HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Nguyễn Xuân Lập
THIẾT KẾ TOPO LOGIC MẠNG QUANG WDM
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATPLANWDMChuyên ngành:
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số:
60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2014
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: Ts Vũ Tuấn Lâm

mạng quang với nhiều các giải thuật khác nhau. Nhưng hầu hết các báo cáo đó đều chỉ đề
cập, đánh giá được một vấn đề cụ thể của hệ thống topo mạng. Nếu ta muốn đánh giá nhiều
thông số và có cái nhìn tổng thể cả topo mạng hay để so sánh giữa các topo mạng khác nhau
thì có rất ít tài liệu, báo cáo đã thực hiện được. Trong luận văn này tôi xin trình bày một
phương pháp “Thiết kế topo logic mạng quang WDM sử dụng phần mềm MatplanWDM”
mà qua đó chúng ta có thể thực hiện được: các báo cáo dạng thông số của mạng, các sơ đồ
biểu thị mối quan hệ giữa các thông số, cũng như theo dõi từng bước cấu trúc topo logic của
cả quá trình định tuyến trong mạng
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG QUANG WDM
1.1 Giới thiệu hệ thống WDM
1.1.1. Nguyên lý cơ bản của công nghệ WDM

Trong các hệ thống thông tin quang điểm - điểm thông thường, mỗi sợi quang chỉ có
thể truyền tín hiệu từ một nguồn phát tới một bộ tách quang ở đầu thu. Để truyền các tín
hiệu từ các nguồn quang khác nhau đòi hỏi phải có các sợi quang khác nhau. Trong thực tế
thì nguồn quang có độ rộng phổ tương đối hẹp, vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng một
phần rất nhỏ băng tần vốn rất rộng của sợi quang. Về mặt lý thuyết có thể làm tăng dung
lượng truyền dẫn của hệ thống lên nhiều lần bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu
2
quang trên cùng một sợi quang nếu các nguồn phát có phổ cách nhau một đoạn hợp lý và ở
đầu thu có các bộ tách bước sóng quang. Đây chính là cơ sở của kỹ thuật ghép kênh theo
bước sóng WDM.

Hình 1.1 : Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép bước sóng WDM
1.1.2. Hệ thống WDM

* Cấu trúc hệ thống WDM
Một hệ thống WDM bao gồm các thành phần chính dưới đây tạo thành: máy phát
quang, bộ khuếch đại chuyển tiếp quang, máy thu quang, kênh tín hiệu điều khiển giám sát
quang và hệ thống quản lý.

1.4.2. Mạng truy nhập toàn quang tích cực WDM
1.5. Mạng định tuyến bước sóng
1.6. Cấu trúc phân lớp của mạng quang
1.7. Lớp quang
1.7.1. Định nghĩa
1.7.2. Các đường quang
4
Lớp quang cung cấp các đường quang đến lớp cao hơn [7]. Đường quang là một kênh
thông tin quang tạm thời được thiết lập trên mạng. Ngoài ra, nó cũng có nghĩa cung cấp
đường truyền điểm tới điểm xuyên qua một mạng quang. Tính linh hoạt của đường quang
có thể làm cho lớp quang cung cấp sử dụng đầy đủ dải thông của mạng.
1.7.3. Dịch vụ
1.7.4. Cấu trúc của lớp quang
1.8. Ứng dụng của WDM trong mạng viễn thông
Kết luận chương
(*) Ta nhận thấy động lực để thúc đNy mạng WDM phát triển chính là nhờ vào các
ưu điểm vượt trội của WDM như:
- Tăng dung lượng kênh truyền trên một sợi quang mà không cần tăng tốc độ bít của
đường truyền và cũng không dùng thêm sợi cáp quang.
- Tính trong suốt: do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên nó có thể
hỗ trợ các định dạng số liệu như: ATM, IP….
- Khả năng mở rộng: những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng thông
truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbs để đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng ở nhiều cấp độ
khác nhau.
- Hiện tại chỉ có công nghệ WDM là cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải
quang OTN giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định
tuyến linh động.
(*) Qua chương này, luận văn đi sâu nghiên cứu về lý thuyết mạng quang WDM để
từ đó làm dõ cơ sở căn cứ khoa học cho bài toán thiết kế topo logic mạng quang WDM tại
chương 3.

tuyến khi đặt đường cáp quang, tuy
nhiên topo vật lý không thể theo kịp sự
phát triển của dịch vụ vì topo vật lý có
thể xem là topo “cứng”.
Có liên quan đến khái niệm kênh quang
với sự phân bố dịch vụ giữa các điểm
nút, có thể thay đổi topo logic từ chương
trình phần mềm nên có thể xem topo
logic là topo “mềm”.
Cơ sở của topo vật lý là kết nối vật lý
giữa các điểm nút.
Cơ sở thiết kế của topo logic là quan hệ
kết nối logic giữa các điểm nút.
Phản ánh quan hệ kết nối trong lớp vật
lý, mức độ phức tạp của topo vật lý phụ
thuộc vào số lượng đầu dây của điểm nút
mạng.
Phản ánh các kết nối trong lớp kênh
quang của mạng. Chất lượng truyền dẫn
và xử lí, độ phức tạp của kết nối logic
phụ thuộc vào số lượng đầu dây của
điểm nút mạng, số lượng bước sóng
ghép kênh, chức năng và kết cấu của
mạng.
Mục đích thiết kế topo vật lý là để đáp
ứng nhu cầu dịch vụ mạng, do đó yêu
cầu thiết kế các kết nối sao cho tối ưu
giữa các điểm nút mạng.
Mục đích thiết kế topo logic là để nâng
cao khả năng vận hành và kinh doanh

số nút lớn. Để giảm độ phức tạp của bài toán người ta chọn lựa phương án thực hiện ý tưởng
phân tích bài toán thiết kế lớn, phức tạp thành nhiều bài toán con. Lúc đó thay vì giải bài
toán lớn người ta lần lượt giải các bài toán con. Lời giải của các bài toán trước là dữ liệu
đầu vào cho các bài toán con kế tiếp. Một cách chặt chẽ mà nói thì các bài toán con không
hoàn toàn độc lập nhau nên phương pháp tìm lời giải lần lượt qua các bài toán con này có
thể chỉ đưa ra kết quả gần đúng. Tuy nhiên phương pháp phân tích này giúp người ta có cái
nhìn trực tiếp vào từng vấn đề cụ thể và là cơ sở cho việc áp dụng các thuật toán được lựa
chọn khi giải quyết những bài toán phức tạp.
Sự kết hợp giữa lý thuyết topo mạng với kiến thức về công nghệ WDM để tạo nên
bài toán thiết kế topo mạng quang WDM.
9
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG TOPO LOGIC MẠNG
QUANG WDM SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATPLANWDM
3.1
Giới thiệu tổng quát về MatPlanWDM:
- MatplanWDM là phần mềm giúp thiết kế tuyến ảo và định tuyến trong WDM. Nó
chạy trên nền nền Matlab cho phép người dùng có thể thiết kế mạng quang WDM một cách
trực quan và chi tiết. Ứng dụng này được dành riêng cho nghiên cứu cũng như giảng dạy tại
các khóa học về thiết mạng quang.
3.2 Cài đặt và các tính năng chính của MatplanWDM:
3.2.1 Cài đặt:
3.2.2 Các tính năng chính:
Ở đây ta chọn chạy tệp startup.m, với mặc định là giao diện Design Virtual Topology
and Flow Routing Mode

Hình 3.1: Giao diện của MatPlanWDM 0.51
Thanh công cụ với các menu đơn giản gồm: File - Mode - Tools - Help.
10

Hình 3.2: Thanh công cụ của MatPlanWDM 0.51

Chế độ cho phép ta lựa chọn một tham số của topo mạng số rồi tiến hành khảo sát
đánh giá sự ảnh hưởng, phụ thuộc lẫn nhau giữa các tham số trong mạng với tham số đã
chọn dưới dạng đồ thị.
Chức năng này giúp người dùng có thể mô phỏng mạng WDM dựa trên các thông số
ngõ vào thay đổi. Giao diện được trình bày thành 4 vùng:
Tại vùng nhập dữ liệu cho Matplan WDM, chế độ này cho phép người dùng chọn
tham số để tiến hành khảo sát như: số lượng thiết bị phát, số lượng thiết bị thu, chuyển đổi
bước sóng trên mỗi node, số lượng bước sóng trên mỗi sợi quang, dung lượng bước sóng
trên kênh (Gbps), lưu lượng yêu cầu (Gbps).
Sau khi thực hiện mô phỏng, các kết quả được trình bày dưới dạng đồ thị tại phần
Performance Curves. Trong phần này, người dùng có thể lựa chọn các đồ thị của 8 loại tham
số được định sẵn: tỷ lệ phần trăm lưu lượng được vận chuyển, số nút ảo, tắc nghẽn mạng, tỷ
lệ phần trăm node đơn, số đường quang, số bước sóng sử dụng, số đường quang trên mỗi sợi
liên kết, trễ trên đường truyền.
3.2.2c) Phân tích nhiều giờ “Multi-hour Analysis”
Chế độ phân tích nhiều giờ cho phép thực hiện một thử nghiệm đầy đủ nhiều giờ cho
một thuật toán lập kế hoạch nhiều giờ được xây dựng trước. Giao diện của chế độ hoạt động
này bao gồm các lựa chọn để nhập dữ liệu ban đầu cho chương trình, các tham số cần thiết
cho quá trình thử nghiệm.
12
Sau khi mô phỏng hoàn thành báo cáo mỗi giờ được cung cấp trong bảng điều khiển
bằng cách lựa chọn thời gian tại nút lựa chọn. Kết quả báo cáo topo logic nói lên sự thay đổi
về số lượng sử dụng thiết bị phát, thiết bị thu và thiết bị chuyển đổi bước sóng tại mỗi nút.
3.2.2.d) Phân tích động “Dynamic Analysis”
Chế độ phân tích động cho phép phân tích trực tuyến các thuật toán tối ưu hóa. Khảo
sát khả năng đáp ứng của các thuật toán này khi lưu lượng trên ngõ vào và ra tăng dần. Các
vấn đề cần khảo sát là các diễn biến của topo ảo và khả năng định tuyến luồng của thuật
toán. Chế độ này tự động đánh giá hiệu quả của các thuật toán động dùng để tối ưu hệ
thống.
3.2.3 Khởi tạo ma trận lưu lượng

Cột
3
Cột
4
Cột
5
Cột
6
Cột
7
Cột
8
Cột
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Nút 1
Nút 2
Nút 3
Nút 4
Nút 5
Nút 6
Nút 7

-5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
100000000

100000000

100000000

100000000

100000000

100000000

100000000

100000000

100000000

100000000


Column 4: Link Length (Km) (độ dài tuyến)
Column 5: Nr Available Wavelengths (số bước sóng có thể sử dụng)
Bảng 3.2: Báo cáo thông số về liên kết quang của mạng 9 nút WDM
Cột 1

Cột 2

Cột 3

Cột 4

Cột 5Cột 1

Cột 2

Cột 3

Cột 4

Cột 5

1
2
3
4
5
6

9
6
6
4
6
4
1400
1400
278
278
905
905
700
700
1045
1045
690
690
689
689
32
32
32
32
32
32
32
32
32
32

3
1
3
4
3
5
4
9
5
5
2
2
1
3
3
3
1
71330

1330
818
818
1385
1385
1705
1705
1342
1342
1303
1303


8,724 8,574 8,574 7,398 6,222 7,056
2 16,122

0 16,357

10,990

14,241

14,283

16,507

8,895 10,584

3 13,834

16,357

0 11,782

11,204

10,114

7,591 7,505 8,831
4 8,724 10,990

11,782


18,602 20,056

7 7,398 16,507

7,591 12,915

16,208

29,593

0 30,555 22,216

8 6,222 8,895 7,505 12,273

12,466

18,602

30,555

0 17,769

9 7,056 10,584

8,381 14,839

16,357

20,256

Cột
2
Cột
3
Cột
4
Cột
5
Cột
6
1
2
3
4
5
6
…
8
7
7
6
9
7
…
7
8
6
7
7
9

ảo trung bình)
Average Distance(km): 2073.2193
(khoảng cách trung bình)
Column 1: Serial number of the flow (số
thứ tự luồng)
Column 2: IngressNode (nút đến)
Column 3: EgressNode (nút đi)
Column 4: Offered traffic (Gbps) (lưu
lượng được cung cấp)
Column 5: Lost traffic (Gbps) (lưu
lượng bị mất)
Cột 1 Cột 2 Cột 3 Cột 4 Cột 5
1
2
3
4
…
9
10
11
…
1
1
1
1
…
2

Summary information: (tóm tắt thông
tin)

Fraction of lost traffic: 0 (phần lưu
lượng bị mất)
17
PER NODE REPORT: USED
TRANSMITTERS/RECEIVERS/WCS
(Báo cáo về mỗi nút: số thiết bị phát/ số
thiết bị thu/ số bộ chuyển đổi bước sóng)

Column 1: Node ID (số thứ tự node)
Column 2: Used transmitters (số thiết bị
phát)
Column 3: Used receivers (số thiết bị
thu)
Column 4: Used TWCs (số bộ chuyển
đổi bước sóng)

Cột 1

Cột 2 Cột 3 Cột 4

1
2
3
4
5
6
7


PER LINK REPORT: WAVELENGTH
UTILIZATION
(Báo cáo mỗi tuyến về: Số bước sóng
được sử dụng)

Column 1: Link ID (số thứ tự tuyến)
Column 2: Origin node (node nguồn)
Column 3: Destination node (node đích)
Column 4: Distance (khoảng cách)
Column 5: Existing wavelengths (số
bước sóng hiện có)
Column 6: Used wavelengths (số bước
sóng sử dụng)
Cột
1
Cột
2
Cột
3
Cột
4
Cột
5
Cột
6
1
2
3
4

905
905
…
13
13
3
3
6
5
…
Summary information: (tóm tắt thông tin)

Average used wavelength per link:
7.6429 (số bước sóng trung bình sử
dụng trên một tuyến)
18
3.3.2 Phân tích có điều kiện mạng 9 nút WDM
Chế độ này cho phép ta lựa chọn một tham số của topo mạng số rồi tiến hành khảo
sát đánh giá sự ảnh hưởng, phụ thuộc lẫn nhau giữa các tham số trong mạng với tham số đã
chọn dưới dạng đồ thị.
- Chọn topo vật lý là file INTERNET2net.xml
- Chọn ma trận lưu lượng là file INTERNET2net_1T.traff
- Chọn thuật toán testingAlgorithm1.m
Chạy chương trình ta được các báo cáo đồ thị như sau:

Hình 3.12: Phân tích có điều kiện mạng 9 nút WDM
- Chọn một tham số đánh giá là số bước sóng trên tuyến quang với: giới hạn dưới là
20, số bước nhảy là 5, số điểm khảo sát là 15

19

- Chọn thuật toán testingAlgorithm1.m
Chạy chương trình chế độ phân tích nhiều giờ ta thu được :

Hình 3.15: Phân tích nhiều giờ mạng 9 nút
Kết quả của quá trình phân tích nhiều giờ được thể hiện dưới dạng các báo cáo, các
topo logic, các lựa chọn về thời gian, các thông tin về các nút hoặc các liên kết…
Tại mỗi thời điểm 0h, 1h, 2h, ……23h chương trình sẽ cho ta một điểm báo cáo về
tiến trình của topo mạng.
21
Tại thời điểm 23h:

Hình 3.22: Định tuyến mạng 9 nút WDM tại thời điểm 23h
Như vậy một lần nữa MatPlanWDM cho chúng ta thấy một cách rất rõ ràng cấu trúc
topo logic tại từng thời điểm trong mạng theo kế hoạch mà thuật toán đã được xây dựng.
Ngoài ra nếu lựa chọn báo cáo các thông tin về nút kết hợp với thời gian thì chương
trình còn cung cấp cho ta những thông tin có liên quan như sự phát triển trong thời gian số
lượng sử dụng thiết bị phát, thiết bị thu hoặc số bộ chuyển đổi bước sóng.
Kết luận chương
Trong chương này, luận văn đi sâu vào việc nghiên cứu các tính năng ứng dụng phần
mềm MatPLanWDM gồm có:
• các tham số đầu vào (topo vật lý, ma trận lưu lượng, thuật toán)
• các tham số đầu ra ( topo logic, các báo cáo về những thông số của
mạng ở dạng Bảng số liệu và dạng Biểu đồ, các dạng topo logic tại
từng thời điểm trong quá trình định tuyến trong chế dộ phân tích nhiều

toán (.m) để từ đó có thể thực hiện công việc thiết kế topo mạng một cách mềm dẻo hơn.
- Liên tục cập nhật những thông tin, điều chỉnh của MatPlanWDM từ web site và bạn
bè. Theo dõi, cập nhật các thông tin khuyến nghị, các đề xuất của các tổ chức viễn thông
quốc tế và khu vực về vấn đề phát triển và triển khai dịch vụ mạng quang WDM.