Ứng dụng của WDM

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CỦA WDM Tổng quan Công nghệ WDM ra đời đã tạo ra một cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực truyền thông quang. Hiện nay, công nghệ này đã được ứng dụng trên nhiều quốc gia trên thế giới, nâng cao đáng kể dung lượng của hệ thống, đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin của con người. Năm 2001, tập đoàn viễn thông Alcatel của Pháp đã xây dựng được tuyến quang WDM có tốc độ băng thông lên tới 10,2 Tbps bằng cách ghép 256 kênh có băng thông 40 Gbps với cự ly truyền dẫn lên tới 100 km. Hiện nay, cũng bằng công nghệ này, tập đoàn viễn thông Nhật Bản NTT đã xây dựng thành công một tuyến truyền dẫn quang dung lượng 14 Tbps, ghép 140 kênh, mỗi kênh có khả năng truyền thông tin với băng thông 111 Gbps với khoảng cách truyền lên tới 160 km. Tập đoàn Alcatel-Lucent cũng đã thực hiện được một đường cáp quang đơn gồm ba chặng (80 km x 3) ghép 16 kênh bằng công nghệ WDM có băng thông tổng cộng là 25,6 Tbps. Ở Việt Nam hiện nay, VNPT cũng đang sử dụng công nghệ DWDM tốc độ 80 Gbps trên tuyến đường trục sử dụng bốn bước sóng, mỗi bước sóng có băng thông là 20 Gbps. Viettel, EVNTelecom cũng đều đã ứng dụng công nghệ này để truyền dẫn mạng quang đường trục tốc độ 80 Gbps. Kỹ thuật WDM được ứng dụng trong nhiều hệ thống trên thực tế như hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn, mạng phân bố và quảng bá, mạng WDM đa truy nhập đơn chặng và đa chặng sẽ được trình bày ở dưới đây. Hệ thống điểm-điểm dung lượng lớn Trong tuyến thông tin quang điểm-điểm đường dài, tốc độ của một kênh thường nhỏ hơn 10 Gb/s do ảnh hưởng của tán sắc trong sợi quang. Công nghệ WDM có vai trò làm tăng dung lượng tuyến truyền dẫn. Sơ đồ của hệ thống quang điểm-điểm dung lượng lớn sử dụng công nghệ WDM được trình bày trong Hình 4.1. MUX DE MUX Sợi quang Tx Tx Tx Tx Tx Tx λ1 λ2 λN λ1 λ2 λN Hình 4.1: Tuyến thông tin quang WDM điểm-điểm. Giả sử có N kênh, mỗi kênh có tốc độ lần lượt là B1, B2,..., BN được truyền đồng thời qua sợi quang có chiều dài L, thì tích tốc độ và khoảng cách BL được xác định theo Công thức (4.1) . (4.1) Khi tốc độ của các kênh bằng nhau thì dung lượng của hệ thống tăng lên N lần. Năm 1985, BL đã đạt đến 1,37 Tbps.km ở bước sóng 1550 nm bằng cách ghép 10 kênh 2 Gbps và chiều dài tuyến là 68,3 km, khoảng cách ghép giữa các kênh là 1,35 nm, sử dụng sợi đơn mode thông thường. Với các hệ thống đơn kênh thì không thể đạt được tốc độ như thế, do ảnh hưởng của tán sắc sợi. Dung lượng một tuyến WDM phụ thuộc vào khoảng cách giữa các kênh. Khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bị giới hạn bởi xuyên nhiễu giữa các kênh. Ở vùng bước sóng 1550 nm thì vùng suy hao thấp của sợi quang khoảng 120 nm. Ví dụ, đối với các kênh có tốc độ 20 Gbps, khoảng cách tối thiểu giữa các kênh là 100 Ghz hoặc 0,8 nm có thể ghép được 200 kênh quang trên băng thông 120 nm đó. Do đó, tổng dung lượng có thể lên tới 4 Tbps. Trong khi đó, với hệ thống quang đơn kênh thì với khoảng cách truyền 80 km tốc độ 20 Gbps thì BL hiệu dụng sẽ là 1,6 Tbps.km. Vì vậy, có thể nói sử dụng công nghệ WDM làm tăng dung lượng và tốc độ của hệ thống đơn kênh lên một cách đáng kể. Trong thực tế, có rất nhiều yếu tố hạn chế việc sử dụng toàn bộ cửa sổ suy hao thấp của sợi quang. Ví dụ như, hệ thống WDM sử dụng bộ khuếch đại EDFA để khắc phục hiện tượng suy hao trong sợi quang mà bộ khuếch đại này lại chỉ làm việc trong khoảng băng 30-35 nm trong cửa sổ 1550 nm của sợi quang. Hơn nữa, còn có các ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến và tán sắc trong sợi quang. Để các hệ thống WDM có thể được ứng dụng trong thực tế, cần phải có các thiết bị có kỹ thuật cao như các bộ phát tích hợp nhiều laser DBF, các bộ MUX, DEMUX có khả năng xen/tách kênh, các bộ khuếch đại băng tần lớn có độ khuếch đại ổn định. Hiện nay, có rất nhiều ứng dụng của hệ thống thông tin quang WDM điểm-điểm dung lượng lớn ở cấp độ thực nghiệm. Dựa vào khoảng cách truyền, có thể chia hệ thống WDM thực nghiệm thành hai nhóm: nhóm có khoảng cách truyền tầm 100km và nhóm có khoảng cách truyền trên 1000 km. Nhóm thứ nhất: Năm 1985 đã tồn tại hệ thống thông tin quang WDM thực nghiệm gồm 10 kênh 2 Gbps và có khoảng cách truyền không sử dụng trạm lặp là 68,3 km. Năm 1995, hệ thống thông tin quang WDM dung lượng 340 Gbps ra đời bằng cách ghép 17 kênh tốc độ 20 Gbps và khoảng cách truyền 150 km. Nhưng cũng trong năm này thì đã có ba hệ thống WDM thực nghiệm ra đời với dung lượng trên 1 Tbps. Thứ nhất là hệ thống WDM 50 kênh, mỗi kênh có tốc độ 20 Gbps, khoảng cách truyền là 55 km, dung lượng tổng cộng của hệ thống là 1 Tbps. Thứ hai là hệ thốngWDM 55 kênh, khoảng cách giữa các kênh là 0,8 nm hay 100 Ghz, mỗi kênh có tốc độ 20 Gbps, khoảng cách truyền là 150 km, sử dụng hai bộ khuếch đại, nên hệ thống đó có dung lượng 1,1 Tbps. Thứ ba là hệ thống ghép 10 kênh 100 Gbps với khoảng cách truyền 55 km, dung lượng tổng cộng của hệ thống là 1 Tbps. Hệ thống này sử dụng kỹ thuật WDM kết hợp với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing), mỗi kênh 100 Gbps được tạo thành bằng cách ghép 10 kênh 10 Gbps theo kỹ thuật TDM. Đến cuối năm 1996, xuất hiện hệ thống có dung lượng 2,64 Tbps bằng cách ghép 132 kênh, khoảng cách kênh là 0,27 nm. Bảng liệt kê hệ thống WDM thực nghiệm trước năm 1995 như trong Bảng 4.1. Bảng 4.1: Bảng liệt kê các hệ thống WDM thực nghiệm trước năm 1995. Sè kªnh N Tèc ®é bit B(Gb/s) Dung l­îng N.B(Gb/s) Kho¶ng c¸ch L (km) NBL (Tb/s.km) 10 100 1000 40 40 16 10 160 531 85 32 10 320 640 205 32 5 160 9300 1488 50 20 1000 55 55 55 20 1100 150 165 132 20 2640 120 317 Nguồn Bảng 4.1-Hệ thống WDM-Nguyễn Thành Chung Nhóm thứ hai có khoảng cách truyền trên 1000 km được chia làm hai loại: tuyến sợi quang tuyến tính và mạng vòng. Năm 1994, một thí nghiệm thực hiện truyền dẫn tốc độ 40 Gbps qua tuyến sợi dài tuyến tính với khoảng cách truyền 1420 km ghép 16 kênh 2,5 Gbps và có khoảng cách giữa hai bộ khuếch đại là 100 km. Sau đó, hàng loạt các thí nghiệm khác được thực hiện nhằm tăng cự ly truyền dẫn hoặc tăng tốc độ bít lên. Năm 1997, có một thí nghiệm truyền dẫn 320 Gbps qua 640 km sợi, ghép 32 kênh, khoảng cách kênh là 0,8 nm, tốc độ của một kênh là 10 Gbps. Đối với mạch vòng sợi quang, đã thí nghiệm tuyến truyền dẫn ghép 20 kênh 5 Gbps có dung lượng tổng cộng 100 Gbps vượt biển bằng cách sử dụng các kỹ thuật sửa lỗi trước. Như vậy, sự ra đời của kỹ thuật WDW đã cải thiện được dung lượng của các hệ thống quang hiện thời lên rất nhiều. Một số hệ thống WDM đã được triển khai trong thực tế. Năm 1995, hệ thống WDM 4 kênh, mỗi kênh có tốc độ 2,5 Gbps đã được thương mại hoá. Đến năm 1996, hệ thống WDM dung lượng 40 Gbps ghép 16 kênh 2,5 Gbps có khoảng cách kênh là 0,8 nm cũng được thương mại hoá. Năm 2000, hệ thống 160 Gbps (ghép 16 kênh 10 Gbps trong vùng 1550 nm với khoảng cách kênh là 0,8nm) cũng được đưa vào sử dụng. Năm 2001, tập đoàn viễn thông Acatel của Pháp đã đạt được việc truyền dẫn quang với băng thông là 10,2 Tbps bằng cách sử dụng 256 kênh, mỗi kênh có băng thông 40 Gbps trong khoảng cách hơn 100km. Năm 2010, tại Nhật Bản tập đoàn viễn thông Nhật Bản đã thông báo có thể truyền dữ liệu qua cáp quang là 14 Tbps trong khoảng cách 160 km, sử dụng một cáp quang gồm 140 kênh, mỗi kênh có khả năng truyền tải thông tin với băng thông 111 Gbps. Kỹ thuật WDM đã tạo ra một cuộc cách mạng trong hệ thống thông tin quang. Mạng phân bố và quảng bá Trong mạng quảng bá hoặc phân bố tín hiệu sẽ có một tín hiệu đa kênh WDM được truyền tới một nhóm các thuê bao. Tại mỗi thuê bao đầu thu có nhiệm vụ lựa chọn một kênh thích hợp thông qua việc tách kênh. Một ví dụ trong mạng quảng bá là truyền hình cáp CATV, mạng này thực hiện bằng cách ghép nhiều kênh truyền hình lại và đưa tới một bus quang chung, sau đó phân phối đến từng thuê bao riêng biệt. Sơ đồ của mạng WDM sử dụng cấu hình sao quảng bá được minh họa trong Hình 4.2. Trong Hình 4.2 thì mỗi kênh tín hiệu được điều chế với một bước sóng riêng. Các kênh này được ghép với nhau bởi một Coupler quang thụ động và được phân phối đều đến tất cả các bộ thu. Mỗi thuê bao sẽ nhận được tất cả các kênh này và lựa chọn một kênh thích hợp nhờ sử dụng cơ chế điều chỉnh. Mạng này được gọi là mạng phát quảng bá và thu có lựa chọn. Nếu hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật tách sóng Coherent thì phía thu có thể lựa chọn kênh bằng cách thay đổi băng thông bộ lọc trung tần hoặc điều chỉnh tần số dao động nội. Nếu hệ thống sử dụng kỹ thuật tách sóng trực tiếp thì dùng các bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng cần thiết. 1 2 N λ1 λ2 λN λ1, λ2,…, λN Phát các bước sóng riêng biệt Bên thu khả chỉnh Nguồn Hình 7.37-Hệ thống thông tin quang-Vũ Văn San Hình 4.2: Mạng WDM hình sao quảng bá. Có rất nhiều thí nghiệm ứng dụng mạng quảng bá. Thí dụ như, sử dụng kỹ thuật tách sóng coherent để truyền 10 kênh, mỗi kênh có tốc độ 70 Mbps với khoảng cách kênh là 6 Ghz sử dụng sao quảng bá để phục vụ được cho một số lượng lớn các thuê bao. Ngoài ra, còn có một thí nghiệm khác có tốc độ bít tương đối nhỏ là B=622 Mbps nhưng lại truyền được 100 kênh nhờ sử dụng một thiết bị sao quảng bá 128 × 128. Trong mạng sao quảng bá WDM, có hai vấn đề ảnh hưởng đó là suy hao xen và suy hao phân bố. Suy hao phân bố là suy hao do tín hiệu trên đường truyền được chia đều tới tất cả các thuê bao. Mỗi thuê bao nhận được một phần công suất của tín hiệu tổng. Suy hao phân bố của một bus quang tăng nhanh khi số lượng các bước sóng N tăng theo Công thức (4.2). (4.2) Trong đó: PT là công suất phát. C là công suất ghép ra tại mỗi đầu sợi. δ là suy hao xen tại mỗi đầu sợi và được giả thiết là bằng nhau tại mỗi sợi. PN là suy hao phân bố. Từ Công thức (4.2) thì số lượng các bước sóng bị giới hạn trong khoảng nếu không sử dụng các bộ khuếch đại quang để bù suy hao. Đối với một thiết bị sao quảng bá N×N, suy hao phân bố giảm và công suất trung bình của tín hiệu mà mỗi thuê bao nhận được theo Công thức (4.3). (4.3) Trong đó: là công suất phát trung bình của tín hiệu. δ là suy hao xen của mỗi bộ Coupler cấu tạo nên sao quảng bá. CL là các loại suy hao khác. N là số lượng bước sóng được ghép. Công suất nhận được phải lớn hơn độ nhạy máy thu, độ nhạy của máy thu được xác định theo Công thức (4.4) (4.4) Trong đó: là số lượng photon trung bình trên một bit. B là tốc độ bit của mỗi kênh tín hiệu. h là hằng số plank, h=6,626.10-34. v là vận tốc của photon. Từ Công thức (4.3) và (4.4) với giả thiết thì băng tần hiệu dụng của hệ thống được tính theo Công thức (4.5). (4.5) Từ Công thức (4.5), có thể dự báo dung lượng của mạng quảng bá. Trong máy thu Coherent có , công suất truyền trung bình lớn nhất mW hoạt động ở bước sóng 1550 nm, năng lượng photon hv=0,8 eV. Giả sử, suy hao coupler và các suy hao khác đều bằng 0 thì BN=78 Tbps. Trong trường hợp tách sóng trực tiếp với thì BN=7,8 Tbps. Nhưng thực tế, giá trị BN thường nhỏ hơn vì luôn tồn tại suy hao trong bộ coupler, một số suy hao khác và công suất phát quang cũng nhỏ hơn. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của BN vào số lượng kênh N như trong Hình 4.3. Nguồn Hình 4.3-Hệ thống WDM- Nguyễn Thành Chung Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của BN vào số lượng kênh N. Hình 4.3 đã chỉ ra sự phụ thuộc của BN vào số lượng kênh N của hai phương pháp tách sóng Coherent và tách sóng trực tiếp. Đường cong số 1 chỉ ra trong trường hợp lý tưởng không có suy hao bộ Coupler thì BN=10 Tbps. Đường cong số 2 trong trường hợp δ=0,05, hay suy hao của bộ coupler là 0,2 dB. Hai đường cong 3 và 4 biểu diễn BN trong trường hợp thực tế với bộ tách sóng Coherent và tách sóng trực tiếp. Các đường nét đứt biểu diễn BN với các tốc độ bit cố định. Từ đồ thị, khi B= 0,622 Gbps với tách sóng trực tiếp thì BN=1 Tbps, N=1600 kênh; với tách sóng Coherent thì BN=3 Tbps, N=4800 kênh. Có thể khắc phục các ảnh hưởng của suy hao bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại quang. Ngày nay, đã sử dụng các bộ khuếch đại quang sợi EDFA để bù lại lượng năng lượng tín hiệu đã bị mất đi trên đường truyền để đảm bảo công suất tín hiệu tại mỗi thuê bao là đủ lớn để có thể điều chế lại tín hiệu. Gần đây, đã có một thí nghiệm thành công hệ thống có dung lượng 39,81 Gbps với cự ly là 507 km có khả năng phục vụ được gần 44 triệu thuê bao. Mạng WDM đa truy nhập Trên thực tế, có nhiều kiểu đa truy nhập khác nhau như đa truy nhập phân chia theo thời gian, đa truy nhập phân chia theo tần số, đa truy nhập phân chia theo mã, đa truy nhập phân chia theo không gian, đa truy nhập phân chia theo bước sóng WDMA (WDM Access). Các kỹ thuật này dựa vào một trong các tài nguyên thời gian, tần số, không gian, phổ tần hoặc bước sóng để truyền tín hiệu từ trạm phát tới trạm thu. Mạng WDMA còn gọi là mạng quang đa truy nhập theo bước sóng. Điểm khác biệt nhất giữa mạng quang đa truy nhập và mạng quang quảng bá là mạng quang đa truy nhập có khả năng đáp ứng truy nhập hai hướng cho một thuê bao bất kỳ. Trong mạng WDMA, băng thông của sợi quang được chia thành các khoảng nhỏ, mỗi khoảng này là một kênh quang riêng biệt. Khoảng cách tối thiểu giữa hai bước sóng theo khuyến nghị của ITU_T đến thời điểm này thì tốt nhất là khoảng 0,2 đến 0,8 nm. Một kênh có thể có tốc độ lên tới hàng Gbps. Sơ đồ khối của một mạng WDMA có cấu trúc như trong Hình 4.4. Các kênh quang từ các nút khác nhau được ghép với nhau nhờ một bộ Coupler quang N×N. Bộ ghép có nhiệm vụ trộn tất cả các tín hiệu đến và chia đều công suất đến các bộ thu. Kết quả là, tất cả các tín hiệu từ các cổng vào đều được đưa đến một cổng ra bất kỳ. Hệ thống có sự chia sẻ bước sóng, tức là từ một nút bất kỳ đều có thể thu được kênh chung trong môi trường chia sẻ đó. Coupler N×N Node 1 Node 2 Node 3 Node N Hình 4.4: Sơ đồ khối mạng WDMA. Tất cả các kênh được phát vào môi trường chia sẻ (Coupler hình sao) và mỗi nút có thể thu được tất cả tín hiệu của tất cả các nút còn lại trên mạng. Môi trường chia sẻ có thể là các cấu trúc mạng hình sao, bus hoặc mạng vòng ring để kết nối tất cả các nút với nhau. Mỗi nút sẽ thu tín hiệu mong muốn bằng phương pháp tách sóng coherent hoặc tách sóng trực tiếp. Mỗi nút có thể thu phát tần số cố định hoặc thay đổi. Do đó, việc triển khai mạng quang WDMA yêu cầu có các thành phần quang có khả năng điều chỉnh được bước sóng như laser phát khả chỉnh, bộ lọc quang khả chỉnh. Các thành phần này tạo nên các bộ thu phát quang có khả năng điều chỉnh được bước sóng ở mỗi nút mạng. Mạng WDMA có hai vấn đề cần quan tâm, đó là tốc độ điều chỉnh bước sóng và giao thức mạng. Tốc độ điều chỉnh bước sóng phải nhanh để đáp ứng yêu cầu của mạng, đặc biệt, trong mạng chuyển mạch gói, giao thức mạng thì phải đảm bảo kết nối ngang hàng các kênh tín hiệu khác nhau. Mạng WDMA có hai cấu hình cơ bản là mạng WDM đa truy nhập đơn chặng và mạng WDM đa truy nhập đa chặng. Mạng WDM đa truy nhập đơn chặng Mạng WDMA đơn chặng mọi nút đều được kết nối trực tiếp đến tất cả các nút khác trên mạng. Mạng WDMA có thể được chia làm hai loại: mạng quang WDMA phát quảng bá nhưng thu có lựa chọn và mạng WDMA định tuyến theo bước sóng. Trong mạng quang WDMA đơn chặng phát quảng bá thu có lựa chọn, dữ liệu tại các nút phát ra được ghép lại với nhau và phát quảng bá tới tất cả các nút khác trong mạng. Tại đầu thu, sẽ dựa vào bước sóng để lựa chọn tín hiệu mong muốn. Có bốn loại mạng phát quảng bá thu có lựa chọn đó là phát thay đổi thu cố định, phát cố định thu thay đổi, cả phát và thu đều thay đổi và cả phát và thu đều cố định. Mạng WDMA đơn chặng sử dụng các bộ định tuyến theo bước sóng hoặc ma trận chuyển mạch không gian bước sóng. Thực tế, đã triển khai các ứng dụng của mạng WDMA đơn chặng như mạng quang thụ động PON (Telephone PON và Broad PON-Passive Optical Networks), mạng Lambdanet, mạng quang thụ động PLL và mạng Rainbow. Trong đó, kiến trúc Lambdanet được thể hiện như trong Hình 4.5. Giao diện điện Phát LD λ1 Các bộ thu WDM DEMUX Thiết bị hình sao N×N Node 1 Node 2 Node N Nguồn Hình 7.38-Hệ thống thông tin quang-Vũ Văn San Hình 4.5: Sơ đồ Lambdanet có N node. Mạng Lambdanet là một mạng toàn quang sử dụng một bộ Coupler hình sao N×N để phân phối tín hiệu tới tất cả các nút trong mạng. Mỗi nút có một bộ phát để phát một bước sóng duy nhất và N bộ thu để thu được N bước sóng khác nhau trong mạng, mỗi nút sẽ nhận toàn bộ lưu lượng của mạng, vì thế, mạng này sẽ không bị nghẽn mà có thể truyền tín hiệu trong suốt không phụ thuộc vào tốc độ bit và phương pháp điều chế. Mỗi người sử dụng khác nhau có thể truyền tín hiệu với tốc độ bít và phương pháp điều chế khác nhau, có thể truyền tín hiệu số hoặc tín hiệu tương tự. Vì vậy, mạng Lambdanet rất linh hoạt và thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, có thể truyền tín hiệu thoại trong một mạng liên đài, có thể sử dụng cho các mạng chuyển mạch gói. Năm 1987, đã có một mạng 18 kênh, mỗi kênh có tốc độ 1,5 Gbps, nên dung lượng của hệ thống là 27 Gbps ở khoảng cách 57,8 km. Nhưng nhược điểm của mạng Lambdanet là số người sử dụng bị hạn chế bởi số lượng bước sóng, mỗi nút lại cần nhiều bộ thu, nên chi phí đầu tư vào phần cứng của hệ thống cao. Để giảm giá thành và độ phức tạp của hệ thống Lambdanet, bộ thu khả chỉnh đã được sử dụng, và mạng này được gọi là mạng Rainbow. Mạng này có khả năng kết nối 32 nút, mỗi nút có thể phát tín hiệu lên tới 1 Gbps và khoảng cách truyền từ 10-20 km. Nhược điểm của mạng Rainbow là bộ thu có tốc độ điều chỉnh chậm, không thể đáp ứng được cho chuyển mạch gói. Các mạng WDM sử dụng các bộ Coupler sao thụ động được gọi là mạng quang thụ động PON, mỗi nút đều có thể thu được toàn bộ lưu lượng. PON có khả năng kéo sợi quang đến tận nhà thuê bao. Sơ đồ khối của mạng PON như trong Hình 4.6. Tổng đài N bộ phát MUX/DEMUX λ N bộ thu λ1 λN λ2N λN+1 MUX DEMUX λ Nhà TB 2 Nhà TB N Tổng đài trung tâm Sợi quang 10 km Node đầu xa λ1 λN+1 λN λ2N Nhà TB 1 Nguồn Hình 7.39-Hệ thống thông tin quang-Vũ Văn San Hình 4.6: Sơ đồ mạng quang thụ động PON dùng cho mạng nội hạt. Hình 4.6 đã chỉ ra sơ đồ khối của mạng PON, các bước sóng được sử dụng để định tuyến tín hiệu trên mạng vòng nội hạt. Tổng đài trung tâm có N bộ phát hoạt động ở các bước sóng λ1, λ2, …,λN và N bộ thu hoạt động ở bước sóng λN+1, λN+2, …, λ2N với N là số thuê bao. Mỗi thuê bao sẽ thu và phát các bước sóng riêng. Nút đầu xa sẽ ghép tín hiệu từ các thuê bao và được gửi tới tổng đài trung tâm, nút đầu xa được cấu tạo từ các thiết bị thụ động nên chi phí bảo dưỡng sẽ thấp. Bộ chuyển mạch tại tổng đài trung tâm sẽ định tuyến các tín hiệu dựa vào bước sóng của tín hiệu đó. PON còn được sử dụng để tạo thành một đường trục của mạng WDMA băng rộng cấp quốc gia thông qua ba lớp LAN, MAN, WAN được cấu hình một cách linh hoạt. Mạng WDM đa truy nhập đa chặng Trong mạng WDMA đa chặng, khi một nút muốn truyền một kênh quang đến một nút khác thì có thể nó phải đi qua một số nút trung gian. Mỗi nút thu phát quang của mạng WDMA đa chặng có một số bộ thu/phát có thể thu phát một vài bước sóng nhất định. Kết nối trực tiếp xảy ra khi bước sóng được định trước tại nút đích trùng với một trong những bước sóng được định trước ở nút phát. Kết nối giữa hai nút bất kỳ được định tuyến qua các nút trung gian. Tại mỗi nút trung gian thì tín hiệu quang được chuyển thành tín hiệu điện. Địa chỉ đích của gói được giải mã và xử lý dưới dạng điện. Sau đó, gói tin lại được chuyển thành tín hiệu quang có bước sóng thích hợp để chuyển tới nút đích hoặc nút trung gian kế tiếp. Quá trình này được lặp lại cho tới khi thông tin đi được đến đích. Số lượng nút trung gian phụ thuộc vào thiết kế và quy mô mạng. Ví dụ về một mạng WDMA đa chặng được trình bày như trong Hình 4.7. Giả sử một mạng gồm có 8 nút, mỗi nút sẽ thu và phát được các bước sóng như hình vẽ. Nút 1 cần phát đi một gói tin ở bước sóng λ2 đến nút 3. Nhưng nút 3 chỉ có thể thu được ở bước sóng λ11, λ15. Nhìn ở trên sơ đồ, chỉ có nút 6 và nút 8 là có thể phát ở bước sóng λ11, λ15. Trong hình trên thì nút 1 sẽ truyền gói tin đến bộ coupler hình sao bằng bước sóng λ2, sau đó tới nút trung gian 6. Tại đây tín hiệu được biến đổi quang điện để chuyển tín hiệu thành tín hiệu có bước sóng λ11 để tới nút 3. Như vậy, tín hiệu này để tới được đích thì phải đi qua hai chặng. Các tín hiệu khác từ các nút có thể đi theo các hướng khác với số chặng lớn hơn hoặc bằng hoặc có thể truyền trực tiếp, ví dụ như tín hiệu từ nút 1 sang nút 5 thông qua bước sóng λ1. Nguồn Hình 4.7-Hệ thống WDM-Nguyễn Thành Chung Hình 4.7: Sơ đồ một mạng WDM đa chặng 8 node. Có một số cấu trúc cho các mạng toàn quang đa chặng, ví dụ như, kiến trúc bộ xử lý song song: nó dùng bộ xử lý song song để kết nối nhiều bộ xử lý trong một siêu máy tính. Trong một mạng N nút, kích thước của bộ vi xử lý song song là m thì N=2m và mỗi nút được đặt tại đỉnh của hình đa diện. Mỗi nút được nối trực tiếp với m nút khác. Khi tín hiệu được truyền giữa hai nút thì nó phải đi qua nhiều nhất m chặng. Số lượng chặng trung bình phải qua là m/2. Mỗi nút cần có m bộ thu, có thể sử dụng kỹ thuật khác để giảm số bộ thu, nhưng khi đó, số chặng trung bình lại tăng lên. Thực tế, mạng WDMA đa chặng đã được triển khai tại trường đại học Columbia có tên là Teranet dưới dạng chuyển mạch tế bào ATM 1 Gbps hoặc chuyển mạch kênh 1 Gbps. Sơ đồ khối chức năng của một nút trong mạng Teranet như trong Hình 4.8. Bộ thu quang của một nút bao gồm bộ lọc quang khả chỉnh đặt trước một photodiode và một bộ lọc trung tần có tần số cố định. Thiết bị thu quang là laser DBF có bước sóng được xác định trước. Thiết bị chuyển mạch là ma trận chuyển mạch 3×3, tốc độ cổng vào/ra là 1 Gbps. Ma trận chuyển mạch định tuyến gói tin tới một cổng ra thích hợp tuỳ thuộc vào địa chỉ đích của gói tin. Chuyển mạch ATM 3×3 λ2 λ1 λ1 λ2 λ1, λ2,… λ1, λ2,… Laser DBF Bộ điều chế RF khả chỉnh Từ đầu ra của Node khác Tới đầu vào của các Node khác λ3 λ4 Nguồn Hình 4.8-Hệ thống WDM-Nguyễn Thành Chung Hình 4.8: Sơ đồ khối chức năng của một nút trong mạng Teranet. Ưu điểm của mạng đa chặng so với mạng đơn chặng là không nhất thiết phải có thiết bị điều khiển kênh, vì mỗi nút mạng hoạt động như một trạm lặp và có nhiệm vụ quyết định nhận gói tin hay chuyển tiếp gói tin đến các nút khác trong mạng. Kết nối trong mạng đa chặng được thực hiện linh hoạt bằng nhiều cách khác nhau, bằng những con đường khác nhau. Chính vì vậy, mạng đa chặng giảm được tắc nghẽn đường truyền so với mạng đơn chặng. Kết luận Chương 4 đã trình bày về một số ứng dụng của hệ thống WDM bao gồm hệ thống WDM điểm-điểm dung lượng lớn, mạng phân bố và quảng bá, mạng WDMA đơn chặng và mạng WDMA đa chặng. Công nghệ này còn được phát triển thành công nghệ DWDM cải thiện đáng kể dung lượng của hệ thống.