 1.8c ). Phần vật lý

391
392
393
394
395
396
397
398
399
14
Hình 1.9 : Cấu trúc phân lớp mạng IP trên ATM trên SONET
Khi lưu lượng trong mạng thông tin quang tăng lên, nó cũng làm tăng nhu
cầu sử dụng trực tiếp IP qua SONET.
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này, tập trung vào việc thiết kế lớp
quang, là lớp cung cấp đường nối tốc độ cao thông qua các đường quang.
1.7. Lớp quang
1.7.1. Định ngha
ITU-T đã giới thiệu một lớp mới cho mạng viễn thông, là lớp quang. Cấu
trúc lớp của một mạng hiện đại, bao gồm một lớp quang, được trình bày ở Hình
1.10. Kết hợp Hình 1.10a và Hình 1.10b đưa đến một cái nhìn chung, trong khi
Hình 1.10c kết hợp cả cái nhìn vật lý và logic để cho thấy lớp SONET được đặt như
thế nào với lớp quang và sự kết nối giữa những điểm của chúng.
Về mặt vật lý, đường truyền WDM là hệ thống điểm nối điểm, nối các thành
phần SONET. Do đó, WDM là một lớp vật lý mà chuyển những khung SONET
không tác động đến phần đầu SONET.
Có thể hiểu được nếu như vào lúc này bạn đang tự hỏi tại sao chúng ta cần
một lớp quang, đặc biệt là tất cả những gì chúng ta nói cho đến giờ đều nhằm thuyết
phục bạn rằng hầu hết sự truyền dẫn hiện nay đều qua cáp quang. Hãy làm rõ ý
này : Truyền dẫn vật lý trong SONET, ATM và IP được thực hiện bởi hệ thống
46

chúng ta xem những mạng này là thế hệ mạng cáp quang đầu tiên. Lớp quang mới
này được thiết lập với thế hệ mạng quang thứ hai. Lớp quang này phục vụ không
chỉ như một môi trường truyền dẫn, mà còn mang lại tất cả những chức năng và
dịch vụ đòi hỏi bởi một khái niệm lớp.
Thế hệ mạng cáp quang thứ hai cung cấp không chỉ kết nối quang điểm nối
điểm mà còn định tuyến và chức năng xen rẽ trong miền quang. Từ khi có mạng
WDM, tất cả các chức năng được kết hợp với kênh bước sóng.
Lý do chúng ta cần một lớp nữa với chức năng và dịch vụ giống như những
lớp đã tồn tại như SONET hoặc ATM là: mỗi lớp mạng quang SONET, ATM, IP…
hoạt động có hiệu quả trong phạm vi bit của nó. Truyền dẫn hàng terabit/s bao gồm
48
49
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437