HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM TRA OSNR
TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG (OPS)”
Giáo viên hướng dẫn: TH.s CAO HỒNG SƠN
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HẢI PHONG
Lớp: D08VT4
Khóa: 2008-2013
Hệ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Hà nội, tháng 12/ 2012
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp luôn là điểm mốc đáng nhớ đối với mỗi sinh viên, không chỉ là
kết thúc một quá trình lâu dài học tập, phấn đấu tại trường mà còn là cơ hội để sinh
viên vận dụng những gì đã được học để đưa vào áp dụng giải quyết các bài toán thực
tế, đây cũng là bước quan trọng để sinh viên trau chuốt kỹ năng trước khi ra trường
bước vào một môi trường mới. Để hoàn thành đồ án không chỉ có sự nổ lực cố gắng ở
bản thân người thực hiện, mà ở đó còn có sự chỉ dạy, hướng dẫn, góp ý, động viên từ
những người xung quanh. Đối với em trong quá trình thực hiện đồ án đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm từ mọi người. Đó là động lực to lớn để em cố gắng thực hiện thật
tốt đề tài này.
Đầu tiên cho em được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong học viện, đặc
biệt là các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông 1-Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông đã truyền đạt những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình em học tập tại Học
viện.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Cao Hồng Sơn, bộ môn Thông Tin
Quang, người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em không chỉ trong đợt làm đồ án tốt
nghiệp này, mà cả trong quá trình học tập, nghiên cứu cũng như trong cuộc sống trong

…………………………………………………………………………………………
.…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Điểm: …………………….………(bằng chữ: … …………… ….)

…………, ngày tháng năm 20
CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(ký, họ tên)
NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
.…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
.…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
.…………………………………………………………………………………………

AWG
Arrayed Waveguide Grating
Dãy cách tử dẫn sóng
BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi
CW
Continuous Wave
Sóng liên tiếp
CD
Chromatic Dispersion
Tán sắc
DWDM
Dense Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh quang theo bước sóng
mật độ cao
EDFA
Erbium-Doped Fiber Amplifier
Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp
Erbium
FBG
Fiber Bragg Grating
Cách tử sợi quang Bragg
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi chuỗi Fourier nhanh.
GMPLS
Generalized MPLS
MPLS mở rộng.
IP Internet Protocol Giao thức Internet.
LSB Lower Side Band Băng dưới.

Optical Spectrum Analyzer
Máy phân tích phổ quang
OSNR
Optical Signal-to-Noise Ratio
Tỉ lệ tín hiện quang trên tạp âm
OXC
Optical Cross-Connect
Kết nối chéo quang
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 6
Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt
PBS
Polarization Beam Splitter
Chùm chia phân cực
PMD
Polarization Mode Dispersion
Tán sắc phân cực mode
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
SDH
Signal Digital Hierarchy
Hệ thống phân cấp số đồng bộ
SLA
Service Level Agreement
Thỏa thuận cấp độ dịch vụ
SOA
Semiconductor Optical Amplifier
Bộ khuếch đại bán dẫn quang
tích hợp
SONET
Synchronous Optical Network

Đồ án gồm các phần như sau:
Chương 1. Giới thiệu chung.
Chương này giới thiệu tổng quan các mạng quang hiện nay cũng như yêu cầu cấp
thiết của việc đo kiểm tra hiệu năng mạng.
Chương 2. Các phương pháp đo kiểm tra OSNR trong mạng quang.
Trong chương này, đưa ra những phương pháp được sử dụng để đo thông số
OSNR-thông số chính đánh giá hiệu năng của mạng quang trong các mạng OCS và
OPS
Chương 3. Phương pháp kiểm tra OSNR trong mạng chuyển mạch gói quang sử
dụng bộ tương quan quang.
Chương này đi sâu tìm hiểu về cách đo kiểm tra OSNR dựa trên các thiết kế bộ
tương quan.
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 10
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
Sự tăng trưởng nhanh chóng của Internet và World Wide Web trong thập kỷ
qua, cả về số lượng cũng như băng thông cho mỗi người dùng, đã làm tăng mạnh lưu
lượng truy cập trong các mạng viễn thông. Ngoài ra, sự thay đổi đáng kể trong các loại
hình lưu lượng chi phối của từ giọng nói sang dữ liệu và các dịch vụ mới như video
theo yêu cầu , cuộc gọi video, và các dịch vụ đa phương tiện khác sẽ tiếp tục tăng lưu
lượng truy cập trong các mạng băng thông rộng. Cùng với nhu cầu băng thông ngày
càng tăng, tính chất của loại hình lưu lượng mới này đòi hỏi phải sửa đổi, bổ sung các
kiến trúc mạng hiện tại.
Công nghệ sợi quang cung cấp dung lượng cao để truyền băng thông rất lớn
theo yêu cầu của hoàn cảnh hiện nay. Thật vậy, công nghệ sợi quang học và đặc biệt là
hệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) đã được nghiên cứu kỹ lưỡng để tăng
băng thông mang trên một sợi quang một cách hiệu quả bằng việc ghép các kênh tín
hiệu ở các bước sóng khác nhau trong một sợi duy nhất, nói cách khác, WDM cho
phép truyền song song với kênh tốc độ cao trên cùng một sợi quang với một chi phí rất

điểm-điểm tới triển khai một mạng linh hoạt hơn.
Hình 1.1: Xu hướng của giải pháp mạng quang.
1.1.2. Các giải pháp mạng quang
Trong phần này chúng ta sẽ đề cập tới 3 mạng quang lần lượt theo trình tự của
sự phát triển mạng là OCS, OBS, OPS và các công nghệ giúp triển khai mạng một
cách hiệu quả hơn.
 Mạng OCS
Trong các mạng OCS, khi một nút cần thiết lập một đường quang mới, nó sẽ gửi
một yêu cầu báo hiệu dọc theo tuyến. Nếu yêu cầu thực hiện hoàn toàn, mỗi nút trung
gian sẽ giành các tài nguyên trong khi cấu hình ma trận chuyển mạch của nó. Mạng
OCS đảm bảo cung cấp chuyển giao rõ ràng và một số mức độ linh hoạt. Ngoài ra, dễ
dàng thực hiện khi sử dụng các công nghệ chuyển mạch quang thương mại (các OXC).
Mặc dù bước đầu tiên mạng OCS cung cấp hướng tới mạng quang, các mạch quang là
không hiệu quả và không được tối ưu hóa cho lưu lượng truy cập dữ liệu chiếm ưu thế
hiện nay. Ngoài ra, các mạng đòi hỏi độ trễ khá lớn để xác nhận hoàn thành chuyển
mạch, ảnh hưởng đến khả năng phản ứng với nhu cầu lưu lượng động. Với những hạn
chế này, mạng Internet quang phải phát triển các giải pháp hiệu quả cung cấp sử dụng
mạng cao và dịch vụ hỗ trợ với các mẫu lưu lượng gói.
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 12
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
Hình 1.2:Mạng chuyển mạch kênh quang OCS.
 Mạng OBS
Để đáp ứng những yêu cầu mới, công nghệ quang làm giảm khoảng cách giữa
dung lượng truyền dẫn sợi quang và tốc độ xử lý của các thiết bị điện tử thực tế, tránh
việc sử dụng các chuyển đổi O / E.
OBS ban đầu xuất hiện vừa có khả năng tái cấu hình nhanh mạng OCS. Sự ra
đời của OBS đã được thúc đẩy bởi mong muốn nhanh chóng truyền tải một lượng lớn
dữ liệu mà không cần phải có một kênh quang. Hiện nay, OBS dường như là một công
nghệ đầy hứa hẹn với tính hạt băng tần được cải thiện cũng như giảm được việc xử lý
tiêu đề và đệm trong các nút trung gian. Ở biên của mạng, các gói tin với cùng một

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
giảm xác suất mất gói tin. Vì vậy, OPS là giải pháp sử dụng chuyển mạch có tính hạt
băng tần tốt nhất và do đó linh hoạt hơn và tăng sự phức tạp.
Hình 1.4.Mạng OPS: Bộ định tuyến biên tập hợp các dữ liệu người dung để tạo
thành các gói dữ liệu quang.
Bảng 1.1: Đặc tính của mỗi giải pháp chuyển mạch
Giải pháp Tính sử
dụng
Tính hạt
băng tần
Khả năng xử lý Khả năng
thích ứng
Độ trễ
OCS Thấp Thô Dễ Thấp Lớn
OBS Trung bình Bình thường. Trung bình Trung bình Trung bình
OPS Cao Mịn Khó Cao Thấp
Mạng dữ liệu hiện tại thường được xây dựng với bốn lớp xếp chồng lên nhau:
một lớp IP để thực hiện các ứng dụng và dịch vụ, lớp chế độ truyền không đồng bộ
(ATM) cho kỹ thuật lưu lượng, lớp SONET/SDH cho truyền tải, và lớp WDM mật độ
cao (DWDM) cho dung lượng. Mặc dù việc tách thành các lớp cung cấp một số lợi
ích, nó cũng dẫn đến không hiệu quả, làm tăng thời gian trễ của các kết nối, và hạn chế
việc cung cấp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS). Hơn nữa, các lớp phần lớn không
liên quan đến nhau, do đó có một số chồng lấn các giao thức truyền tải và nhiệm vụ
quản lý. Như một hệ quả, tối ưu hóa mạng lưới để đạt được tính linh hoạt, khả năng
mở rộng và hiệu quả chi phí sẽ đòi hỏi một cấu hình lớp đơn giản. Hình 1.5 cho thấy
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 15
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
sự phát triển một kiến trúc mạng đơn giản dựa trên lớp IP qua DWDM thực hiện bởi
OPS. Trong cấu trúc này, các gói IP được chuyển mạch và định tuyến trên lớp DWDM
quang, tránh việc xử lý điện tử trong mặt phẳng dữ liệu.

phép khả năng tương tác liền mạch với OPS, OCS cũng như OBS trên một nền tảng
WDM. Bằng cách giữ các gói dữ liệu tải trọng trong miền quang, quá trình gán nhãn
được thực hiện ở tốc độ trung bình, sử dụng kỹ thuật điện tử. Vì vậy, OLS áp dụng
chuyển mạch nhãn với gói tin quang, và kết hợp được những ưu điểm tính hạt băng tần
của MPLS và OPS.
1.2. Mạng chuyển mạch gói quang (OPS)
Các dịch vụ mạng trong tương lai sẽ được đặc trưng bởi các mẫu lưu lượng
burst/gói. Do đó cần một mạng quang mới có khả năng chuyển mạch gói trực tiếp
trong miền quang. Mạng OPS hứa hẹn sẽ mang sự linh hoạt và hiệu quả của Internet
cho mạng toàn quang. OPS là giải pháp để thu hẹp khoảng cách giữa các lớp điện IP/
MPLS và lớp quang WDM cung cấp tốc độ bit cao, thông suốt với định dạng dữ liệu,
và có khả năng tái cấu hình. Hình 1.6 cho thấy một ví dụ về một mạng OPS.
Hình 1.6: Mạng chuyển mạch gói quang.
Tại các nút biên, các gói dữ liệu được tập hợp thành các gói quang được gửi
qua mạng. Một gói quang bao gồm một tiêu đề và tải trọng. Các tiêu đề chứa thông tin
định tuyến và các thông tin điều khiển khác trong khi tải trọng là các dữ liệu được
truyền. Tiêu đề được xử lý tại mỗi nút chuyển mạch, yêu cầu tiêu đề có tốc độ bit
không đổi tương đối thấp phù hợp cho xử lí trong miền điện, trong khi tải trọng có tốc
độ bit cao hơn. Trong hình 1.6, các gói dữ liệu quang được truyền đi theo đường quang
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 17
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
được mô tả bằng đường nét đứt. Không giống như các chuyển mạch kênh, chuyển
mạch gói không cần thiết lập bất kỳ kết nối xác nhận nào trước khi truyền, bởi vì các
gói được chuyển tiếp chặng – chặng dựa trên thông tin tiêu đề gói và bảng chuyển tiếp
gói tại mỗi nút chuyển mạch.
Các nút OPS kết hợp một số chức năng, một số thực hiện trong miền điện, trong
khi một số khác thực hiện trong miền quang. Cụ thể, cấu trúc bộ định tuyến gói chung
yêu cầu các chức năng giao diện, đồng bộ hóa, đệm, chuyển mạch và điều khiển. Các
gói tin đến tại nút quang phải trải qua giải mã tiêu đề và thông tin này được sử dụng để
điều khiển đồng bộ hóa tải trọng và chuyển mạch thông qua kết hợp định tuyến bước

AOPS qua nút đầu vào. Các gói tin IP được phân loại theo đích và yêu cầu chất lượng
và được đóng thành các gói quang tốc độ bit cao với các tiêu đề quang. Khi vào trong
mạng lõi, chỉ có tiêu đề quang được sử dụng để đưa ra các quyết định định tuyến tại
các nút quang. Mỗi nút AOPS sử dụng thông tin của các tiêu đề để thực hiện quyết
định định tuyến và chuyển tiếp các gói đến các nút biên đầu ra. Một nút AOPS thực
hiện hoạt động định tuyến và chuyển tiếp cùng với chuyển đổi bước sóng và tráo đổi
tiêu đề. Trong suốt quá trình này, sự toàn vẹn của các gói tốc độ cao vẫn được duy trì
trong miền quang .
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 19
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
Thiết kế của mạng toàn quang dựa trên khái niệm AOPS được xây dựng từ các nút
chuyển mạch gói toàn quang và khái niệm của các giao thức mặt phẳng điều khiển
được đưa ra trong FP6 IST của dự án LASAGNE. Không giống như các dự án trước
đây tập trung vào việc tráo đổi tiêu đề quang như IST-STOLAS ,KEOPS,và IST-
NHÃN , dự án LASAGNE lần đầu tiên nghiên cứu tỉ mỉ thiết kế nút chuyển mạch gói
AOPS với xử lí tiêu đề toàn quang bằng cách sử dụng bộ giao thoa kế Mach-Zehnder
dựa trên bộ khuếch đại bán dẫn quang tích hợp (SOA-MZI).
Trong kết cấu của LASAGNE, có hai kiểu mạng OPS với các nút toàn quang đã
được đề xuất. Giải pháp đầu tiên dành cho một mạng chuyển mạch gói thuần túy, với
các nút OPS được kết nối trực tiếp bằng cách sử dụng các liên kết WDM (hình 1.9a).
Phương pháp thứ hai dựa trên một giải pháp kết hợp kênh- gói. Kiến trúc này bao gồm
một lớp gói quang và một lớp kênh quang nằm dưới. Các nút OPS được kết nối bằng
cách sử dụng các kênh quang WDM cung cấp bởi lớp kênh (hình. 2.9b).
Hình 1.9: a)Mạng OPS thuần túy. b) Giải pháp kết hợp gói-kênh
Phương pháp đầu tiên có ưu điểm là kiến trúc mạng đơn giản, vì đã bỏ đi một lớp
mạng. Nó có thể được xem xét như là một mô hình dài hạn cuối cùng. Tuy nhiên,
trong ngắn hạn, sẽ là hợp lý khi giữ các lớp kênh để hỗ trợ một số dịch vụ dựa trên các
kết nối điểm-điểm (ví dụ như mạng riêng ảo VPN). Với lợi nhuận cao của loại hình
dịch vụ này, các dịch vụ như vậy sẽ không biến mất do đó hoàn toàn hợp lý khi xem
xét mức độ chuyển mạch quang trong một mạng sử dụng các nút OPS. Một mô hình

xuất hiện ở đầu ra của các bộ tương quan XOR với địa chỉ phù hợp. Xung này cung
cấp cho khối điều khiển để điều khiển bộ chuyển đổi bước sóng. Khối điều khiển được
tạo thành bởi các flip-flops quang. Tùy thuộc vào địa chỉ phù hợp (xung tương quan
đầu ra), những flip-flop thích hợp sẽ phát ra một tín hiệu CW (sóng liên tục) tại một
bước sóng nhất định. Trong khi đó, một tiêu đề mới được tạo ra trong ODL thích hợp.
Tiêu đề mới được gán vào phía trước của tải trọng, tải trọng và tiêu đề mới được
chuyển sang bước sóng được tạo bởi flip-flop đã xác định cổng ra. Với bước sóng này
gói tin được định tuyến bằng một AWG, như được giải thích ở trên.
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 22
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
Hình 1.12: Kiến trúc nút OPS biên trong dự án LASAGNE.
Mặt khác, để đáp ứng các tín hiệu khách hàng khác nhau, một số hoạt động phải
được thực hiện ở biên của một mạng OPS. Các hoạt động cơ bản ở đầu vào/ra là chèn/
tách thông tin của khách hàng vào/ từ các gói quang, xác định thủ tục sắp xếp và tạo ra
"tiêu đề tại biên" cho phép các nút đích tách đúng các tín hiệu khách hàng. Do đó, kiến
trúc của các nút biên giống như các nút lõi, bao gồm các chức năng bổ sung. Tại đầu ra
nút biên, các gói dữ liệu quang được gửi thông qua mạng OPS. Hình 1.12 minh họa
kiến trúc nút biên, trong đó nó có thể được nhìn thấy rằng bộ hoán đổi nhãn toàn
quang cũng là một yếu tố quan trọng.
Ngoài các chức năng mô tả ở trên, mỗi nút mạng có một số loại điều khiển thông
minh có trách nhiệm phát hiện ra các nút lân cận, phân phối tiêu đề và các vấn đề
khác liên quan đến nhiệm vụ định tuyến, chẳng hạn như việc xây dựng các bảng
chuyển tiếp. Ngoài ra, cần thiết khi thêm các chức năng bổ sung tập trung vào việc đo
kiểm tra chất lượng tín hiệu và quản lý lỗi để thực hiện các cơ chế phục hồi. Các vấn
này sẽ được giải quyết trong phần tiếp theo. Mặt khác, cần thiết để mặt phẳng điều
khiển tương thích với các giao thức dựa trên GMPLS để tạo điều kiện thuận lợi cho
việc chuyển đổi từ các mạng hiện hành sang các mạng OPS trong tương lai được đề
cập trong LASAGNE.
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 23
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung

lượng gói trong khi vẫn giữ các bước sóng khác cho các loại lưu lượng khác.
Ngoài ra, một giao diện đặc biệt sẽ gửi lưu lượng gói đến nút OPS và lưu lượng
phi gói đến OXC được định nghĩa để đảm bảo rằng không chuyển tiếp lưu lượng vào
các nút OPS. Các nút OPS sử dụng tiêu đề gói cho chức năng định tuyến trong khi đó
định tuyến trong OXC dựa vào bước sóng đến.
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 24
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung
Hình 1.13 a) Chuyển đổi từng nút ; b) Nút OPS với chức năng kết nối chéo
OXC nằm dưới.
 Chuyển đổi dựa trên khái niệm các đảo nút OPS
Kịch bản này là phần mở rộng của đường chuyển đổi trước đó. Trong trường
hợp này, một số nút OPS dưới dạng mạng con được đưa vào trong kiến trúc mạng hiện
tại. Trong ngắn hạn thực hiện một mạng chuyển mạch gói đầy đủ trên một vùng rộng
có thể được coi là một điều không tưởng. Mạng phân vùng tạo ra các mạng con có thể
là một cách để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi. Đặc biệt, kịch bản này bao
gồm một mạng OCS với các nút kết nối chéo, trong đó có mạng con OPS với các nút
OPS được đưa vào. Các bộ định tuyến biên OPS phải kết hợp phần cứng bổ sung để
tạo thành giao diện đúng với mạng OCS (lớp thích ứng). Tại các nút biên, lưu lượng
dữ liệu phải được cung cấp dưới dạng các tải trọng gói quang cho nên phải thực hiện
một số hoạt động. Các hoạt động cơ bản là chèn/ tách thông tin lưu lượng dữ liệu vào/
từ gói quang. Điều này xác định rõ thủ tục sắp xếp để chuyển các thông tin dữ liệu
người sử dụng thành thông tin thích hợp cho mạng OPS. Hình 1.14 cho thấy các hoạt
động thực hiện trong các nút biên OPS.
SV: Nguyễn Hải Phong- D08VT4 25