Upload
huytran812
View
31
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Thiet ke
Citation preview
Em xin cam oan n i dung c a án này không ph i là b n sao chép c a b t c
án ho c công trình ã có t tr c.
à N ng, tháng 5 n m 2007
Sinh viên th c hi n
c l cCH NG 1 ...........................................................................................................1T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN QUANG. ....................................1
1.1. Gi i thi u ch ng .........................................................................................11.2. Gi i thi u v thông tin quang........................................................................2
1.2.1. S phát tri n c a thông tin quang ...........................................................21.2.2. Nh ng u i m c a h th ng thông tin quang ........................................31.2.3. C u trúc và các thành ph n chính c a h th ng thông tin quang .............5
1.3. S i quang......................................................................................................71.3.1. S i d n quang ........................................................................................71.3.2. S truy n ánh sáng trong s i quang........................................................81.3.3. Các thông s c a s i quang. .................................................................10
1.3.3.1. Suy hao c a s i quang...................................................................101.3.3.1.1. nh ngh a.............................................................................101.3.3.1.2. c tuy n suy hao .................................................................111.3.3.1.3. Các nguyên nhân gây suy hao trên s i quang..........................12
1.3.3.2. Tán s c ánh sáng ...........................................................................131.3.4. nh h ng c a tán s c n dung lu ng truy n d n trên s i quang........14
1.4. K t lu n ch ng .........................................................................................14CH NG 2 .........................................................................................................15GI I THI U M NG WDM. ..............................................................................15
2.1. Gi i thi u ch ng .......................................................................................152.2. Nguyên lí ho t ng c a h th ng WDM ....................................................172.3. u i m c a h th ng WDM ......................................................................182.4. V n t n t i c a h th ng WDM và h ng gi i quy t trong t ng lai ......192.5. Chuy n m ch quang....................................................................................192.6. Các thành ph n chính c a h th ng WDM ..................................................21
2.6.1. Thi t b u cu i OLT..........................................................................212.6.2. B ghép kênh xen/r t quang OADM....................................................222.6.3. B khu ch i quang............................................................................262.6.4. Gi i thi u v b k t n i chéo quang OXC............................................29
2.6.4.1. Ch c n ng OXC............................................................................292.6.4.2. Phân lo i OXC ..............................................................................32
2.7. S chuy n i b c sóng............................................................................342.8. K t lu n ch ng..........................................................................................36
CH NG 3 .........................................................................................................37NH TUY N VÀ GÁN B C SÓNG.............................................................373.1. Gi i thi u ch ng .......................................................................................373.2. Gi i thi u v nh tuy n và gán b c sóng (Routing and WavelengthAssignment - RWA). .........................................................................................373.3. nh tuy n b c sóng.................................................................................393.4. nh tuy n (Routing) ..................................................................................41
3.4.1. Gi i thi u.............................................................................................41
3.4.2. Phân lo i nh tuy n.............................................................................423.4.3. Lí thuy t th .....................................................................................43
3.4.3.1. th vô h ng. ...........................................................................443.4.3.2. th có h ng. ...........................................................................443.4.3.3. th h n h p ..............................................................................45
3.4.4. Các thu t toán c b n trong nh tuy n ................................................463.4.4.1. Thu t toán tr ng thái liên k t LSA.................................................46
3.4.4.1.1. Bài toán..................................................................................463.4.4.1.2. Thu t toán ..............................................................................473.4.4.1.3. Ch ng minh............................................................................473.4.4.1.4. Các b c th c hi n.................................................................483.4.4.1.5. Ví d v thu t toán Dijkstra ....................................................48
3.4.4.2. Thu t toán nh tuy n vect kho ng cách DVA ............................503.4.4.2.1. Thu t toán ..............................................................................513.4.4.2.2.Ch ng minh.............................................................................52
3.4.5. K t lu n ...............................................................................................533.5. Gán b c sóng............................................................................................533.6. S thi t l p ng o (Virtual path)............................................................553.7. Phân lo i m ng quang WDM......................................................................56
3.7.1. M ng single- hop .................................................................................563.7.2. M ng Multi- hop ..................................................................................57
3.8. Gi i thu t cho v n nh tuy n và gán b c sóng v i l u l ng m ng thayi DRWA ........................................................................................................58
3.9. K t lu n ch ng .........................................................................................59CH NG 4 .........................................................................................................60TH C HI N MÔ PH NG.................................................................................60
4.1. Gi i thi u ch ng .......................................................................................604.2. Gi i thi u v ngôn ng Visual C++ ............................................................604.3. L u thu t toán........................................................................................604.4. K t qu mô ph ng.......................................................................................624.5. K t lu n ch ng..........................................................................................66
APD Avalanche Photodiode Diod tách sóng quang thác l
AS Autonomous System H th ng c l p
ATM Asynchronous Transfer Mode Ki u truy n b t ng b
BGP Border Gateway Protocol Giao th c nh tuy n vùng biên
CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã
DVA Distance Vector Algorithm Thu t toán Vector kho ng cách
DWDM Dense WDM WDM m t cao
EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier B khu ch i quang s i có pha t p
Erbium
EIGRP Enhanced IGRP Giao th c IGRP nâng c p
IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao th c nh tuy n bên trong
ISDN Itegrated Servise Digital Network M ng s tích h p d ch v
I
E
D
C
A
B
LD Diod Laser
LED Light Emitting Diode Diod phát quang
LP Lightpath ng i ánh sáng
LSA Link State Algorithm Thu t toán tr ng thái liên k t
OADM Optical Add/Drop Multipler B ghép kênh xen/r t quang
OLT Optical Line Terminator Thi t b u cu i quang
OXC Optical Cross Connect B k t n i chéo quang
PIN Positive Intrinsic Negative
RIP Routing Information Protocol Giao th c thông tin nh tuy n
RWA Routing & Wavelength Assignment nh tuy n và gán b c sóng
SOA Semiconductor Optical Amplifier B khu ch i quang bán d n
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo th i gian
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo b c
sóng
P
O
L
R
T
W
S
H th ng thông tin quang ra i cùng v i nh ng u i m v t tr i c a nó ã và
ang áp d ng r ng rãi trên m ng l i thông tin toàn c u. Hi n nay, các h th ng
thông tin quang truy n d n t t c các tín hi u d ch v b ng h p, b ng r ng áp ng
yêu c u c a m ng s tích h p d ch v ISDN. Vì th , h th ng thông tin quang s là
m i t phá v t c truy n d n và c u hình linh ho t cho các d ch v vi n thông
c p cao.
i v i h th ng thông tin quang, môi tr ng truy n d n chính là s i quang, nó
th c hi n truy n ánh sáng mang tín hi u thông tin t phía phát t i phía thu. nh
tuy n và gán b c sóng tr thành ch c n ng không th thi u c trong m ng
quang WDM. V n t ra là nh tuy n ng i cho ánh sáng và gán b c sóng
cho nó trên m i tuy n nh th nào t c m t m ng t i u.
Trong án k thu t thông tin này, em xin trình bày v tài nh tuy n và gán
c sóng trong m ng WDM (Routing and Wavelength Assignment). án c
chia thành b n ch ng:
v Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang.
v Ch ng 2: Gi i thi u v h th ng WDM.
v Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng trong m ng WDM.
v Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng nh tuy n cho ng i ánh sáng lightpath.
tài “ nh tuy n và gán b c sóng trong m ng WDM” c a án này ã phân
tích s c n thi t c a ch c n ng nh tuy n và gán b c sóng trong m ng quang
WDM, tr thành ch c n ng không th thi u trong vi c i u hành m ng quang.
Ph ng pháp nghiên c u c a tài: d a vào ch c n ng c a nh tuy n và gán
b c sóng trong WDM, th c hi n mô ph ng ch c n ng nh tuy n trong m ng. Ánh
sáng i trong s i quang ph i i qua nhi u node m ng trung gian t i node ích,
t c là qua các tuy n trung gian. Vi c nh tuy n v i tiêu chí t i u hàm m c tiêu là
các tham s quen thu c nh b ng thông, tr , chi phí tuy n,... Vì th dùng thu t
toán tìm ng ng n nh t Dijkstra th c hi n mô ph ng nh tuy n t i u m ng.
Em xin chân thành c m n th y giáo Nguy n V n Phòng ã t n tình h ng d n,
cung c p tài li u, ng th i ng viên trong th i gian em nghiên c u tài này. Em
xin c m n t t c các th y cô giáo trong khoa n T Vi n Thông ã nhi t tình d y
d , cung c p trang b cho em nh ng ki n th c quí báu, cám n gia ình ã ng
viên em trong su t th i gian v a qua, cám n các b n ã góp nh ng ý ki n chân
thành góp ph n giúp em hoàn thành án.
Trong th i gian th c hi n án khá ng n án, m c dù có nhi u c g ng nh ng
án không kh i tránh nh ng thi u sót. Kính mong các th y cô giáo trong khoa
cùng các b n t n tình ch b o và góp ý ki n án c hoàn thi n h n. Em xin
chân thành c m n.
à N ng, ngày...tháng...n m 2007
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
1
CH NG 1
NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN QUANG.1.1. Gi i thi u ch ng
ng thông tin trao i trong các h th ng thông tin ngày nay t ng lên r t
nhanh. Bên c nh gia t ng v s l ng, d ng l u l ng truy n thông trên m ng c ng
thay i. D ng d li u ch y u là l u l ng Internet. S ng i s d ng truy c p
Internet ngày càng t ng và th i gian m i l n truy c p thu ng kéo dài g p nhi u l n
cu c nói chuy n n tho i. Chúng ta ang h ng t i m t xã h i mà vi c truy c p
thông tin có th c áp ng m i lúc, m i n i chúng ta c n. M ng internet và
ATM ngày nay không dung l ng áp ng cho nhu c u b ng thông trong
ng lai.
Hình 1.1: S gia t ng l u l ng d li u và ti ng nói qua các n m.
K thu t thông tin quang có th c xem là v c u tinh c a chúng ta trong vi c
gi i quy t v n trên. B i vì h th ng thông tin quang ra i v i nh ng kh n ng
t tr i c a nó: b ng thông kh ng l (g n 50Tbps), suy gi m tín hi u th p (kho ng
0.2dB/km), méo tín hi u th p, òi h i n ng l ng cung c p th p, không b nh
ng c a nhi u n t , kh n ng b o m t cao… Vì v y thông tin quang c xem
là k thu t cho h th ng thông tin b ng r ng. Các h th ng thông tin quang không
ch c bi t phù h p v i các tuy n thông tin ng dài, trung k mà còn có ti m
ng to l n trong vi c th c hi n các ch c n ng c a m ng n i h t và áp ng m i
lo i hình d ch v hi n t i và trong t ng lai.
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
2
Vì v y vi c phát tri n và xây d ng h th ng thông tin s i quang là c n thi t cho
nhu c u phát tri n thông tin trong t ng lai. Trong ch ng này s nói rõ v h th ng
thông tin s i quang và vi c truy n ánh sáng trong s i quang.
1.2. Gi i thi u v thông tin quang
Khác v i thông tin h u tuy n hay vô tuy n - các lo i thông tin s d ng các môi
tr ng truy n d n t ng ng là dây d n và không gian nh hình 1.2 - thì thông tin
quang là h th ng truy n tin qua s i quang nh hình 1.3. i u ó có ngh a là thông
tin c chuy n thành ánh sáng và sau ó ánh sáng c truy n qua s i quang. T i
i nh n, nó l i c bi n i thành thông tin ban u.
1.2.1. S phát tri n c a thông tin quang
Các ph ng ti n s khai c a thông tin quang là kh n ng nh n bi t c a con
ng i v chuy n d ng, hình dáng và màu s c s v t qua ôi m t. Ti p ó m t h
th ng thông tin u ch n gi n xu t hi n b ng cách s d ng các èn h i ng,
các èn hi u. Sau ó, n m 1791, VC. Chape phát minh m t máy n báo quang.
Thi t b này s d ng khí quy n nh là m t môi tr ng truy n d n, do ó ch u nh
ng c a các u ki n v th i ti t. gi i quy t h n ch này, Marconi ã sáng
ch ra máy n báo vô tuy n có kh n ng th c hi n thông tin gi a nh ng ng i g i
và ng i nh n xa nhau.
u n m 1880, A.G. Bell- ng i phát minh ra h th ng n tho i ã ngh ra
m t thi t b quang tho i có kh n ng bi n i dao ng máy hát thành ánh sáng.
Hình 1.2: Thông tin h u tuy n
Hình 1.3: Thông tin quang
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
3
Tuy nhiên, s phát tri n ti p theo c a h th ng này ã b b bê do s xu t hi n h
th ng vô tuy n.
S nghiên c u hi n i v thông tin quang c b t u b ng s phát minh
thành công c a Laser n m 1960 và b ng khuy n ngh c a Kao và Hockham n m
1966 v vi c ch t o s i quang có t n th t th p. B n n m sau, Kapron ã có th
ch t o các s i quang trong su t có suy hao kho ng 20dB/km. c c v b i
thành công này, các nhà khoa h c và k s trên kh p th gi i ã b t u ti n hành
các ho t ng nghiên c u và phát tri n và k t qu là các công ngh m i v gi m suy
hao truy n d n, v t ng d i thông, v các Laser bán d n… ã c phát tri n thành
công trong nh ng n m 70, t n th t c a suy hao ã c gi m n 0.18dB/km.
n n a trong nh ng n m 70, Laser bán d n có kh n ng th c hi n dao ng liên
t c ã c ch t o, tu i th c a nó c l ng kho ng 100 n m và cho phép t o ra
c ly truy n xa h n v i dung l ng truy n l n h n mà không c n n các b tái t o.
Cùng v i công ngh ch t o các ngu n phát và thu quang, s i d n quang ã t o ra
các h th ng thông tin quang v i nhi u u i m v t tr i h n h n so v i các h
th ng thông tin cáp kim lo i.
Hi n nay các h th ng thông tin quang truy n d n t t c các tín hi u d ch v
ng h p, b ng r ng áp ng yêu c u c a m ng s liên k t a d ch v ISDN.
1.2.2. Nh ng u i m c a h th ng thông tin quang
Thông tin s i quang có nh ng u i m v t tr i. Trong ph n này, em a nh ng
u i m th hi n tính v t tr i c a nó:
v ng thông kh ng l y ti m n ng: t n s sóng mang quang trong
kho ng1013 n 1016 Hz (th ng g n vùng h ng ngo i quanh giá tr 1014 Hz), cung
c p b ng thông truy n l n h n nhi u so v i h th ng cáp kim lo i (b ng thông c a
cáp ng tr c kho ng 500Mhz). Hi n t i, giá tr b ng thông c a h th ng s i quang
ch a s d ng h t nh ng vi c m t vài GHz qua kho ng cách vài km và hàng tr m
Mhz qua kho ng cách hàng ch c Km mà không c n s can thi p v n (dùng b
l p) là có th . Vì th , dung l ng mang thông tin c a h th ng thông tin quang l n
n nhi u so v i h th ng cáp ng t t nh t. Do suy hao l n b ng thông r ng, h
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
4
th ng cáp ng tr c gi i h n kho ng cách truy n v i ch m t vài km b ng thông
trên 100Mhz.
v S i quang kích th c nh và nh : s i quang có bán kính r t nh , th ng
bán kính này không l n h n bán kính s i tóc con ng i. Vì th , th m chí khi s i
quang c ph thêm nh ng l p b o v thì chúng v n nh và nh h n nhi u so v i
cáp ng.
v S cách li v n: s i quang c ch t o t thu tinh ho c ôi lúc là ch t
d o, ó là nh ng ch t cách n, vì th không gi ng v i dây d n kim lo i, nó không
cho th y nh ng tr c tr c c b n. H n n a, c tính này làm cho vi c truy n thông
tin c a s i quang tr nên phù h p m t cách lí t ng cho s thông tin trong nh ng
môi tr ng m o hi m v n.
v Không b nh h ng b i nhi u và xuyên âm: s i quang c ch t o t
các ch t n môi phi d n nên chúng không b nh h ng b i nhi u n t , các
xung i n t , nhi u t n s vô tuy n. Vì th ho t ng c a h th ng thông tin quang
không b nh h ng khi truy n qua môi tr ng nhi u n. u ó có ngh a là nó
có th l p t cung ng v i cáp n l c và có th s d ng trong môi tr ng ph n
ng h t nhân.
v B o m t thông tin: ánh sáng t s i quang b b c x m t cách không áng k
nên chúng có tính b o m t tín hi u cao. c tính này thu hút i v i quân i, ngân
hàng và các ng d ng truy n d li u.
v Suy hao th p: s phát tri n c a s i quang qua nhi u n m ã t c k t
qu trong vi c ch t o ra s i quang có suy hao r t th p. S i quang c ch t o
v i suy hao 0.2dB/km và c tính này tr thành l i th chính c a thông tin
quang. i u này thu n l i cho vi c t b khu ch i cho m i kho ng cách trên
ng truy n mà không c n chuy n sang tín hi u n b c trung gian, do ó
gi m c c giá thành và c ph c t p c a h th ng.
v Tính linh ho t: m c dù các l p b o v là c n thi t, s i quang c ch t o
v i s c c ng cao, bán kính r t nh . V i l i th v kích th c và tr ng l ng, s i
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
5
quang nói chung là t t h n trong vi c l u tr , chuyên ch , x lí và l p t d h n h
th ng cáp ng.
v tin c y c a h th ng và d b o d ng: do c tính suy hao th p c a s i
quang nên có th gi m c yêu c u s b l p trung gian ho c s b khu ch i trên
ng truy n. Vì th , v i m t vài b l p thì tin c y c a h th ng có th c
nâng cao h n h n h th ng d n n. H n n a, tin c y c a các thi t b quang
không còn là v n , các thi t b quang có tu i th r t cao, kho ng 20-30 n m.
v Giá thành th p y ti m n ng: th y tinh cung c p cho thông tin quang
c l y t cát, không ph i là ngu n tài nguyên khan hi m. Vì th , s i quang em
l i giá thành th p.
Thông tin quang c ng cho phép truy n ng th i các tín hi u có b c sóng khác
nhau. c tính này cùng v i kh n ng truy n d n b ng thông r ng c a s i quang
s n có làm cho dung l ng truy n d n c a tuy n tr nên r t l n.
1.2.3. C u trúc và các thành ph n chính c a h th ng thông tin quang
Các thành ph n c a tuy n truy n d n quang bao g m: ph n phát quang, cáp s i
quang và ph n thu quang.
-Ph n phát quang: c c u t o t ngu n phát tín hi u quang và các m ch u
khi n liên k t v i nhau. Ph n t phát x ánh sáng có th là: Diod Laser (LD), Diod
phát quang (LED: Light Emitting Diode). LED dùng phù h p cho h th ng thông
tin quang có t c bit không quá 200Mbps s d ng s i a mode. LED phát x t
phát, ánh sáng không nh h ng nên s d ng LED t t trong h th ng thông tin
quang thì nó ph i có công su t b c x cao, th i gian áp ng nhanh. LD kh c ph c
nh c m c a LED, th ng s d ng LD cho truy n d n t c cao. LD có nhi u
u i m h n so v i LED: ph phát x c a LD r t h p (kho ng t 1 n 4nm nên
Mãhoá
Gi imã
Phát Thu S iquang
Thi t bphát
quang S iquang
Bl p
Thi tb thuquang
Hình 1.4: C u trúc c a h th ng thông tin quang
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
6
gi m c tán s c ch t li u), góc phát quang h p (5- 100), hi u su t ghép ánh sáng
vào s i cao.
- Cáp s i quang: g m các s i d n quang và các l p v b c xung quanh b o
v kh i tác ng có h i t môi tr ng bên ngoài. Có th ch n các lo i s i sau: s i
quang a mode chi t su t nh y b c, s i quang a mode chi t su t gi m d n, s i
quang n mode.
- Ph n thu quang: do b tách sóng quang và các m ch khu ch i, tái t o tín
hi u h p thành. Trong h th ng thông tin quang, ng i ta quan tâm nh t i v i các
b tách sóng quang là các diod quang PIN và diod quang ki u thác APD c ch
t o t các bán d n c b n Si, Ge, InP.
Ngoài các thành ph n ch y u này, tuy n thông tin quang còn có các b n i
quang, các m i hàn, các b chia quang và các tr m l p. T t c t o nên m t tuy n
thông tin hoàn ch nh.
ng t nh cáp ng, cáp s i quang c khai thác v i u ki n l p t khác
nhau, có th c treo ngoài tr i, chôn tr c ti p d i t ho c t d i bi n,…tu
thu c vào các i u ki n l p t khác nhau mà ch t o c a cáp c ng khác nhau và
các m i hàn s k t n i các dài cáp thành dài t ng c ng c a tuy n c l p
t. Tham s quan tr ng nh t c a cáp s i quang tham gia quy t nh dài tuy n là
suy hao s i quang theo b c sóng.
Ngu n phát quang thi t b phát có th s d ng LED ho c laser bán d n. C hai
ngu n phát này u phù h p cho các h th ng thông tin quang, v i tín hi u quang
u ra có tham s bi n i t ng ng v i s thay i c a dòng i u bi n. B c
sóng làm vi c c a ngu n phát quang c b n ph thu c vào v t li u ch t o, n s i
quang ra c a ngu n phát quang ph i phù h p v i s i d n quang khai thác trên
tuy n.
Tín hi u ánh sáng ã c u ch t i ngu n phát quang s c lan truy n d c
theo s i quang t i ph n thu quang. Khi truy n trên s i d n quang, tín hi u
th ng b suy hao và méo do các y u t h p th , tán x , tán s c gây nên. B tách
sóng quang ph n thu th c hi n ti p nh n ánh sáng và tách l y tín hi u t h ng
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
7
phát t i. Tín hi u quang c bi n i tr l i thành tín hi u n. Các Photodiod
PIN và Photodiod thác APD u có th s d ng làm các b tách sóng quang trong
các h th ng thông tin quang. c tính quan tr ng nh t c a thi t b thu quang là
nh y thu quang.
Khi kho ng cách truy n d n khá dài, t i m t c ly nào ó, tín hi u quang trong
s i b suy hao khá nhi u thì c n thi t ph i có các tr m l p quang t trên tuy n.
Nh ng n m g n ây, các b khu ch i quang ã c s d ng thay th cho các
thi t b tr m l p quang.
1.3. S i quang
1.3.1. S i d n quang
S i quang là nh ng dây nh và d o truy n các ánh sáng nhìn th y c và các
tia h ng ngo i. Chúng có lõi gi a và có ph n bao b c xung quanh lõi. ánh
sáng có th ph n x m t cách hoàn toàn trong lõi thì chi t xu t c a lõi ph i l n h n
chi t su t áo m t chút.
V b c phía ngoài áo b o v s i quang kh i b m và n mòn, ng th i ch ng
xuyên âm v i các s i i bên c nh và làm cho s i quang d x lí. b c ngoài ta
dùng các nguyên li u m m.
Lõi và áo c làm b ng th y tinh hay ch t d o (silicat, ch t d o, kim lo i,
Flour, s i quang k t tinh). Ngoài ra chúng c phân lo i thành các lo i s i quang
Hình 1.5: C u t o s i quang
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
8
n mode và a mode t ng ng v i s l ng mode c a ánh sáng truy n qua s i
quang. Ngoài ra chúng còn c phân lo i thành s i quang có ch s b c sóng và
ch s l p tu theo hình d ng và chi t su t c a các ph n c a lõi s i quang.
1.3.2. S truy n ánh sáng trong s i quang.
S i quang là môi tr ng truy n thông c bi t so v i các môi tr ng khác nh
cáp ng hay không gian t do. M t s i quang cho suy hao tín hi u th p trên m t
ph m vi t n s l n, c tính này cho phép tín hi u c truy n qua các kho ng cách
xa t c cao tr c khi c n khu ch i ho c tái l p l i.
M t s i quang g m có m t lõi hình tr c bao quanh b i l p v . C ph n lõi
và ph n v c làm ch y u t silica (SiO2), có ch s khúc x (chi t su t) x p x
1.45. Ch s khúc x c a v t li u là t s v n t c ánh sáng trong chân không so v i
t c ánh sáng trong v t li u ó.
n =vc
n: chi t su t c a môi tr ng, không có n v .
c: v n t c ánh sáng trong chân không , n v : m/s
v : v n t c ánh sáng trong môi tr ng, n v : m/s.
Vì c v≥ nên n 1≥
Trong quá trình s n xu t s i, m t s t p ch t nào ó c a vào trong lõi ho c
v cho ch s khúc x trong lõi l n h n m t tí so v i v . Các nguyên li u nh
Germani ho c Photpho làm t ng chi t su t silica và c dùng thêm vào ph n lõi
c a s i quang, trong khi ch t Bo hay Flo làm gi m chi t su t c a Silica nên c
dùng t p ch t cho l p v .
Ánh sáng có th c xem nh m t chùm tia truy n theo nh ng ng th ng
trong m t môi tr ng và b ph n x ho c khúc x b m t gi a hai v t li u khác
nhau. M t tia sáng t môi tr ng 1 n m t phân cách c a môi tr ng 2, góc t i là
góc gi a tia t i và pháp tuy n v i b m t chung c a hai môi tr ng c bi u th
b ng 1θ . Ph n n ng l ng b ph n x vào môi tr ng 1 là m t tia ph n x , ph n còn
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
9
l i i xuyên qua môi tr ng 2 là tia khúc x . Góc ph n x r1θ là góc gi a tia ph n x
và pháp tuy n, t ng t góc khúc x là góc gi a tia khúc x và pháp tuy n.
Ta có: 11 θθ =r
Theo nh lu t Snell: 2211 sinsin θθ nn =
Khi góc t i 1θ t ng lên thì góc khúc x 2θ c ng t ng theo. N u °= 902θ thì
sin 1θ =1
2
nn , lúc này góc 1θ c g i là góc t i h n có giá tr
1
21sinnn
c−=θ , v i
21 nn > .
V i nh ng giá tr cθθ >1 , s không có tia khúc x và t t c n ng l ng t tia t i
c ph n x h t. Hi n t ng này c g i là hi n t ng ph n x toàn ph n.
i u ki n x y ra hi n t ng ph n x toàn ph n:
v Các tia sáng ph i i t môi tr ng có chi t su t l n sang môi tr ng có chi t
su t nh h n.
v Góc t i c a tia sáng ph i l n h n góc t i h n.
Ánh sáng truy n trong s i quang do hi n t ng ph n x toàn ph n x y ra gi a b
m t ph n lõi và v .
Hình 1.6: S ph n x và khúc x các tia sáng t i m t phân cách hai môi tr ng.
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
10
Hình trên cho th y ánh sáng c ghép t môi tr ng bên ngoài (không khí v i
chi t su t n0) vào s i.
1.3.3. Các thông s c a s i quang.
xác nh t c truy n d n và kho ng cách tr m l p c a h th ng thông tin
s i quang, có hai tham s c n ph i nghiên c u là t n hao quang và r ng b ng
truy n d n. o t n hao quang xác nh t n hao công su t ánh sáng lan truy n
trong s i quang.
1.3.3.1. Suy hao c a s i quang
1.3.3.1.1. nh ngh a
Công su t quang truy n t i s i c ng gi m d n theo c ly v i quy lu t hàm s m
ng ng nh tín hi u n. Bi u th c c a hàm s truy n công su t có d ng:
P(Z)= P(0)x 10 10zα
−
Trong ó:
P(0): Có công su t u s i.
P(z): công su t c ly z tính t u s i.
α : h s suy hao.
- H s suy hao c a s i c tính theo công th c:
A(dB)=2
1lg10PP
Trong ó:
P1: Công su t a vào s i.
Hình 1.7: Ánh sáng trong s i quang
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
11
P2: Công su t cu i s i.
- H s suy hao trung bình:
( ) ( )( )kmLdBAkmdB =/α
Trong ó:
A: Suy hao c a s i.
L: Chi u dài c a s i.
1.3.3.1.2. c tuy n suy hao
c tuy n suy hao c a s i quang khác nhau tu thu c vào lo i s i. Hình d i
cho th y suy hao trong s i quang nh m t hàm theo b c sóng. Ta th y r ng suy
hao nh nh t ba d i b c sóng dùng trong thông tin quang: 0.8 mµ , 1.3 mµ và
1.55 mµ .
.Hình 1.8: c tuy n suy hao c a s i quang
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
12
1.3.3.1.3. Các nguyên nhân gây suy hao trên s i quang
v Suy hao do h p th : S h p th ánh sáng x y ra do các nguyên nhân sau
gây ra: suy hao do s h p th c a các t p ch t kim lo i, s h p th c a ion OH, s
h p thu b ng c c tím và h ng ngo i.
S h p th c a các t p ch t kim lo i: các t p ch t kim lo i trong thu tinh là m t
trong nh ng ngu n h p th n ng l ng ánh sáng, các t p ch t th ng g p là s t
(Fe), ng (Cu), mangan (Mn), choromium (Cr), cobar (Co), niken (Ni). M c
h p th c a t ng t p ch t ph thu c vào n ng t p ch t và b c sóng ánh sáng
truy n qua nó. có s i quang có d suy hao nh h n 1dB/km c n ph i có thu
tinh th t tinh khi t v i n ng t p ch t không quá m t ph n t (10-9).
S h p th c a ion OH: các liên k t gi a SiO2 và các ion OH c a n c còn sót
l i trong v t li u khi ch t o s i quang c ng t o ra m t suy hao h p th áng k .
c bi t h p th t ng v t các b c sóng g n 950nm, 1240nm và 1400 nm.
S h p thu b ng c c tím và h ng ngo i: ngay c khi s i quang c ch t o t
thu tinh có tinh khi t cao thì s h p th v n x y ra. B n thân thu tinh tinh
khi t c ng h p th ánh sáng vùng c c tím và h ng ngo i. S h p th trong vùng
h ng ngo i gây tr ng i cho khuynh h ng s d ng các b c sóng dài trong thông
tin quang.
v Suy hao do tán x : Suy hao do tán x bao g m tán x Rayleigh, tán x do
m t phân cách gi a lõi và l p b c không hoàn h o.
Tán x Rayleigh: khi sóng n t truy n trong môi tr ng n môi g p nh ng
ch không ng nh t trong s i quang do cách s p x p các ph n t thu tinh, các
khuy t t t nh b t không khí, các v t n t s x y ra hi n t ng tán x . Khi kích
th c c a vùng không ng nh t vào kho ng m t ph n mu i b c sóng thì chúng
tr thành nh ng ngu n m tán x . Các tia truy n qua nh ng ch không ng
nh t này s t o ra nhi u h ng, ch m t ph n n ng l ng ánh sáng truy n theo
ng c , ph n còn l i truy n theo h ng khác th m chí còn truy n ng c l i
ngu n quang. tiêu hao do tán x Rayleigh t l ngh ch v i lu th a b c b n c a
c sóng.
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
13
Tán x do m t phân cách gi a lõi và l p b c không hoàn h o: khi tia sáng truy n
n nh ng ch không hoàn h o gi a lõi và l p b c tia sáng b tán x . Lúc ó 1 tia
t i có nhi u tia ph n x v i nhi u góc ph n x khác nhau.
v Suy hao do b u n cong: bao g m suy hao do vi u n cong và do u n cong.
Suy hao do vi u n cong: s i quang b chèn ép t o nên nh ng ch u n cong nh
thì suy hao c a s i c ng t ng lên. Suy hao này xu t hi n do tia sáng b l ch tr c i
qua nh ng ch vi u n cong ó. S i n mode r t nh y v i nh ng ch vi u n cong
nh t là v phía b c sóng dài.
Suy hao do u n cong: khi b u n cong v i bán kính cong càng nh thì suy hao
càng t ng.
1.3.3.2. Tán s c ánh sáng
ng t nh tín hi u n, tín hi u quang truy n qua s i quang c ng b bi n
d ng. Hi n t ng này c g i là tán s c. S tán s c méo d ng tín hi u analog và
làm xung b ch ng l p trong tín hi u digital. S tán s c làm h n ch d i thông c a
ng truy n d n quang.
.
Ø Tán s c mode: trong s i a mode, do xung ánh sáng vào m c dù ch có m t
c sóng nh ng lan truy n v i vài mode khác nhau v i t c truy n khác nhau,
nó làm kho ng tr ng th i gian gi a các xung c nh nhau tr nên ng n h n và t ng
theo kh u s c a s i. Hi n t ng này g i là tán s c mode. Do ó, r ng b ng
truy n d n c a nó b gi i h n ch y u do tán s c mode.
Ø Tán s c th : bao g m tán s c ch t li u và tán s c d n sóng.
Tán s c ch t li u: ánh sáng s d ng trong thông tin quang không ph i là ánh
sáng hoàn toàn n s c. Chi t su t c a thu tinh thay i theo b c sóng nên v n
Hình 1.9: D ng xung vào và ra do tán s c
Ch ng 1: T ng quan v h th ng thông tin quang
14
t c truy n c a ánh sáng có b c sóng khác nhau c ng khác nhau. Chính vì th , ánh
sáng có phân b t c lan truy n khác nhau c a các thành ph n b c sóng ánh
sáng khác nhau. Hi n t ng này c g i là tán s c ch t li u.
Tán s c d n sóng: s phân b n ng l ng ánh sáng trong s i quang ph thu c
vào b c sóng. S phân b này gây nên tán s c ng d n sóng.
1.3.4. nh h ng c a tán s c n dung lu ng truy n d n trên s i quang
Tán s c gây ra méo tín hi u và i u này làm cho các xung ánh sáng b giãn r ng
ra khi c truy n d c theo s i d n quang. Khi xung b giãn ra s d n t i ch ng l p
lên xung bên c nh. N u v t quá m t giá tr nào ó thì thi t b thu s không còn
phân bi t các xung k nhau n a và lúc này xu t hi n l i. Nh v y, các c tính tán
s c s xác nh gi i h n dung l ng truy n d n c a s i d n quang.
1.4. K t lu n ch ng
Qua ch ng này, chúng ta ã tìm hi u t ng quan v h th ng thông tin quang
v i nh ng u nh c m c a nó. H th ng thông tin quang d a vào nh ng u i m
t tr i c a mình ang phát tri n m nh m áp ng nhu c u thông tin b ng r ng
hi n nay.
Hình 1.10: nh h ng c a tán s c.
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
15
CH NG 2
GI I THI U M NG WDM.2.1. Gi i thi u ch ng
K thu t m ng ghép kênh phân chia theo b c sóng WDM (Wavelength
Division Mutiplexing) c coi là cu c cách m ng v b ng thông trong m ng
ng s ng Internet và h n th n a. Nhu c u b ng thông ang gia t ng m t cách
nhanh chóng v i nhi u ng d ng m i phong phú, ch ng h n nh th ng m i n
t , video theo yêu c u, các công vi c òi h i ho t ng ng b trên toàn c u.
M ng quang WDM ã a ra h a h n h t s c ý ngh a cho nhu c u b c thi t trên.
Khi s i quang c s d ng truy n thông tin thì thách th c c t ra i
v i chúng ta trong giai n m i tr c nhu c u thông tin ngày càng t ng m nh m
c a con ng i. Khi mà ngày càng có nhi u ng i b t u s d ng các m ng d li u
và c m i l n s d ng ó c ng ã chi m m t b ng thông áng k trong các ng
d ng thông tin c a h ch ng h n nh c l t thông tin trên các trang web, các ng
d ng s d ng Java, h i ngh truy n hình, … T ó cho th y nhu c u thông tin b ng
r ng t ra h t s c b c thi t, và nhu c u này còn v t xa h n n a trong t ng lai.
Hình 2.1 cho th y s gia t ng b ng thông c a các m ng khác nhau qua các n m. S
phát tri n m nh m này ch y u là do s tri n khai các h th ng thông tin quang.
Hình 2.1: S gia t ng b ng thông c a các m ng khác nhau qua các n m
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
16
thích ng v i s phát tri n không ng ng ó và tho mãn yêu c u tính linh
ho t v thay i m ng, các công ngh truy n d n khác nhau ã c nghiên c u,
tri n khai th nghi m và a vào ng d ng nh k thu t TDM, CDM. Công ngh
ghép kênh phân chia theo b c sóng WDM c a chu ng h n c . u này là do
công ngh TDM có chi phí k thu t và thi t b l p t h th ng t ng i cao, c
bi t trong TDM gây lãng phí m t s kênh thông tin khi m i khe th i gian c d
tr ngay c khi không có d li u g i và phía thu khó kh n khi phân bi t các khe
th i gian thu c v kênh nào gi i ghép kênh tín hi u. Bên c nh ó, ghép kênh
phân chia theo mã CDM còn t n t i nh ng h n ch v k thu t nh t c u ch
và suy hao trong mã hoá c ng nh gi i mã cao. WDM là ti n b r t l n trong công
ngh truy n thông quang, nó cho phép t ng dung l ng kênh mà không c n t ng t c
bit ng truy n c ng nh không c n dùng thêm s i d n quang.
V i WDM, m i kênh v i m t b c sóng khác nhau và các b c sóng ánh sáng
này không nh h ng l n nhau b i vì chu kì dao ng c a các các kênh khác nhau
là hoàn toàn c l p nhau. Khác v i h th ng TDM, m i ph n t kênh WDM có th
ho t ng t c b t kì và m i kênh c ng có th mang y dung l ng c a m i
c sóng. Ch ng này s trình bày rõ nguyên lí ho t ng c a h th ng WDM và
các thành ph n c a nó.
Hình 2.2: H th ng TDM
Hình 2.3: H th ng WDM
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
17
2.2. Nguyên lí ho t ng c a h th ng WDM
Ngày nay, nhu c u c a con ng i v các d ch v thông tin b ng r ng ngày m t
ng lên, thì m ng ghép kênh a b c sóng WDM ã tho mãn c nhu c u ó.
Theo k thu t này, các lu ng ánh sáng v i các b c sóng khác nhau c truy n
trên cùng m t s i quang. M i b c sóng mang m t dung l ng i n hình, thu ng là
2.5Gbps.
Nguyên lí c b n c a ghép kênh theo b c sóng là ghép t t c các b c sóng
khác nhau c a ngu n phát quang vào cùng m t s i d n quang nh b ghép kênh
MUX và truy n d n các b c sóng này trên cùng s i quang. Khi n u thu, b
tách kênh quang s phân tách thu nh n l i các b c sóng ó.
V i cùng m t nguyên lí ho t ng có hai lo i truy n d n trong WDM, ó là:
truy n d n m t chi u và truy n d n hai chi u m t s i.
v H th ng WDM m t chi u: có ngh a là t t c các kênh cùng trên m t s i
quang truy n d n theo cùng m t chi u.
v H th ng WDM hai chi u: có ngh a là kênh quang trên m i s i quang
truy n d n theo hai h ng khác nhau, dùng các b c sóng tách r i nhau thông
tin hai chi u.
Hình 2.4: Nguyên lí ghép kênh phân chia theo b c sóng
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
18
So v i h th ng WDM m t chi u, h th ng WDM hai chi u gi m c s l ng
b khu ch i và ng dây. Tuy nhiên, h th ng WDM hai chi u th ng b can
nhi u nhi u kênh, nh h ng ph n x quang, v n cách li gi a các kênh hai chi u,
tr s và lo i hình xuyên âm,… ng th i ph i s d ng b khu ch i quang hai
chi u.
2.3. u i m c a h th ng WDM
v Có kh n ng t o dung l ng l n ch trên m t s i quang, và có th t
dung l ng l n h n khi s d ng k thu t DWDM (Dense WDM: ghép kênh phân
chia theo b c sóng m t cao).
(b)
Ngu n λ1
Thu λ2
Thi t bWDM
Kênh vào
Kênh ra
Thi t bWDM
Ngu n λ2
Kênh vào
Kênh raThu λ1
t s iquang
λ1
λ2
(a)
Ngu n λ1Kênh 1
Thi t bWDM
t s iquang
quangnλλλ ,...,, 21
Kênh 2Ngu n λ2
Kênh nNgu n λn
Kênh 1Thu λ1
Thu λ2Kênh 2
Thu λnKênh n
Thi t bWDM
Hình 2.5: H th ng WDM theo m t h ng (a) và hai h ng (b)
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
19
v H th ng WDM thu n ti n khi cho phép truy n d n ng th i tín hi u không
ng nh t.
v Có kh n ng truy n d n tín hi u hai chi u.
2.4. V n t n t i c a h th ng WDM và h ng gi i quy t trong t ng lai
V i h th ng WDM, s i quang cung c p cho chúng ta t c truy n mong mu n
nh ng b ng thông m ng l i b gi i h n b i t c x lí các nút, do t c x lí
các nút c th c hi n b ng n t , mà t c n t l i th p h n r t nhi u so v i
t c thông tin truy n trong s i quang (kho ng vài Gbps). Nh v y, tín hi u quang
trên s i khi n nút s c chuy n thành tín hi u n th c hi n x lí n t (s
chuy n i quang- i n O/E), sau ó c chuy n l i thành tín quang truy n i.
i u này ã làm gi m t c m ng, gi i pháp t ra là xây d ng m ng mà trong ó
tín hi u c x lí hoàn toàn trong mi n quang, g i là m ng toàn quang.
Trong m ng toàn quang, d li u i t ngu n n ích hoàn toàn d i d ng
quang mà không c n b t c s chuy n i quang- i n nào trên ng i, vi c u
khi n x lí chuy n m ch c ng c th c hi n d i d ng quang. Tuy nhiên, m ng
toàn quang hi n t i v n ch a c ti n hành thành công b i nh ng t n t i c a nó.
Các thi t b logic hoàn toàn trong mi n quang khó th c hi n h n nhi u so v i các
thi t b logic n t . B i vì, khác v i các electron thì các photon không t ng tác
nh h ng l n nhau, th ng thì các thi t b logic ph c t p u c t o ra b ng
cách s d ng công ngh n t . Bên c nh ó, các tr m l p b ng quang c ng r t khó
th c hi n h n nhi u so v i các tr m l p n t m c dù các tr m l p trong m ng
toàn quang c t nh ng kho ng cách nh kì r t xa nhau.
2.5. Chuy n m ch quang
H u h t các thi t b m ng ngày nay u d a trên tín hi u n, u ó có ngh a
tín hi u quang c n chuy n i sang tín hi u n c khu ch i, tái t o ho c
chuy n m ch và sau ó c chuy n i tr l i tín hi u quang. u này nói n s
chuy n i optical-to-electronic-to-optical (O-E-O) và là công vi c c t lõi h t s c
có ý ngh a trong vi c truy n tín hi u. S l ng l n tín hi u i qua m ng quang c n
c chuy n m ch qua các m khác nhau, c g i là các node. Thông tin n
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
20
node s c chuy n v phía tr c theo h ng n n i mà nó c g i t i qua
ng t t nh t có th , con ng này có th xác nh b i các y u t nh kho ng
cách, chi phí, tin c y,b ng thông… c a tuy n ó. Cách chuy n i tín hi u
th c hi n chuy n m ch là tách ánh sáng t nh ng u vào s i quang, chuy n i
nó sang tín hi u n và sau ó chuy n i tr l i tín hi u ánh sáng laser, tín hi u
này c g i i trong s i quang.
V n c b n c a chuy n m ch quang là thay th s t n t i c a chuy n m ch
m ng i n b ng m ng toàn quang, s c n thi t c a vi c chuy n i O-E-O c
lo i b . Nh ng thu n l i c a kh n ng này khi tránh c vi c chuy n i O-E-O là
i u h t s c ý ngh a. u tiên chuy n m ch quang có th r h n b i vì không c n
nhi u tín hi u n t c cao t ti n.
Các b chuy n m ch quang cho nhi u ng d ng trong m ng quang. M i ng
d ng yêu c u th i gian chuy n m ch và s c ng chuy n m ch khác nhau. M t ng
d ng c a chuy n m ch quang là cung c p các lightpath. V i ng d ng này, chuy n
m ch c s d ng bên trong b k t n i chéo nh m c u hình l i chúng cung c p
các lightpath m i. M t ph n m m c thêm vào qu n lí m ng t u cu i n
u cu i. Vì th v i ng d ng này, các b chuy n m ch v i th i gian chuy n m ch
ms có th ch p nh n, nh ng các b chuy n m ch ây òi h i ph i có kích th c
l n.
M t ng d ng quan tr ng khác là chuy n m ch b o v . ây các chuy n m ch
c s d ng chuy n các lu ng l u l ng t s i chính sang s i khác trong
tr ng h p s i chính g p s c . Toàn b ho t ng nh th i gian tìm ra l i, thông
tin l i n các ph n t m ng u khi n vi c chuy n m ch và quá trình chuy n
m ch th c s òi h i ph i hoàn thành trong th i gian r t ng n. Có th có nhi u d ng
chuy n m ch b o v khác nhau, ph thu c vào ph ng pháp c s d ng, s các
c ng chuy n m ch c n thi t có th thay i t hàng tr m n hàng ngàn c ng khi s
d ng trong các b k t n i chéo b c sóng.
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
21
2.6. Các thành ph n chính c a h th ng WDM
C u trúc c a m ng WDM g m có các thành ph n: thi t b u cu i OLT, các b
ghép kênh xen/r t quang OADM, các b k t n i chéo quang OXC liên k t v i nhau
qua các k t n i s i quang. Ngoài ra còn có b khu ch i bù suy hao trên ng
truy n.
2.6.1. Thi t b u cu i OLT
Thi t b u cu i OLT (Optical Line Terminator) là thi t b c dùng u
cu i c a m t liên k t m n i m ghép và phân kênh các b c sóng. Thi t b
u cu i g m có ba ph n t : b ti p sóng (transponder), b ghép kênh các b c
sóng (wavelength multiplexer) và b khu ch i (optical amplifier).
B ti p sóng làm nhi m v thích ng tín hi u i vào t m t ng i s d ng m ng
thành m t tín hi u phù h p s d ng trong m ng. Và h ng ng c l i nó làm thích
ng tín hi u t m ng quang thành tín hi u phù h p v i ng i s d ng. Giao di n
gi a ng i s d ng và b ti p sóng có th thay i d a vào ng i s d ng, t c
bít và kho ng cách ho c suy hao gi a ng i dùng và b chuy n ti p. Giao di n ph
bi n nh t là giao di n SONET/SDH.
S thích ng bao g m nhi u ch c n ng, tín hi u có th c chuy n i thành
c sóng thích h p trong m ng quang, nó c ng có th thêm vào các ph n u
header nh m qu n lí m ng. B ti p sóng c ng có th giám sát t l l i bit c a tín
Hình 2.6: OLT
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
22
hi u m i vào và i ra trong m ng. Vì nh ng lí do này nên b chuy n ti p th c
hi n chuy n i quang- i n- quang.
hình trên, s làm thích ng ch cho theo h ng i vào và b c sóng h ng
ng c l i c g i tr c ti p n h ng ng i dùng. Trong m t s tr ng h p, ta có
th tránh s d ng b ti p sóng b ng cách th c hi n ch c n ng thích ng bên trong
thi t b ng i dùng, nh ph n t m ng SONET nh hình trên, i u này làm gi m
c chi phí áng k .
Tín hi u ra kh i b ti p sóng c ghép kênh v i các tín hi u khác các b c
sóng khác nhau s d ng b ghép kênh theo b c sóng trên m t s i quang. Thêm
vào ó b khu ch i có th c dùng khu ch i công su t lên n u c n thi t
tr c khi chúng c a n b phân kênh. Nh ng b c sóng này l i c k t
thúc trong m t b ti p sóng n u có ho c k t thúc tr c ti p trong thi t b ng i s
d ng.
Cu i cùng OLT c ng k t thúc m t kênh giám sát quang (OSC). OSC c mang
c sóng riêng l , khác v i các b c sóng mang l u l ng th c s . Nó dùng
giám sát vi c th c hi n c a các b khu ch i d c theo liên k t c ng nh cho các
ch c n ng qu n lí khác.
2.6.2. B ghép kênh xen/r t quang OADM
B ghép kênh xen/r t quang cung c p m t ph ng ti n u khi n l u l ng
trong m ng. OADM có th c dùng các v trí khu ch i trong các m ng ng
dài nh ng c ng có th s d ng nh ng ph n t m ng c l p. hi u c l i ích
c a b xen/r t quang, ta xét m t m ng gi a ba node A, B và C nh hình v d i,
u l ng m ng gi a A và C i qua node B, gi thi t các tuy n liên k t hoàn toàn
song công.
Gi s yêu c u l u l ng nh sau: m t b c sóng gi a A và B, m t b c sóng
gi a B và C, ba b c sóng gi a A và C. Bây gi tri n khai các h th ng WDM
i m n i m cung c p nhu c u l u l ng này. V i gi i pháp trong hình (a), hai
h th ng m n i m c tri n khai, m t gi a A và B, m t gi a B và C. M i
liên k t m n i i m s d ng m t OLT cu i liên k t. Node B có hai OLT, m i
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
23
OLT k t thúc b n b c sóng, vì th c n yêu c u b n b ti p sóng. Tuy nhiên ch có
m t trong b n b c sóng là dành cho node B, các b ti p sóng còn l i dùng cung
c p l u l ng gi a A và C. Vì th sáu trong tám b ti p sóng node B c dùng
u khi n l u l ng. ây là vi c r t t n kém.
V i gi i pháp trong hình (b), thay vì s d ng các h th ng WDM m n i m,
ta tri n khai m t m ng nh tuy n b c sóng. M ng s d ng m t OLT node A và
C, m t OADM node B. OADM r t m t trong b n b c sóng, sau ó k t thúc
các transponder. Ba b c sóng còn l i i xuyên qua trong mi n quang mà không
c n k t thúc trong các transponder. u này th y c hi u qu là ch s d ng hai
transponder thay vì s d ng n tám transponder nh gi i pháp (a), do ó gi m
c chi phí áng k .
Câu h i t ra là t i sao các b ti p sóng c n thi t gi i pháp (a) u khi n
u l ng i qua. Nói cách khác là t i sao chúng ta không n gi n lo i b các b
ti p sóng và th c hi n k t n i tr c ti p các b ghép kênh và tách kênh WDM gi a
Hình 2.7: Vai trò c a OADM trong m ng
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
24
hai b ti p sóng node B nh trong hình (b), h n là thi t k m t OADM riêng bi t.
i u này là có th , các OLT c thi t k h tr kh n ng này. L p v t lí c
xây d ng trong các m ng ph c t p h n nhi u các h th ng m n i m.
Có nhi u ki n trúc xây d ng nên OADM, các ki n trúc này i n hình s d ng
các b ghép/b l c. Ta xét OADM nh m t h p en có hai c ng mang m t t p h p
các b c sóng và m t s c ng n i b . Các thu c tính chính c a OADM g m có:
Ø T ng s b c sóng có th cung c p c là bao nhiêu.
Ø S b c sóng l n nh t có th xen/ r t là bao nhiêu.
Ø Có ràng bu c trên m t b c sóng nào ó c xen/r t. M t ki n trúc ch cho
phép m t s b c sóng xác nh nào ó c xen/ r t ch không ph i b t kì b c
sóng tu ý nào c ng c.
Ø Có d dàng xen/ r t các kênh thêm vào. Có c n thi t phá v m t kênh ang
t n t i xen/ r t các kênh thêm vào.
Ø Tính n chi phí.
Ø Tính ph c t p c a vi c thi t k OADM l p v t lí và khi thêm vào các kênh
m i thì nh h ng n vi c thi t k này nh th nào.
Hình d i ây cho ta th y các ki n trúc c a OADM:
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
25
hình 2.8(a), m t s kênh c ch n có th c tách ra và nh ng kênh khác
c i qua. Vì th không có s ràng bu c trên các kênh c r t và xen. Vì v y
c u trúc này áp t nh ng ràng bu c nh nh t trong vi c thi t l p các lightpath
trong m ng. Ngoài ra suy hao qua OADM c nh, c l p v i s kênh c r t và
xen là bao nhiêu. Tuy nhiên ki n trúc này l i không hi u qu v chi phí trong vi c
i u khi n m t s nh các kênh c r t, vì b t k bao nhiêu kênh c r t, t t c
các kênh u c n ph i c tách và ghép l i v i nhau. Do ó ta ph i t n chi phí cho
Hình 2.8: Các ki n trúc OADM
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
26
vi c tách và ghép cho t t c nh ng kênh i vào. i u này c ng d n n suy hao cao
n. Tuy nhiên khi m t s l ng l n s kênh c r t và linh ho t trong vi c thêm
vào ho c l y ra b t c kênh nào thì c u trúc này c ng cho ta hi u qu kinh t .
Hình 2.8(b) là s c i ti n c a hình 2.8(a) nh m gi m chi phí thi t k trên, vi c
ghép và tách kênh c th c hi n qua hai giai n. Giai n th nh t tách riêng
các b c sóng thành nh ng d i (bands), giai n th hai tách nh ng d i thành các
c sóng riêng l . Ví d nh h th ng 16 kênh, có th th c hi n s d ng b n d i,
m i d i g m b n kênh. N u ch có b n kênh c r t m t v trí, thì 12 kênh có
th gi nguyên trong các d i, thay vì ph i tách xu ng thành t ng kênh riêng l . u
này cho th y ta ã ti t ki m c chi phí cho b MUX và DEMUX. Ngoài ra, vi c
s d ng các d i cho phép tín hi u c i qua v i suy hao quang th p h n. Khi
m ng có s kênh l n thì c u trúc hình 2.8(b) ghép kênh nhi u giai n tr nên c n
thi t.
Trong c u trúc hình 2.8(c), m t kênh riêng l c tách và ghép t m t t p các
kênh i vào. Ta g i thi t b này là b xen r t n kênh (SC - OADM). tách và
ghép nhi u kênh thì các SC - OADM c n i liên ti p nhau. Ki n trúc này b sung
cho ki n trúc c a hình 2.8(a). Vi c tách và ghép kênh nh hu ng n các kênh ang
t n t i, nên nh m gi m t i thi u nh h ng này thì lên k ho ch t p b c sóng nào
c n c l y ra t ng v trí. Tuy nhiên n u s kênh c n c tách ra là l n thì ki n
trúc này không còn phù h p n a, do chúng ta ph i s d ng nhi u thi t b riêng l
n i l i v i nhau. u ó cho th y nó không hi u qu v kinh t . Ngoài ra suy hao
c ng gia t ng theo.
2.6.3. B khu ch i quang
Nh m bù l i s suy hao tín hi u trên ng truy n s i quang c ng nh t i các
thi t b (nh các b ghép kênh) thì các b khu ch i c t gi a các k t n i s i
quang nh ng kho ng cách nh kì. Tr c khi các b khu ch i quang ra i thì
l a ch n duy nh t là tái t o l i tín hi u, ngh a là nh n tín hi u và sau ó phát l i nó.
Quá trình này c th c hi n b ng các b l p tái sinh. M t b l p chuy n tín hi u
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
27
quang thành tín hi u n, khôi ph c sau ó chuy n l i thành tín hi u quang
truy n ti p. u này h n ch tính trong su t và t ng chi phí b o trì c a h th ng.
K thu t khu ch i quang chi m u th h n nhi u các b l p. B khu ch i
quang không ph thu c vào t c bit và các nh d ng tín hi u. M t h th ng s
d ng khu ch i quang có th d nâng c p h n nhi u, ví d n m t t c bit cao
n mà không c n ph i thay th b khu ch i. H n n a các b khu ch i quang
có b ng thông l n nên có th c dùng khu ch i ng th i nhi u tín hi u
WDM. N u không v i m i b c sóng ta ph i s d ng m t b l p.
Lo i khu ch i quang n hình là b khu ch i quang s i EDFA (Erbium
Doped Fiber Amplifier - khu ch i quang s i có pha t p Erbium).
B EDFA th c ch t là s i quang có pha t p có ch c n ng khu ch i c tín
hi u ánh sáng, chúng có th thay i các c tính v t lí c a s i theo nhi t , áp su t
và chúng có tính ch t b c x ánh sáng. c m c a s i này là chúng có kh n ng
t khu ch i ho c tái t o tín hi u khi có kích thích phù h p.
Theo hình v thì ánh sáng b m vào t laser c k t h p v i tín hi u vào nh
s d ng b ghép WDM trên h th ng s d ng m t b ghép. Ánh sáng b m này
c truy n d c theo s i có pha Eribium và tín hi u b m này kích thích các các ion
Eribium lên m c n ng l ng cao h n. S d ch chuy n m c n ng l ng c a n t
t cao xu ng th p s phát ra photon, c g i là b c x t phát n u không có b t c
tác ng nào t phía bên ngoài, còn g i là b c x kích thích khi do s có m t các
Hình 2.9: EDFA
u vào
B cách li
WDMEDF
B cách li
u ra
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
28
photon ch a n ng l ng b ng n ng l ng d ch chuy n. Khi tín hi u d li u c
truy n n EDFA, tín hi u d li u này n g p các ion Er3+ ã c kích thích
m c n ng l ng cao. Quá trình này làm cho các ion nh y t tr ng thái n ng l ng
cao xu ng m c tr ng thái n ng l ng th p nên phát ra photon, do ó s khu ch i
công su t tín hi u lên r i truy n i ti p trong s i quang.
Thông th ng, m t b cách li c dùng tr c ngõ vào ho c ngõ ra c a b
khu ch i tín hi u EDFA ng n s ph n x vào trong b khu ch i này.
EDFA cho h s khu ch i l n, công su t ra l n và nhi u th p, nó làm vi c
c sóng 1550nm. Trong các h th ng thông tin quang, cho các EDFA ho t
ng thì c n có ngu n b m. Các ngu n b m th c t là các diod laser bán d n công
su t cao dùng cung c p ngu n ánh sáng cho EDFA.
EDFA có các c m sau:
Ø Không có m ch tái t o th i gian, m ch ph c h i (b chuy n i O/E và
E/O).Do ó m ch s tr nên linh ho c h n.
Ø Công su t ngu n nuôi nh nên khi áp d ng cho các tuy n thông tin v t
bi n, cáp s có c u trúc nh và nh h n cáp th ng.
Ø Giá thành c a h th ng th p do c u trúc c a EDFA n gi n, tr ng l ng
nh , kho ng l p và dung l ng truy n d n c nâng cao.
Ngoài ra do EDFA có kh n ng khu ch i nhi u b c sóng trong cùng m t s i
nên nó có kh n ng t ng dung l ng t c lên n 20Gbps ho c cao h n khi s
d ng k thu t WDM.
Ngoài lo i khu ch i EDFA còn có d ng khu ch i SOA (Semiconductor
Optical Amplifiers- b khu ch i quang bán d n). V c b n, SOA là m t m i n i
P-N. L p gi a c hình thành m i n i ho t ng nh là m t vùng tích c c. Ánh
sáng c khu ch i do s phát x kích thích khi nó lan truy n qua vùng tích c c
này. i v i m t b khu ch i, hai u cu i c a vùng tích c c c ph m t l p
không ph n x lo i b g n sóng trong l i b khu ch i.
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
29
2.6.4. Gi i thi u v b k t n i chéo quang OXC
2.6.4.1. Ch c n ng OXC
Trong m ng nh tuy n b c sóng WDM, hình trên g m có hai lo i node là:
OXC và Edge node. OXC là node mà óng vai trò k t n i các s i quang trong
m ng. Edge node óng vai trò cung c p giao di n gi a nh ng h th ng k t cu i phi
quang (nh là các IP Router, chuy n m ch ATM, hay các siêu máy tính) v i lõi
quang. Các Edge node th ng n m u cu i c a h th ng và các lightpath c
thi t l p gi a hai edge node qua các node trung gian nh hình trên. ây c mong
i mang l i c u trúc c a m ng toàn quang, thông tin truy n i trên lightpath không
c n s chuy n i nào t tín hi u n sang quang ho c ng c l i t quang sang tín
hi u n.
OXC cung c p ch c n ng chuy n m ch và nh tuy n h tr các liên k t
logic gi a hai Edge. M t OXC làm nhi m v truy n thông tin trên m i b c sóng
m t u vào và nó có th chuy n m ch n m t c ng ra riêng bi t. M t OXC v i N
c ng vào- N c ng ra mà các c ng này có kh n ng x lí W b c sóng trên m i c ng
OXC ( optical cross connect) là thành ph n dùng u khi n các c u trúc m t
i ph c t p và m t s l ng l n các b c sóng. OXC là thành ph n m ng chính
cho phép c u hình l i m ng quang, mà ó các lightpath có th thi t l p và k t thúc
Hình 2.10: M ng WDM nh tuy n b c sóng
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
30
khi c n thi t mà không ph i c cung c p c nh. OXC c c u trúc v i m ch
tích h p r t l n và kh n ng n i k t hàng ngàn u vào v i hàng ngàn u ra t o
nên ch c n ng chuy n m ch và nh tuy n. Trong thông tin quang, b n m i kênh
quang có th c truy n i trong m t s i n, OXC là thi t b c n thi t có th
ti p nh n nhi u b c sóng khác nhau các u vào và nh tuy n các b c sóng
này n các u ra thích h p trong m ng. th c hi n u này, OXC c n thi t xây
d ng các kh i ch c n ng:
§ Chuy n m ch s i: kh n ng nh tuy n t t c các b c sóng trên m t s i
quang u vào t i m t s i quang khác ngõ ra.
§ Chuy n m ch b c sóng: kh n ng chuy n m ch các b c sóng c th t
m t s i quang u vào t i nhi u s i quang khác u ra.
§ Chuy n i b c sóng: kh n ng nh n các b c sóng u vào và chuy n i
chúng thành t n s quang khác ngõ ra, i u này là c n thi t tho mãn các ki n trúc
b t ng kh i khi s d ng chuy n m ch b c sóng.
M t OXC có các ch c n ng sau:
§ Cung c p d ch v : M t OXC có th dùng cung c p các lightpath trong
m t m ng l n m t cách t ng, mà không ph i thao tác b ng tay. Kh n ng này tr
nên quan tr ng khi gi i quy t s b c sóng l n trong m t nút ho c v i s nút trong
Hình 2.11: Các kh i ch c n ng c a OXC
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
31
m ng l n. Nó c ng quan tr ng khi các lightpath trong m ng c n c u hình l i áp
ng v i s thay i l u l ng c a m ng.
§ B o v : Ch c n ng quan tr ng c a b k t n i chéo là b o v các lightpath
khi s i b t ho c thi t b g p s c trong m ng. B OXC là ph n t m ng thông
minh mà nó có th phát hi n s c trong m ng và nhanh chóng nh tuy n l i các
lightpath.
§ Trong su t i v i t c bit: kh n ng chuy n m ch các tín hi u v i t c
bit.
§ Giám sát th c hi n, nh v l i: OXC cho th y tham s c a m t tín hi u
nh ng nút trung gian, OXC cho phép ki m tra thi t b và giám sát các tín hi u i
xuyên qua nó.
§ Chuy n i b c sóng: ngoài kh n ng chuy n tín hi u t c ng này sang
c ng khác, OXC còn kh n ng có th chuy n i b c sóng bên trong.
§ Ghép kênh: các OXC i u khi n các tín hi u ngõ vào và ngõ ra t c
ng dây quang, tuy nhiên nó có kh n ng ghép kênh chuy n m ch l u l ng
n i t i.
M t OXC c phân theo ch c n ng thành m t trung tâm chuy n m ch và m t
khu liên h p c ng. Trung tâm chuy n m ch ch a b chuy n m ch mà nó th c hi n
ch c n ng k t n i chéo th c s . Khu liên h p c ng ch a các card c dùng nh
các giao di n liên l c v i các thi t b khác. Các c ng giao ti p có th bao g m
các b chuy n i quang- i n, n- quang ho c không.
M t ph n t k t n i chéo c b n 2 x 2 g i các tín hi u quang t hai ngõ vào n
hai ngõ ra và có hai tr ng thái, ó là: tr ng thái cross và tr ng thái bar. Trong tr ng
thái cross, tín hi u t c ng vào phía trên c g i n c ng ra phía d i, và tín hi u
t c ng vào phía d i c g i n ngõ ra phía trên. Trong tr ng thái bar, tín hi u
t c ng vào phía trên c g i n c ng ra phía trên, và tín hi u t c ng phía d i
c g i t i c ng ra bên d i.
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
32
2.6.4.2. Phân lo i OXC
OXC c chia làm hai lo i:
- Hybrid OXC (hay OXC không trong su t): hi n ang r t ph bi n, nó th c hi n
chuy n i tín hi u quang sang tín hi u n, th c hi n k t n i b ng cách s d ng k
thu t k t n i n t và sau ó l i chuy n i tín hi u n sang tín hi u quang.
- All optical OXC (hay OXC trong su t): là cách k t n i tr c ti p các kênh quang
trong mi n photonic. Tín hi u d ng photonic trong su t quá trình chuy n m ch
mà không c n thi t quá trình chuy n i O-E-O. OXC này có th phân thành các
thành ph n thi t b chuy n m ch quang Free Space, thi t b quang tr ng thái r n và
các thi t b g ng c i n. Trong s các thi t b chuy n m ch ph bi n nh t k t n i
nhi u u vào v i nhi u u ra là WRG. V i thi t b này, m t b c sóng cho tr c
Hình 2.13: Hybrid OXC
Hình 2.12: Tr ng thái c a OXC
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
33
c ng vào b t kì s xu t hi n m t c ng ra xác nh nh hình 2.13. Lo i chuy n
m ch quang Free Space này c bi t nh là ch c n ng nh tuy n b c sóng.
§ Các thi t b chuy n m ch quang Free Space: nó c hi u là làm nhi m v
nh tuy n b c sóng, m t lo i khác thì chùm laser c chi u m t cách c h c vào
m t trong nh ng s i quang. Trong tr ng h p này, m t ma tr n c a các chùm tia
trên n k t h p m t ma tr n c a các s i quang, lúc ó m t trong nh ng chùm tia
ng l ng và m t s i quang thu s c nh h ng chúng k t h p v i nhau
t c m t k t n i trong không gian.
§ Các thi t b quang tr ng thái r n: là các c p thi t b bán d n nh h ng,
các thi t b này có th thay i m t trong nh ng c tính quang trên ng i d a
vào các ng d ng u khi n tín hi u nh nhi t , ánh sáng, dòng i n hay n áp.
Các c tính quang bao g m s phân c c, s truy n ánh sáng, s h p th , ch s
khúc x .
§ H th ng vi c i n: d a vào s ph n x ánh sáng trên m t b m t sáng bóng
làm thay i tính nh h ng c a ánh sáng. K thu t này d a trên h th ng g ng
i n (MEMS – Micro Electro Mechanical Systems).
Xét m t trung tâm cung c p d ch v l n, ây có th k t thúc nhi u k t n i,
m i k t n i mang nhi u b c sóng. M t s b c sóng này không c n c k t thúc
Hình 2.14: OXC toàn quang WGR
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
34
v trí ó mà mu n i n node khác. OXC th c hi n ch c n ng này, nó làm vi c
k bên các ph n t m ng SONET/ SDH, b nh tuy n IP và các chuy n m ch
ATM, các thi t b u cu i WDM và b ghép kênh xen/ r t. M t cách n hình,
m t s c ng OXC c k t n i n các thi t b WDM, các c ng khác c n i n
các thi t b k t cu i. Vì th OXC cung c p dung l ng hi u qu h n nhi u.
2.7. S chuy n i b c sóng
Chuy n i b c sóng là kh ng chuy n tín hi u t b c sóng này( 1λ ) trên
m t ngõ vào sang b c sóng khác t i ngõ ra ( 2λ ). B chuy n i r t có ích trong
vi c gi m xác su t t c ngh n m ng. N u các b chuy n i c tích h p vào trong
b k t n i chéo quang trong m ng WDM, các k t n i có th c thi t l p gi a
ngu n và ích ngay c khi trên t t c các tuy n c a ng i không có s n cùng m t
c sóng. Các b chuy n i b c sóng giúp lo i tr s b t bu c tính liên t c v
c sóng.
B chuy n i b c sóng y giúp cho vi c gi m xác su t t c ngh n t t h n
nh ng th c t b chuy n i này r t khó th c hi n b i các lí do v chi phí và gi i
h n k thu t. Trong m t m ng có r t ít node m ng c trang b b chuy n i b c
sóng, do ó c n ph i có s l a ch n các node t các b chuy n i b c sóng
các v trí thích h p sao cho t i u m ng, th ng t các b chuy n i b c sóng
nh ng node mà l u l ng m ng x y ra c c i.
tr--
Ví d nh hình trên, m t lightpath c thi t l p gi a Node A và Node B trên
c sóng 1λ , và m t ng lightpath khác c thi t l p gi a Node B v i Node C
trên b c sóng 2λ . N u có m t yêu c u Node A n Node C, yêu c u không th
1λ
2λ
1λ
2λ
Node A Node B Node C
Hình 2.15: S chuy n i b c sóng
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
35
thi t l p c v s b t bu c tính liên t c v b c sóng. N u có b chuy n i b c
sóng c t Node B mà nó có kh n ng chuy n i t b c sóng 1λ sang 2λ , thì
yêu c u có th th c hi n thành công. Rõ ràng các b chuy n i b c sóng có th
c i thi n c hi u su t khi các b c sóng r i có s n trên các tuy n, và m t b c
sóng chung thì không có.
Chuy n i b c sóng c chia ra làm hai lo i:
Ø Chuy n i b c sóng quang - i n: theo ph ng pháp này, tín hi u tr c
tiên c chuy n sang tín hi u n s d ng b tách sóng. Lu ng bit c l u tr
trong b m. Sau ó tín hi u n c dùng lái ngõ ra c a m t tunable laser
t o thành m t b c sóng mong mu n ngõ ra. Ph ng pháp này không thích h p
cho t c bit cao h n 10Gbps, tiêu hao công su t l n và th c hi n ph c t p h n
các ph ng pháp khác.
Ø Chuy n i b c sóng toàn quang: quá trình chuy n i b c sóng c
th c hi n hoàn toàn trong mi n quang. Ph ng pháp này d a vào hi u ng tr n
c sóng t o ra m t b c sóng khác.
Kh n ng chuy n i b c sóng có th th c hi n qua nhi u m c khác nhau.
Hình d i ây minh ho s khác nhau gi a u vào và u ra, tr ng h p nhi u
c ng thì càng ph c t p h n nh ng c ng t ng t . Kh n ng chuy n i b c sóng
hoàn toàn t c là có th chuy n i m t b c sóng ngõ vào thành m t b c sóng
b t kì ngõ ra. Kh n ng chuy n i b c sóng gi i h n qui nh r ng m i b c
sóng u vào có th c chuy n i thành m t s b c sóng xác nh tr c ngõ
ra. Tr ng h p c bi t c a chuy n b c sóng gi i h n là chuy n i b c sóng c
nh khi mà m t b c sóng u vào ch có th chuy n i thành m t b c sóng c
nh u ra. N u m i b c sóng c “chuy n i ” thành chính nó thì chúng ta
g i không có s chuy n i nào.
Ch ng 2: Gi i thi u m ng WDM
36
2.8. K t lu n ch ng.
Qua ch ng này, ta ã th y c ng l c thúc y m ng WDM hi n nay.
Nh ng m ng này cung c p các lightpath t u cu i này n u cu i kia qua các
node m ng trung gian. M t lightpath g m có m t kênh thông tin quang, ho c b c
sóng, gi a hai node m ng mà c nh tuy n qua nh ng node trung gian. Các node
m ng trung gian có th chuy n m ch và chuy n i b c sóng. Vì v y các m ng
này c xem là các m ng nh tuy n b c sóng.
Hình 2.16: Các kh n ng chuy n i b c sóng
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
37
CH NG 3
NH TUY N VÀ GÁN B C SÓNG.3.1. Gi i thi u ch ng
Trong m ng quang nh tuy n b c sóng, ng i s d ng liên l c v i nhau qua các
kênh thông tin quang c g i là các lightpath. Lightpath là m t ng i c a tín
hi u ánh sáng t ngu n n ích d i d ng quang thông qua các k t n i trung gian.
M t lightpath có th kéo dài qua nhi u tuy n truy n d n cung c p m t k t n i
chuy n m ch m ch gi a hai node mà có th ch a m t lu ng l u l ng l n gi a
chúng.
Khi các lightpath th c hi n vi c mang thông tin t m t node ngu n n m t node
ích nào ó thì nó c n c nh tuy n và gán b c sóng. nh tuy n và gán b c
sóng cho lightpath là v n h t s c quan tr ng và x y ra th ng xuyên trong m ng.
Ch ng này s nói rõ v vi c nh tuy n và gán b c sóng cho các lightpath, các
thu t toán th c hi n nh tuy n và các ph ng pháp gán b c sóng trong m ng
WDM.
3.2. Gi i thi u v nh tuy n và gán b c sóng (Routing and Wavelength
Assignment - RWA).
Khi m t lightpath c ch n và xác nh, m i lightpath c n c nh tuy n và
gán b c sóng cho nó. T ó t ra bài toán nh tuy n và gán b c sóng.
nh tuy n là v n tìm ng gi a hai node b t kì trong m ng tho mãn m t
m c ích nào ó, thu t ng g i là t i u hàm m c tiêu (cost function). V n này
r t quen thu c và r t quan tr ng trong m ng. Thông th ng nh tuy n trong IP s
d ng thu t toán tìm ng Dijkstra, v i hàm m c tiêu là các metric quen thu c nh
ng thông, tr , chi phí tuy n, …
Trong m ng quang, tìm ng c hi u theo hai khía c nh, ó là tìm ng v t
lí mang c m u l u l ng yêu c u (Routing) và a ra b c sóng phù h p mang
u l ng trên m i link d c path (Wavelength Assignment) trong s các b c sóng
cho phép (b i m i path g m m t s fiber, mà trên m i fiber này, b n có th có W
sub-chanels, c ng là W b óc sóng và W l a ch n cho yêu c u k t n i hi n t i). V n
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
38
này c vi t t t là RWA. Khi tìm c m t path v t lí và ánh d u b c sóng
trên các link d c theo path ó, thì chúng ta có m t ng quang, còn g i là lightpath
(LP). R c r i t ra i v i bài toán RWA là nó a ra hai i u ki n sau:
v i u ki n tính liên t c b c sóng: m t lightpath ph i s d ng chung m t
c sóng trên t t c các link d c theo ng i c a nó t ngu n n ích. u ki n
này c minh ho nh hình d i b ng cách m i lightpath c th hi n b ng m t
màu nh t nh trong su t ng i.
Hình 3.1: i u ki n tính liên t c b c sóng
v i u ki n tính riêng bi t v b c sóng: t t c các lightpath s d ng cùng m t
link (fiber) ph i c gán các b c sóng riêng bi t. u ki n c minh ho nh
(hình 2.10) mà nó c tho mãn khi hai lightpath cùng chia s cùng m t link c
th hi n b ng hai màu khác nhau (hai b c sóng khác nhau).
V n x y ra khi các b c sóng trên hai link k c n khác nhau, lúc ó c n dùng
n b chuy n i b c sóng, là tài nguyên t c a m ng. Các gi i thu t luôn tìm
cách gi m thi u chi phí này.
Bài toán RWA có th a ra nh sau: cho m t s h u h n các lightpath c thi t
l p trên m ng và m t s gi i h n các b c sóng. Ta ph i xác nh ng i cho m i
lightpath và xác nh s b c sóng nên c gán cho cho các lightpath này t
c s lightpath có th thi t l p là l n nh t. M c dù nh ng lightpath có ng i
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
39
ng n nh t có v t i u h n, nh ng ôi khi ta ành ph i lo i b s l a ch n này
nhi u lightpath h n có th thi t l p. Vì th các gi i thu t th ng cho phép nhi u
ng i thay phiên nhau i v i m i lightpath c thi t l p.
Các ng i ánh sáng (lightpath) mà không th c thi t l p vì nh ng ràng
bu c v ng i và b c sóng c g i là ngh n, do v y v n t i u m ng t ng
ng h n ch n m c th p nh t xác xu t t c ngh n này.
Khi hai lightpath mà chúng có tuy n truy n d n trùng nhau thì chúng s không
c gán cùng m t b c sóng. Thông th ng m t ng i ánh sáng (lightpath) ho t
ng v i cùng m t b c sóng trên nh ng s i quang mà nó i qua. Tr ng h p này ta
nói r ng lightpath thoã mãn s ràng bu c v tính liên t c b c sóng. Tuy nhiên n u
m t nút chuy n m ch/ nh tuy n c trang b v i m t b chuy n i b c sóng thì
i u ki n ràng bu c v tính liên t c b c sóng không còn n a, lightpath này có th
chuy n sang nhi u b c sóng khác nhau trên ng i t ngu n n ích c a nó.
M ng lõi c mô hình b ng Graph G(E,V) v i E (edge) là t p các c nh và V là
t p các nh (vertical). V i m i c p node b t kì S-D trong m ng (và t ng ng trong
Graph), t n t i m t t p các ng i (path) v t lí có th gi a chúng (m i path bao
g m m t s fiber hay link, edge trung gian), kí hi u: R. T p các ng i này có th
tìm theo m t gi i thu t tìm ng ph bi n nh Dijkstra, Prim hay Mentor v i m t
hàm m c tiêu tu ch n.
3.3. nh tuy n b c sóng
Trong m t m ng không có b chuy n i b c sóng, các lightpath ph i s d ng
cùng m t b c sóng t ngu n n ích. Khi có nhu c u cho cu c g i, b nh tuy n
c sóng WR ph i s d ng gi i thu t c thi t l p t tr c ch n m t c ng ra và
c sóng t ng ng. S l a ch n b c sóng óng vai trò quan tr ng i v i toàn b
xác su t t c ngh n. Vì v y m t WR ph i tìm ra ng i cho yêu c u thi t l p
lightpath và th c hi n gán b c sóng sao cho t i thi u hoá xác su t t c ngh n. Ch c
ng này có t m quan tr ng trong vi c thi t k các m ng toàn quang.
Bài toán RWA c chia làm hai lo i nh sau:
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
40
§ RWA dành cho l u l ng m ng c nh (static traffic): v i lo i này thì các
yêu c u v lightpath c bi t tr c, t t c m i ng i và b c sóng gán cho các
lightpath ã c thi t l p c nh t tr c ( ví d nh yêu c u truy n t Router này
n Router là không i, tính theo n v LP, xét trên toàn m ng ta có ma tr n h ng
N*N ). Khi có yêu c u i n, m t ng i và b c sóng ã ch nh t tr c ó
c gán cho yêu c u t ng ng ó. Vì v y, qui trình nh tuy n và gán b c sóng là
c nh, không thay i theo th i gian. V i lo i này, công vi c th c hi n không ph c
t p, nó n gi n là gán m t ng i nào ó cho lightpath. M c ích c a ph ng
pháp này là t ng c c i toàn b dung l ng c a m ng, t c là có th thi t l p ng
th i s lightpath là l n nh t. ây là bài toán trong m ng không có s chuy n i b c
sóng.
§ RWA dành cho l u l ng m ng thay i (dynamic traffic): trong m ng
quang nh tuy n b c sóng, các yêu c u v lightpath i n theo m t qui trình riêng
bi t và th i gian chi m b i các yêu c u này c ng theo m t qui lu t riêng. V i d ng
u l ng m ng thay i thì c n có m t gi i thu t ng nh tuy n các lightpath
qua nh ng ng i khác nhau d a vào s t c ngh n trên các tuy n truy n d n. T ó
gi i thu t cho bài toán RWA ng c a ra, nó d a vào tr ng thái hi n th i c a
m ng xác nh ng i cho m i yêu c u thi t l p lightpath. M t k t n i b ngh n
n u không có ng i nào có th dùng mang nó. M t trong nh ng thách th c
gi i quy t bài toán nh tuy n và gán b c sóng v i l u l ng m ng thay i là phát
tri n các gi i thu t và giao th c thi t l p các lightpath, nh m h n ch n m c th p
nh t xác su t t c ngh n trong m ng (t c là s yêu c u k t n i s b t ch i/ t ng s
yêu c u), nâng cao hi u su t s d ng tài nguyên (cùng m t l ng fiber, node, b
chuy n i b c sóng,…có th t o ra nhi u lightpath nh t) và c i thi n hi u n ng
t ng th c a m ng (hi u n ng = xác su t t c ngh n c a m ng + ph c t p c a gi i
thu t) . M t ph ng pháp n gi n là d a vào gi i thu t tìm ng i b ngh n ít nh t
thi t l p các lightpath ng. Trong gi i thu t này, m t lightpath c thi t l p trên
ng i ít b ngh n nh t t t p các lightpath khác nhau gi a c p ngu n - ích. B c
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
41
sóng c c p phát là b c sóng u tiên còn r i gi a nh ng tuy n liên k t trong
ng này.
Bài toán RWA ( Routing and Wavelength Assignment) c chia làm hai ph n:
nh tuy n và gán b c sóng.
3.4. nh tuy n (Routing)
3.4.1. Gi i thi u
nh tuy n c coi là thành ph n c t y u c a ki n trúc m ng, thi t k m ng và
i u hành m ng c a m i m ng thông tin, là thành ph n không th thi u trong m ng
vi n thông. Các y u t thúc y cho quá trình thay i và phát tri n nh tuy n m ng
ch y u do nhu c u c i thi n hi u n ng m ng, các d ch v m i a vào khai thác và
s thay i công ngh m ng, và ây c ng là m t trong nh ng thách th c khi xây d ng
và khai thác m ng. H u h t các m ng vi n thông truy n th ng c xây d ng theo
mô hình m ng phân c p mô hình này cho phép s d ng nh tuy n t nh trên qui mô
l n.
Trong khi nh tuy n t nh v n còn t n t i thì tính ch t c l p gi a ng i s d ng
và m ng v n m c cao; nh tuy n t nh ch y u d a trên mong mu n c a ng i s
d ng nhi u h n là tình tr ng c a m ng hi n th i. M ng hi n i hi n nay có xu h ng
h i t các d ch v m ng, yêu c u t ra t phía ng i s d ng là r t a d ng và ph c
t p. Các ph ng pháp nh tuy n ng c s d ng nh m nâng cao hi u n ng m ng
c a m ng m i này, t ng thêm tính ch ng, m m d o áp ng t t h n yêu c u ng i
s d ng d ch v .
nh tuy n ch s l a ch n ng i trên m t k t n i m ng th c hi n vi c
g i d li u. nh tuy n ch ra h ng, s d ch chuy n c a các gói (d li u) c ánh
a ch t m ng ngu n n ích thông qua các node trung gian; thi t b chuyên dùng
là b nh tuy n (router). Ti n trình nh tuy n th ng ch h ng i d a vào b ng
nh tuy n, ó là b ng ch a các l trình t t nh t n các ích khác nhau trên m ng. Vì
v y vi c xây d ng b ng inh tuy n, c t ch c trong b nh c a router, tr nên vô
cùng quan tr ng cho vi c nh tuy n hi u qu .
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
42
Khi có nhu c u cho cu c g i n, b nh tuy n xác nh ng i cho yêu c u
thi t l p lightpath. Nh v y bài toán nh tuy n là xác nh ng i cho m i yêu c u
thi t l p lightpath. M i ng i là m t chu i các tuy n truy n d n t m ngu n
n m ích. Nh m gi m s ph c t p trong tính toán, ng th i bài toán n
gi n h n, ta s xét ng i ng n nh t gi a hai m u cu i này. th c hi n u
này, ta s d ng m t gi i thu t tìm ng i ng n nh t d a trên gi i thu t Dijkstra.
hi u rõ v thu t toán dùng trong nh tuy n, ta tìm hi u v lí thuy t th .
3.4.2. Phân lo i nh tuy n
Có nhi u cách phân lo i nh tuy n, có th a ra m t s lo i nh tuy n nh sau:
§ D a vào ch c n ng thích nghi v i tr ng thái hi n th i c a m ng phân lo i
thành: nh tuy n t nh và nh tuy n ng
nh tuy n t nh: v i nh tuy n t nh, ng d n c ch n tr c cho m i c p
ngu n – ích c a các node trong m ng. Các gi i thu t nh tuy n chi phí t i thi u có
th c s d ng. K ho ch nh tuy n t nh c s d ng h u h t các m ng truy n
th ng, trong k ho ch nh tuy n này ch y u v i m c ích làm gi m các h th ng
chuy n m ch ph i i qua v i yêu c u k t n i ng dài. K thu t nh tuy n t nh b c
l m t s nh c m nh : quy t nh nh tuy n t nh không d a trên s ánh giá l u
ng và topo m ng hi n th i. Các b nh tuy n không phát hi n ra các b nh
tuy n m i, chúng ch có th chuy n thông tin n t i các các b nh tuy n c ch
nh tr c c a nhà qu n lí m ng.
nh tuy n ng: nh tuy n ng l a ch n tuy n d a trên thông tin tr ng thái
hi n th i c a m ng. Thông tin tr ng thái có th o ho c d oán và tuy n ng có
th thay i khi topo m ng thay i ho c l u l ng m ng thay i. nh tuy n ng
th hi n tính linh ho t và d dàng m r ng m ng.
§ D a vào ph m vi nh tuy n, ta phân lo i thành: nh tuy n trong và nh
tuy n ngoài.
nh tuy n trong: nh tuy n x y ra bên trong m t h th ng c l p (AS –
Autonomous System), các giao th c th ng dùng là RIP (Router Information
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
43
Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path
First), EIGRP (Enhanced IGRP),…
nh tuy n ngoài: nh tuy n x y ra gi a các h th ng c l p (AS), liên quan t i
d ch v c a nhà cung c p m ng s d ng giao th c nh tuy n ngoài r ng và ph c t p.
Giao th c th ng dùng là BGP (Border Gateway Protocol).
3.4.3. Lí thuy t th
Trong toán h c và tin h c, th là i t ng nghiên c u c b n c a lí thuy t
th . M t cách không chính th c, th là m t t p các i t ng g i là nh n i v i
nhau b i các c nh. Thông th ng th th ng c v d i d ng t p các m
nh, nút) n i v i nhau b i các n th ng (c nh). Tu theo ng d ng mà m t s
c nh có th có h ng.
Hình 3.3: Lí thuy t th
Hình 3.2: nh tuy n trong và nh tuy n ngoài
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
44
Có 3 lo i th : th có h ng, th vô h ng và th h n h p.
3.4.3.1. th vô h ng.
th vô h ng ho c th G là m t c p có th t (order pair) G=(V,E), trong
ó:
§ V là t p các nh ho c nút.
§ E là t p các c p không th t ch a các nh phân bi t, c g i là c nh. Hai
nh thu c m t c nh c g i là các nh u cu i c a c nh ó.
3.4.3.2. th có h ng.
th có h ng G là m t c p có th t G=(V,A), trong ó:
§ V là t p các nút ho c nh.
§ A là t p các c nh có th t ch a các nh, c g i là các c nh có h ng ho c
cung.
Hình 3.5: th có h ng
Hình 3.4: th vô h ng
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
45
M t c nh e=(x,y) c coi là có h ng t x n y, x c g i là i m u/g c và
y c coi là i m cu i/ng n c a c nh.
T ó ta phân lo i ra: th n và a th .
v th n: là th mà gi a hai nh ch có t i a m t c nh.
v a th : là th mà gi a hai nh có th có nhi u h n m t c nh.
a th có h ng là m t th có h ng mà trong ó n u x và y là hai nh thì
th c phép có c hai cung (x,y) và (y,x). th n có h ng là m t th có
ng, trong ó, n u x và y là hai nh thì th ch c phép có t i a m t trong
hai cung (x,y) và (y,x).
3.4.3.3. th h n h p
th h n h p G là b ba có th t G=(V,E,A) v i V,E,A c nh ngh a nh
trên.
3.4.3.4. Ví d
V i hình trên, ta có các giá tr sau:
- V={1,2,3,4,5,6}
- E={{1,2},{1,5},{2,3},{2,5},{3,4},{4,5},{4,6}}
ôi khi thông tin n i t nh 1 n nh 2 c kí hi u là 1~2.
Hình 3.6: Ví d
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
46
Bài toán nh tuy n gán b c sóng có liên h ch t ch v i bài toán tô màu cho các
nút trong th . Bài toán c a chúng ta là tô màu cho các nút thu c G sao cho hai
node k c n nhau ph i mang màu khác nhau th hi n m i tr ng thái c a node.
3.4.4. Các thu t toán c b n trong nh tuy n
Các m ng chuy n m ch gói và internet d a trên quy t nh nh tuy n c a nó t
các tiêu chí t i thi u. ây ta xét n chi phí tuy n c s d ng nh tham s ngõ
vào c a thu t toán nh tuy n chi phí t i thi u mà có th phát bi u n gi n nh sau:
Cho m t m ng g m các node c n i b i các tuy n song công, trong ó, m i
tuy n có m t chi phí c gán cho m i h ng, nh ngh a chi phí c a ng d n gi a
hai node là t ng chi phí c a các tuy n h p thành ng d n. V i m i c p node, tìm
ng d n v i chi phí t i thi u.
H u h t các thu t toán chi phí t i thi u ang s d ng trong các m ng chuy n m ch
gói và internet là Dijkstra ho c Bellman-Ford. Ta s xét hai thu t toán này d i ây.
3.4.4.1. Thu t toán tr ng thái liên k t LSA
Trong thu t toán tr ng thái liên k t, các node m ng qu ng bá giá tr liên k t c a nó
v i các node xung quanh t i các node khác. Sau khi qu ng bá, t t c các node u
bi t rõ topo m ng và thu t toán s d ng tính toán con ng ng n nh t t i node
ích là thu t toán Dijkstra.
Thu t toán Dijkstra, mang tên c a nhà khoa h c máy tính ng i Hà Lan Edsger
Dijkstra, là m t thu t toán gi i quy t bài toán tìm ng i ng n nh t trong m t th
có h ng không có c nh mang tr ng s âm.
3.4.4.1.1. Bài toán
Cho m t th có h ng G=(V,E), m t hàm tr ng s w: E [0, ) và m t nh
ngu n s. C n tính toán c ng i ng n nh t t nh ngu n s n m i nh c a
th . Ví d : chúng ta dùng các nh c a th mô hình các thành ph và các c nh
mô hình các ng n i gi a chúng. Khi ó tr ng s các c nh có th xem nh dài
c a các con ng hay có th là chi phí (và do ó là không âm). Chúng ta c n v n
chuy n t thành ph s n thành ph t. Thu t toán Dijkstra s giúp ch ra ng i
ng n nh t chúng ta có th i.
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
47
Tr ng s không âm c a các c nh c a th mang tính t ng quát h n kho ng cách
hình h c gi a hai nh u mút c a chúng. Ví d , v i 3 nh A, B, C ng i A-B-C
có th ng n h n so v i ng i tr c ti p A-C.
3.4.4.1.2. Thu t toán
Thu t toán Dijkstra có th mô t nh sau:
Ta qu n lý m t t p h p ng S. Ban u S={s}.
V i m i nh v, chúng ta qu n lý m t nhãn d[v] là dài bé nh t trong các ng
i t ngu n s n m t nh u nào ó thu c S, r i i theo c nh n i u-v.
Trong các nh ngoài S, chúng ta ch n nh u có nhãn d[u] bé nh t, b sung vào
t p S. T p S c m r ng thêm m t nh, khi ó chúng ta c n c p nh t l i các nhãn
d cho phù h p v i nh ngh a.
Thu t toán k t thúc khi toàn b các nh ã n m trong t p S, ho c n u ch c n tìm
ng i ng n nh t n m t nh ích t, thì chúng ta d ng l i khi nh t c b sung
vào t p S.
Tính ch t không âm c a tr ng s các c nh liên quan ch t ch n tính úng n
c a thu t toán. Khi ch ng minh tính úng n c a thu t toán, chúng ta ph i dùng n
tính ch t này.
3.4.4.1.3. Ch ng minh
Ý t ng c ch ng minh nh sau:
Chúng ta s ch ra, khi m t nh v c b sung vào t p S, thì d[v] là giá tr c a
ng i ng n nh t t ngu n s n v.
Theo nh ngh a nhãn d, d[v] là giá tr c a ng i ng n nh t trong các ng i
t ngu n s, qua các nh trong S, r i theo m t c nh n i tr c ti p u-v n v.
Gi s t n t i m t ng i t s n v có giá tr bé h n d[v]. Nh v y trong ng
i, t n t i nh gi a s và v không thu c S. Ch n w là nh u tiên nh v y.
ng i c a ta có d ng s - ... - w - ... - v. Nh ng do tr ng s các c nh không âm
nên o n s - ... - w có dài không l n h n h n toàn b ng i, và do ó có giá tr
bé h n d[v]. M t khác, do cách ch n w c a ta, nên dài c a n s - ... - w chính là
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
48
d[w]. Nh v y d[w] < d[v], trái v i cách ch n nh v. ây là i u mâu thu n. V y
i u gi s c a ta là sai. Ta có i u ph i ch ng minh.
3.4.4.1.4. Các b c th c hi n
Thu t toán Dijkstra dùng trong giao th c nh tuy n 0SPF i qua các b c sau:
1. B nh tuy n xây d ng th c a m ng và xác nh các node ngu n – ích, ví d
nh V1 và V2. Sau ó nó xây d ng m t ma tr n, c g i là ma tr n li n k . Ma tr n
này th hi n tr ng s c a các c nh, ví d nh [i,j] là tr ng s c a c nh n i Vi v i Vj.
N u không có k t n i tr c ti p gi a Vi và Vj, tr ng s này c xác nh là vô cùng.
2. B nh tuy n xây d ng b ng tr ng thái cho t t c các node trong m ng. B ng này
g m các ph n:
v Chi u dài: th hi n l n c a tr ng s t ngu n n node ó.
v Nhãn c a node: th hi n tr ng thái c a node, m i m t node có th có m t
trong hai tr ng thái là c nh hay t m th i.
3. B nh tuy n gán thông s ban u c a b ng tr ng thái cho t t c các node và thi t
l p chi u dài c a chúng là vô cùng và nhãn c a chúng là t m th i.
4. B nh tuy n thi t l p m t T-node. Ví d nh V1 là node ngu n T-node, b nh
tuy n s chuy n nhãn c a V1 sang c nh. Khi m t nhãn chuy n sang c nh, nó s
không thay i n a.
5. B nh tuy n s c p nh t b ng thái tr ng thái c a t t c các node t m th i mà các
node này liên k t v i node ngu n T-node.
6. B nh tuy n nhìn vào các node t m th i và ch n m t node duy nh t mà node này
có tr ng s n V1 là nh nh t. Node này sau ó tr thàn node ích T-node.
7. N u node này không ph i là V2 thì b nh tuy n tr l i b c 5.
8. N u node này là V2 thì b nh tuy n tách node tr c ó c a nó kh i b ng tr ng
thái và c th c hi n u này cho n khi n node V1. M t l t các node ch ra tuy n
t i u nh t t V1 n V2.
3.4.4.1.5. Ví d v thu t toán Dijkstra
i ây ta s tìm ng ng n nh t gi a A và E.
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
49
c 1: Theo hình sau, node A làm node ngu n T-node, nhãn c a nó chuy n
sang c nh và c ánh d u b ng
c 2: Trong b c này, ta s th y c b ng tr ng thái c a các node n i tr c
ti p v i node A là c p node (B,C). ng t A n B là ng n nh t (có tr ng s nh
nh t), do ó nó c ch n làm T-node và sau ó nhãn c a nó chuy n sang c nh.
c 3: gi ng nh b c 2, d a trên b ng tr ng thái c a các node k t n i tr c ti p
v i node B là c p node (D,E).T ng t nh th , node D k t n i v i node B là ng
ng n nh t (mang tr ng s 2 nên nh h n tr ng s c a c nh BE), do ó node D c
làm T-node, và sau ó nhãn c a nó chuy n sang c nh.
c 4: trong b c này chúng ta không có node t m th i nào, vì th ta ch có th
ch n T-node ti p theo. Node E c ch n vào th , c nh DE có tr ng s nh nh t.
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
50
c 5: Node E là node ích nên chúng ta k t thúc quá trình nh tuy n này.
3.4.4.2. Thu t toán nh tuy n vect kho ng cách DVA
Là m t thu t toán nh tuy n t ng thích nh m tính toán con ng ng n nh t
gi a các c p node trong m ng, c bi t n nh là thu t toán Bellman-Ford. Các
node m ng th c hi n quá trình trao i thông tin trên c s c a a ch ích, node k
ti p, và con u ng ng n nh t t i ích. M i node trong m ng có b ng nh tuy n cho
th y ng t t nh t n m i ích và m i node ch g i b ng nh tuy n c a nó n các
node láng gi ng.
V n t n t i c a thu t toán DV là nó th c hi n m n vô cùng khi có m t k t
n i b h ng. V n này có th th y rõ ví d sau:
V i hình 3.8 cho th y có duy nh t m t tuy n gi a node A n nh ng node khác.
Gi s tr ng s trên m i c nh u b ng 1, m i node (Router) u ch a b ng nh
tuy n. Bây gi , n u ta c t k t n i gi a A và B thì node B s hi u ch nh l i b ng nh
tuy n c a nó. Sau kho ng th i gian, các node trao i thông tin b ng nh tuy n và B
nh n b ng nh tuy n c a C. Khi C không bi t gì x y ra v i k t n i gi a k t n i gi a
A và B, nó s cho r ng có m t tuy n k t n i v i tr ng s là 2 (1 cho k t n i C-B và 1
cho k t n i B-A), nó không bi t r ng k t n i A-B ã b c t. B nh n b ng nh tuy n
này và ngh r ng có m t tuy n khác gi a C và A, vì th nó s a l i b ng nh tuy n và
thay i giá tr tr ng s c a k t n i B-A v 3 (1 cho k t n i B-C, 2 cho k t C-A). M t
Hình 3.8: Ví d c a thu t toán DVA
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
51
l n n a các node thay i b ng nh tuy n c a nó. Khi C nh n b ng nh tuy n c a B,
nó th y r ng b ng B thay i tr ng s c a tuy n B-A t 1 thành 3, vì th nó c p nh t
b ng nh tuy n và thay i tr ng s c a tuy n C-A thành 4 (1 cho k t n i C-B và 3
cho k t n i B-A). Quá trình này c x y ra mi t cho n khi t t c các node tìm ra
tr ng s c a tuy n n A là vô cùng.
Thu t toán Bellman-Ford là m t thu t toán tính các ng i ng n nh t trong m t
th có h ng có tr ng s (trong ó m t s cung có th có tr ng s âm).Thu t toán
Dijksta òi h i tr ng s c a các cung ph i có giá tr không âm. Do ó thu t toán
Bellman-Ford th ng dùng khi có các cung v i tr ng s âm.
3.4.4.2.1. Thu t toán
Gi i thu t Bellman-Ford có th phát bi u: Tìm các ng d n ng n nh t t node
ngu n cho tr c v i ràng bu c ch ch a m t tuy n, sau ó tìm ng d n ng n nh t
v i ràng bu c ch ch a t i a hai tuy n và c th ti p t c. N u ng d n tr c ó là
ng n nh t thì l i còn không thì c p nh t ng d n m i. Thu t toán c ti n hành
qua các t ng c bi u di n nh sau:
function BellmanFord (danh_sách _ nh, danh_sách_cung, ngu n)
// hàm yêu c u th a vào d i d ng m t danh sách nh, m t danh cung
// hàm tính các giá tr kho ng_cách và nh_li n_tr c c a các nh, sao cho các
//giá tr nh_li n_ tr c s l u l i các ng i ng n nh t.
// b c 1: kh i t o th
for each v in danh_sách_ nh:
if v is ngu n then kho ng_cách (v) := 0
else kho ng_cách (v) := infinity
nh_li n_tr c (v) := null
// b c 2: k t n p c nh
for i from 1 to size (danh_sách_ nh) :
for each (u, v) in danh_sách_cung :
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
52
if kho ng_cách (v) > kho ng_cách (u) + tr ng_s (u, v) :
kho ng_cách (v) := kho ng_cách (u) + tr ng_s (u, v)
nh_li n_tr c (v) := u
// b c 3: ki m tra chu trình âm
for each (u, v) in danh_sách_cung :
if kho ng_cách (v) > kho ng_cách (u) + tr ng_s (u, v) :
error th ch a chu trình có tr ng s âm”
3.4.4.2.2.Ch ng minh
Tính úng n c a thu t toán có th ch ng minh b ng qui n p. Thu t toán có th
phát bi u chính xác theo ki u qui n p nh sau:
nh lý: Sau i l n l p vòng for:
1. N u Kho ng_cách(u) không có giá tr vô cùng l n, thì nó b ng dài c a m t
ng i nào ó t s t i u;
2. N u có m t ng i t s t i u qua nhi u nh t i cung, thì Kho ng_cách (u) có giá
tr không v t quá dài c a ng i ng n nh t t s t i u qua t i a i cung.
Ch ng minh:
Tr ng h p c b n: Xét i =0 và th i m tr c khi vòng for c ch y l n u
tiên. Khi ó, v i nh ngu n kho ng_cách (ngu n) := 0, u này úng. i v i các
nh u khác, kho ng_cách (u) := infinity, u này c ng úng vì không có ng i
nào t ngu n n u qua 0 cung.
Tr ng h p quy n p:
Ch ng minh câu 1: Xét th i m khi kho ng cách t i m t nh c c p nh t b i
công th c kho ng_cách (v) := kho ng_cách (u) + tr ng_s (u,v). Theo gi thi t quy
n p, kho ng_cách (u) là dài c a m t ng i nào ó t ngu n t i u. Do ó,
kho ng_cách (u) + tr ng_s (u, v) là dài c a ng i t ngu n t i u r i t i v.
Ch ng minh câu 2: Xét ng i ng n nh t t ngu n t i u qua t i a i cung. Gi
s v là nh li n ngay tr c u trên ng i này. Khi ó, ph n ng i t ngu n t i
v là ng i ng n nh t t ngu n t i v qua t i a i-1 cung. Theo gi thuy t quy n p,
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
53
kho ng_cách (v) sau i-1 vòng l p không v t quá dài ng i này. Do ó,
tr ng_s (v, u) + kho ng_cách (v) có giá tr không v t quá dài c a ng i t s
t i u. Trong l n l p th i, kho ng_cách (u) c l y giá tr nh nh t c a kho ng_cách
(v) + tr ng_s (v, u) v i m i v có th . Do ó, sau i l n l p, kho ng_cách (u) có giá tr
không v t quá dài ng i ng n nh t t ngu n t i u qua t i a i cung. Khi i
b ng s nh c a th , m i ng i tìm c s là ng i ng n nh t toàn c c, tr
khi th có chu trình âm. N u t n t i chu trình âm mà t nh ngu n có th i n
c thì s không t n t i ng i nh nh t (vì m i l n i quanh chu trình âm là m t
l n gi m tr ng s c a ng).
3.4.5. K t lu n
C hai thu t toán này u ho t ng d i u ki n t nh c a topo m ng và chi phí
tuy n thì c hai h i t v m t nghi m. Khi m ng có nhi u s thay i thì thu t toán s
c g ng bám theo s thay i, tuy nhiên, n u chi phí tuy n ph thu c vào l u l ng,
t c là nó l i ph thu c vào ng d n c ch n thì v i áp ng làm cho m ng
không n nh.
3.5. Gán b c sóng
Vi c gán b c sóng là nhân t chính nh h ng n xác su t t c ngh n và tính
th c thi c a m ng. Gán b c sóng thích h p có th làm gi m s b c sóng s d ng
ho c không c n dùng n b chuy n i b c sóng, nên ta có th gi m c chi phí
c a m ng xu ng r t nhi u. Gán b c sóng c chia làm hai lo i cho l u l ng m ng
c nh và l u l ng m ng thay i. Khi l u l ng m ng c nh thì phép gán c
nh, cùng m t b c sóng c gán n u( n u có s n) cho m i yêu c u c t o ra
m t nút, n u không thì yêu c u b ch n. Khi l u l ng m ng thay i, lúc có yêu c u
n m t nút m ng nào ó thì nút ó s dùng m t gi i thu t ch n m t b c sóng
riêng bi t còn r i nút ó và gán cho lightpath ó nh tuy n nó, n u không thì
yêu c u không c gi i quy t. Gi i thu t cho ph ng pháp gán qu n lí m t danh
sách các b c sóng c s d ng, các b c sóng còn r i m i nút.
Các ph ng pháp gán b c sóng c chia làm các lo i nh sau:
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
54
Ø Ki u gán Random: khi có yêu c u n m t nút, nút ó s xác nh nh ng
c sóng còn hi u l c ( t c là còn r i) và ch n ng u nhiên m t iλ trong nh ng b c
sóng ó gán cho yêu c u ó. Các b c sóng còn r i m i nút c xác nh b ng
cách lo i b b c sóng iλ ã s d ng ra kh i danh sách b c sóng còn r i; khi cu c
g i k t thúc, iλ c lo i ra kh i danh sách b c sóng b b n và c thêm vào tr l i
danh sách b c sóng r i ban u. Ph ng pháp này không c n òi h i nh ng thông
tin v toàn b tr ng thái c a m ng khi th c hi n gán b c sóng. Phép gán này phân
ph i l u l ng m t cách tu ý, do v y s t n d ng b c sóng c cân b ng và tranh
ch p b c sóng th p nên xác su t t c ngh n c ng th p h n.
Ø Ki u gán First - Fit: phép gán này s tìm và gán nh ng b c sóng theo m t
trình t c nh. T t c các b c sóng c ánh s t th p n cao và các b c sóng
c ch n gán c ng theo ch s t th p n cao, t c là b c sóng u tiên c
ch n là b c sóng có ch s nh nh t trong s b c sóng r i và gán cho yêu c u.
C ng t ng t nh ph ng pháp gán Random, phép gán này không c n b t kì thông
tin nào v thông tin tr ng thái m ng. H n ch c a ph ng pháp này là các b c sóng
có ch s nh h n c dùng nhi u, trong khi nh ng b c sóng có ch s l n h u nh
không c s d ng. H n n a s gia t ng s b c sóng trong s i c ng không mang
l i hi u qu nào b i vì nh ng b c sóng có ch s cao r t ít khi c dùng. Do ó s
tranh ch p i v i nh ng b c sóng có ch s nh t ng lên, làm xác su t t c ngh n
c ng t ng lên. Phép gán này cho chi phí th p h n so v i phép gán Random b i vì nó
không c n ph i ki m tra t t c các b c sóng trong m i tuy n, vì th nó c a
chu ng h n.
Ø Phép gán Least - used: Phép gán này ch n nh ng b c sóng mà nh ng b c
sóng này ít c s d ng nh t trong m ng. M c ích c a phép gán này là cân b ng t i
trên t t c nh ng b c sóng. Phép gán này òi h i thông tin tr ng thái v m ng tìm
ra b c sóng ít c s d ng nh t. Tuy nhiên ph ng pháp này ph i t n kém cho chi
phí l u tr và tính toán.
Ø Phép gán Most - used: nó là phép gán ch là ng c v i phép gán Least-used,
nó tìm ch n nh ng b c sóng c s d ng nhi u nh t trong m ng. Phép gán này
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
55
ph i òi h i nh ng thông tin v tr ng thái m ng tìm ra b c sóng c s d ng
nhi u nh t. Nó c ng t n nh ng chi phí t ng t nh trong phép gán Least- used, tuy
nhiên nó th c hi n t t h n so v i phép gán Least- used.
V i các phép gán b c sóng k trên, ph ng pháp Random và First - Fit là th c t
n vì d th c hi n. Không gi ng nh hai ph ng pháp Least- used và Most- used
òi h i ph i có các thông tin v m ng. Nó n gi n ch d a vào tr ng thái nút lúc ó
và ch n m t b c sóng t nh ng b c sóng r i k t n i ngõ ra ó. M t cách t ng
i, ph ng pháp ng u nhiên Random cho hi u qu t t h n ph ng pháp First - Fit.
th c hi n hai ph ng pháp gán Least - used và Most - used, m i nút c n trang
b thông tin toàn b m ng. Nên nh ng ph ng pháp này ph thu c vào s thông minh
và hi u bi t chính xác c a các nút. Vì tr ng thái m ng thay i m t cách nhanh chóng
nên khó có th bi t c m t cách chính xác thông tin m ng t t c các th i m, do
v y nh h ng n vi c gán b c sóng. H n n a các nút trao i thông tin v i nhau
v m ng sau m i kho ng th i gian c nh và nh ng thông tin này s tiêu th m t
ng thông áng k , vì th làm gi m b ng thông s n có truy n d li u.
3.6. S thi t l p ng o (Virtual path)
M t ng o c xem nh m t ng i c a ánh sáng t ngu n n ích. Khi
có yêu c u cu c g i c t o ra nút, nút s d ng gi i thu t nh tuy n và gán b c
sóng tìm ra m t ng i và m t b c sóng cho cu c g i ó. Nút s gán b c
sóng ã c ch n cho cu c g i ó và nh tuy n nó n nút k ti p. m i nút trung
gian c a ng i, b c sóng c a lightpath i t i c ki m tra xem có s n c
gán và t ó có th i ti p hay không. N u b c sóng ó không có s n, và n u nút
có b chuy n i b c sóng, nó có th chuy n sang b c sóng khác nh tuy n
lightpath. ng i v a thi t l p c g i là ng o, c thi t l p s n tr c khi
b t kì d li u nào c truy n qua.
M t ng v t lí bao g m t t c các tuy n truy n d n (link) hình thành trên l
trình t ngu n n ích, nh ng ng o có th ch a các b c sóng gi ng ho c khác
nhau t ngu n n ích. Hai yêu c u cho cu c g i có cùng chung i m u cu i ích
và ngu n có th có cùng ng v t lí nh ng có các ng o khác nhau. Hình sau ch
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
56
ra s hành thành c a m t lightpath. ây hai cu c g i c t o ra t nút 1 và ng
o cho m i cu c g i t o thành c v ra. i v i cu c g i th nh t, nút 1 gán b c
sóng 1λ và g i nó n nút 2. Gi s nút 2 có m t b chuy n i b c sóng nh ng
không có s n b c sóng 1λ , vì th nó chuy n sang b c sóng 2λ và g i n nút 3. Nút
3 gán ti p 2λ vì nó có s n và nh tuy n lightpath n n i. B ng cách này ng o
th nh t c thi t l p. N u cu c g i th hai c t o ra nút 1 ngay sau ó, thì m t
ng o th hai c t o ra ng t . Ta th y r ng ng v t lí thì gi ng nhau
nh ng các ng o thì khác nhau. T ng s các ng o c thi t l p t ngu n n
ích ph thu c vào s b c sóng s n có trên s i. S ng o c thi t l p th t s
ph thu c vào t c cu c g i i n. Các b chuy n i b c sóng giúp thi t l p
c nhi u ng o h n.
3.7. Phân lo i m ng quang WDM
3.7.1. M ng single- hop
Trong m ng quang WDM single- hop, m t khi lu ng d li u c phát i d i
d ng ánh sáng s n c ích tr c ti p mà không c n ph i chuy n sang d ng n
nh ng node trung gian. truy n d n m t gói, m t trong nh ng laser phát c a nút
g i và m t trong nh ng b thu c a node nh n ph i c ch nh n cùng m t b c
sóng trong kho ng th i gian truy n d n gói.
Trong các m ng chuy n m ch m ch, t c u ch nh c a các b thu phát th ng
yêu c u th p. Ng c l i trong các m ng chuy n m ch gói, các b thu phát các node
Hình 3.9: S thi t l p ng o
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
57
c n c ch nh n các b c sóng khác nhau m t cách nhanh chóng g i và nh n
các gói tin khác ti p theo. Bên c nh v n k thu t c a vi c chuy n i b c sóng
nhanh, m t thách th c quan tr ng khác n a là phát tri n các giao th c ph i h p
hi u qu nh ng k t n i các b c sóng khác nhau trong m ng.
m t h th ng single- hop ho t ng hi u qu , b ng thông c c p phát gi a
các node ang tranh ch p ph i c qu n lí linh ng. Các h th ng này có th phân
thành hai lo i: có ph i h p tr c khi truy n d n và không yêu c u ph i h p tr c khi
truy n d n.
Các lo i ph i h p dùng m t kênh i u khi n n dùng chung gi a các node và s
truy n d li u th t s x y ra thông qua m t s các kênh d li u. Các node r i c n
giám sát kênh i u khi n. Tr c khi phát ho c thu gói d li u, m t gói ch nh b phát
hay b t thu c a nó n kênh d li u thích h p. Ng c l i trong h th ng lo i th hai,
không có s t n t i c a kênh i u khi n và các node phát ho c thu t các kênh c
nh tr c.
3.7.2. M ng Multi- hop
M ng multi- hop kh c ph c c nh c m này b ng cách tránh s d ng b thu
phát i u ch nh b c sóng. M i node c trang b m t s các b thu phát quang
c ch nh c nh. M i b phát trong m ng c ch nh n m t b c sóng khác
nhau. K t n i tr c ti p single- hop gi a hai node ch có th x y ra khi n u nút n có
m t trong nh ng b thu c a nó c ch nh n m t trong nh ng b c sóng c a node
g i. S k t n i gi a m t c p node b t kì trong m ng t c b ng cách nh tuy n
thông qua các node trung gian. ó kênh thông tin quang c chuy n thành d ng
i n, a ch n c a gói c gi i mã, sau ó gói c chuy n m ch i n và c
phát l i trên b c sóng n node ích ho c n các node trung gian khác mà ó
quá trình này c l p l i. Vì v y, m t gói s tr i qua nhi u b c sóng thông qua m t
s node trung gian tr c khi n c node ích.
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
58
3.8. Gi i thu t cho v n nh tuy n và gán b c sóng v i l u l ng m ng thay
i DRWA
B n có th hình dung các v n mà m t gi i pháp cho DRWA c n ph i gi i
quy t, m c ích c a nó là t i thi u t c ngh n t i node m ng (t c là s yêu c u k t n i
s b refuse/t ng s yêu c u), nâng cao hi u su t s d ng tài nguyên (cùng m t l ng
fiber, node, chuy n i b c sóng,...có th t o ra nhi u LP nh t) và c i thi n hi u
ng t ng th c a m ng (hi u n ng = xác su t t c ngh n + ph c t p c a gi i thu t).
Gi i thu t c trình bày nh sau:
Gi s m i LP có t i a H hop (link). Trên m i link (fiber) s d ng W b c sóng
(sub-channel). T p các ng i có th gi a hai node b t k là R*.
Tr ng thái c a m i b c sóng trên link (fiber) c mã hoá b ng hai bit b0b1. Khi
có yêu c u LP, node ngu n s g i b n tin c p nh t tr ng thái d c theo các path ti m
ng t p h p thông tin tr ng thái ng truy n (b n tin có th nhúng trong giao
th c báo hi u nào ó)
Hai bit tr ng thái nh sau:
b0b1= 00: b c sóng ang b n.
b0b1= 01: có th dùng liên t c không c n chuy n i b c sóng.
b0b1= 10: mu n dùng ph i chuy n i b c sóng
b0b1= 11: có th dùng c hai cách
T i m i node trung gian thu c LP, 2*W bít tr ng thái b c sóng c ghi (tagged)
vào sau b n tin này, và g i n ích. N u th i m ó node không th thi t l p
kênh (do h t b c sóng ch ng h n), nó lo i b (discard) gói tin báo hi u và g i b n
tin thông báo (notification) t i ngu n ho c ích x lý.
T i ích, thông tin trong m i b n tin c p nh t tr ng thái c a ra d ng ma tr n:
Toàn b hình nh v tr ng thái tài nguyên ng truy n t node 0 n node H-1
c ph n ánh trên ma tr n này. Gi i thu t ánh d u b c sóng th c hi n d a trên
các ma tr n (thành công) t R* path ti m n ng c a m i c p node.
Ký hi u CS c a b c sóng lamda(m) là b c liên t c c a b c sóng, t c là có th
dùng nó liên t c trong dãy liên ti p các node nào ó d c theo path. Gi i thu t nh sau:
Ch ng 3: nh tuy n và gán b c sóng
59
1. Tìm t p t t c các t h p CS c a m i b c sóng, trên m i path, ký hi u CSij
2. Tìm t p các t h p CS* thu c {CSij} (i =1: W; j =1:R*) ph kín LP v i s ph n t
t i thi u (t c là ít o n CS nh t, u này t ng ng ít ph i dùng b chuy n i
c sóng nh t)
3. Áp d ng hàm m c tiêu (trong gi i thu t là t ng chi phí) cho m i t h p CS tìm
th y trong b c 2 ch n ra t h p có t ng chi phí t i thi u.
3.9. K t lu n ch ng
Qua ch ng này, chúng ta ã tìm hi u v ph ng pháp nh tuy n và gán b c
sóng trong m ng WDM, khi có yêu c u thi t l p lightpath t node ngu n n node
ích thì b nh tuy n b c sóng có nhi m v xác nh ng i và gán b c sóng
cho lightpath ó. Trong m ng quang WDM, vi c s d ng thu t toán nh tuy n b c
sóng t c t i u m ng là i u h t s c ý ngh a.
Thu t toán Dijkstra v i vi c nh tuy n tìm ng ng n nh t có nhi u u i m
trong m ng t p trung nên em s s d ng mô ph ng vi c nh tuy n trong m ng
quang.
Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng
60
CH NG 4
TH C HI N MÔ PH NG4.1. Gi i thi u ch ng
nh tuy n là công vi c h t s c quan tr ng trong m ng quang WDM, nó th c
hi n tìm ng cho lightpath mang l u l ng thông tin t ngu n n ích v i m c
ích t i u m ng. Trong ch ng này, d a trên ph n m m Visual C++, em mô
ph ng ph n nh tuy n cho các lightpath v i hàm m c tiêu chúng ta có th tu ch n
nh chi phí, tr , l ng l u l ng… qua các tuy n t ngu n n ích. Thu t toán
s d ng th c hi n nh tuy n là thu t toán Dijkstra.
Các tr ng s trên các tuy n không ch là dài ng i c a tuy n mà tu theo
m t tiêu chí nào ó c a m ng nh chi phí tuy n, tr , b ng thông, l u l ng
thông tin... N u l y theo tiêu chí là chi phí th p nh t thì tr ng s trên các tuy n
(c nh) là chí phí c a tuy n ó.
4.2. Gi i thi u v ngôn ng Visual C++
Visual C++ là ngôn ng l p trình d a trên n n t ng c b n c a C++, ó là l p
trình h ng i t ng. N u các b n ã l p trình trên C++ thì vi c xây d ng các ng
d ng trên Visual C++ r t thu n l i.
Khi th c hi n l p trình C/C++, t o các giao di n ph c t p, trình bày p hoàn
toàn không n gi n. Nh ng i v i Visual C++ thì vi c ó khá n gi n. B n ch
c n s d ng các i u khi n hay xây d ng m t menu a vào ng d ng c a mình mà
các mã l nh c n vi t không quá dài dòng và ph c t p nh trong C/C++.
Trong ch ng trình mô ph ng c a em có th s d ng b t kì ngôn ng l p trình
nào. Em ch n ngôn ng Visual C++ do kh n ng c a nó t o giao di n d dàng h n
C/C++.
4.3. L u thu t toán
Gi s b nh tuy n mô ph ng tìm ng i v i ng i ng n nh t qua các
tuy n gi a node ngu n và node ích. Các tr ng s trên các c nh là dài c a tuy n
thông tin t node này n node kia.
Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng
61
B t u
Xác nh node ngu n và ích nhV1 và V2
Thi t l p V1 là T-node
Thi t l p nhãn c a T-node sang cnh, sau ó c p nh t b ng tr ng
thái các node lân c n.
Xác nh node t m th i n i v i V1mà có tr ng s nh nh t và thi t
l p thành T-node
D a vào thông tin trong b ng tr ngthái, làm nh th cho n khi t i
node V1, dãy các node ó là ngi ng n nh t
K t thúc
NO
YES
T-node cóph i là V2
Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng
62
Thu t toán s th c hi n tìm nh u trong t p h p Q mà có giá tr d[u] nh nh t.
nh này c lo i ra kh i Q và c a vào t p S. T p S ch a m t b ng các nh
t o thành m t trong nh ng ng i ng n nh t t s n node ngu n t nào ó.
1 function Dijkstra(G, w, s) 2 for each vertex v in V[G] 3 d[v] := infinity // Gán các giá tr ban u 4 previous[v] := undefined 5 d[s] := 0 // Kho ng cách t s n s b ng 0 6 S := empty set // Thi t l p S là t p h p r ng 7 Q := V[G] // T p Q ch a t t c các node c a th 8 while Q is not an empty set 9 u := Extract_Min(Q) 10 S := S union {u} 11 for each edge (u,v) outgoing from u 12 if d[u] + w(u,v) < d[v] 13 d[v] := d[u] + w(u,v) 14 previous[v] := u
4.4. K t qu mô ph ng
Thu t toán Dijkstra tìm ng i ng n nh t t node ngu n n node ích c
th c hi n nh sau:
1.Click vào bi u t ng ”THEM NODE” l y node ra nh sau:
Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng
63
2.Click vào bi u t ng “THEM CANH” n i các c nh l i v i nhau.
Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng
64
3.Click vào bi u t ng “DUONG NGAN NHAT” th c hi n tìm ng ng n nh t
gi a hai c p node b t kì.
Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng
65
4.Click “OK” nh n c k t qu .
Ch ng 4: Th c hi n mô ph ng
66
4.5. K t lu n ch ng.
Ta th y c thu t toán nh tuy n Dijkstra c ng d ng hi u qu trong vi c
nh tuy n các lightpath trong m ng WDM tìm c ng i t i u v i các
hàm m c tiêu (cost function) c a m ng mà ta có th áp t cho nó. Hàm m c tiêu
này ta có th theo tiêu chí nào ó c a m ng nh là chi phí tuy n, l ng l u l ng,
ng thông… S áp t này th c hi n b ng cách t tr ng s trên các tuy n là giá
tr c a các hàm m c tiêu trên. Sau quá trình nh tuy n n các node m ng, các
node m ng th c hi n gán b c sóng cho lightpath. Vi c gán b c sóng ph i tho
mãn i u ki n liên t c b c sóng n u không node m ng ó ph i s d ng b chuy n
i b c sóng.
tài “ nh tuy n và gán b c sóng trong m ng quang WDM” ã cho th y
c vai trò quan tr ng c a nh tuy n và gán b c sóng trong m ng quang WDM,
hi u c m t s gi i thu t nh tuy n và các ph ng pháp gán b c sóng cho các
lightpath trong m ng quang. ng th i ch ng trình mô ph ng ã th hi n quá trình
nh tuy n c a các lightpath t node ngu n n node ích c m t ng i t i
u theo m t hàm m c tiêu nào ó. K t thúc quá trình nghiên c u tài, em a ra
m t s nh n xét nh sau:
v Ch ng trình mô ph ng th c hi n nh tuy n v i m c ích tìm ng i t i
u t node ngu n n node ích, ây là ng i duy nh t. Tuy v y, t ng c ng
hi u n ng m ng thì không th n thu n ch n duy nh t m t tuy n t i u ó mà ph i
ánh giá c các tuy n còn l i th c hi n phân t i, tránh tình tr ng m t tuy n
ho t ng h t công su t trong khi ó có nh ng tuy n kh thi còn r i.
v Sau khi th c hi n nh tuy n cho lightpath, ph i th c hi n gán b c sóng
cho nó. N u toàn b node m ng không s d ng b chuy n i b c sóng thì toàn b
các tuy n trên ng i t ngu n n ích ch c gán m t b c sóng duy nh t.
Tuy nhiên, tài nguyên s b c sóng trên m i node m ng có h n, u này làm xác
su t t c ngh n r t cao khi m t node m ng không cung c p b c sóng ã ràng bu c
t tr c. Vì th , các m ng hi n nay luôn tìm cách th c hi n nh tuy n và gán b c
sóng sao cho t c t i u m ng là gi m xác su t t c ngh n.
Ngày nay, ng i ta ang h ng t i m ng toàn quang mà m i công vi c x lí u
th c hi n hoàn toàn trong mi n quang. M ng toàn quang h a h n s em l i t c
cao, giá thành m ng s c gi m xu ng m t cách áng k .
án c hoàn thành trong th i gian h n ch , t n n móng cho vi c nghiên
c u và phát tri n sau này, vì th không th tránh kh i nh ng thi u sót. Hi v ng
trong th i gian t i v i kinh nghi m th c ti n, em s c g ng hoàn thi n h n tài
c a mình.
[1] Nguy n c Ngh a- Nguy n Tô Thành, “Toán R i R c”, Nhà xu t B n i H cQu c Gia Hà N i_2004[2] http://www.2cool4u.ch/[3] Senior, John.M, “Optical fiber communications”, Library of CongressCataloging in Publication Data.[4] George N. Rouskas, “Routing and Wavelength Assignment in Optical WDMNetworks”, Department of Computer Science_2000.[5] Krishna M.Sivalingam, SureshSubramaniam, “Optical WDM Networks-Principles and Practice”, Kluwer Academic Publishers_2000.[6] http://HowStuffWork/HowRoutingAlgorithmsWork[7] “H th ng thông tin quang/Vô tuy n”, LG Information and CommunicationLTD (LGIC)[8] Nguy n Duy Nh t Vi n, “K thu t chuy n m ch trong m ng di n r ng”, i h cBách Khoa à N ng[9] Regis J. BUD Bates, “Optical Switching and Networking Handbook”, McGraw-Hill Companies[10] http://en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra’s algorithm[11] http://vi.wikipedia.org/wiki/[12] Jun Zheng, Hussien T. Mousftah, “Distributed lightpath control forwavelength-routed WDM network”, University of Ottawa[13] Jin seek Choi, Nada Golmie, Francois Lapeyrere, Frederic Mouveaux andDavid Su, “A functional Classification of Routing and Wavelength AssignmentShemes in DWDM networks: Static Case”, National Institute of Standards andTechnology, Gaithersburg, MD, USA
PH L C§ Th c hi n thêm bi n và th c hi n mã l nh sau:
void CAlgorithmsView::OnAddNode()
{
m_Dijkstra.StartAddNodes();
}
void CAlgorithmsView::OnAddEdge()
{
m_Dijkstra.StartAddEdges();
}
void CAlgorithmsView::OnShortestPath()
{
CShorthestPath dlg;
if(dlg.DoModal()==IDOK)
//
{
m_Dijkstra.ShortestPath(dlg.m_node1, dlg.m_node2);
}
}
§ Th c hi n v các node và các c nh b ng mã nh sau:
class CGraph
{
public:
long GetNrNodes();
CGraph();
virtual ~CGraph();
VTYPE_NODE m_nodes; // dãy các node
VTYPE_EDGE m_edges; // dãy các c nh
VTYPE_NODE_P d; // array of longs that contain
// the shortest path at every step
VTYPE_NODE_P pi; // array of longs that contain
// the predecessor of each node for the shortest path
};
// // // // // // // // // // // // // //
class CNode
{
public:
CNode Copy();
double m_cost; // gia tri trong so
long m_NodeNr; // so node
POINT m_p; // diem do hoa cho node
CNode();
virtual ~CNode();
};
// // // // // // // // // // //
class CEdge
{
public:
bool m_red; // ve duong di ngan nhat
// (neu mot canh la mot phan cua duong di ngan nhat thi no duoc ve mau do)
double m_cost; // trong so cua canh (lay gia tri ngau nhien tu 0-9)
long m_secondNode;
long m_firstNode;
POINT m_secondPct;
POINT m_firstPct;
CEdge();
virtual ~CEdge();
};
// ve canh bat dau tu node dau den node cuoi
§ Thu t toán Dijkstra:
// The Dijkstra's algorithm
STDMETHODIMP CDijkstra::ShortestPath(long node1, long node2)
{
ReleaseGraph();
InitializeSource(g, g.m_nodes[node1-1]);
// Thiet lap S ve rong
VTYPE_NODE S;
// Dat cac node vao Q
VTYPE_NODE Q;
VTYPE_NODE::iterator kl;
for(kl=g.m_nodes.begin(); kl<g.m_nodes.end(); kl++)
{
CNode node = (*kl).Copy();
Q.push_back(node);
}
// Algorithm
while(Q.size())
{
CNode nod = ExtractMin(Q); // tach node tim duoc ra khoi tap Q
// dua node nay vao tapS
S.push_back(nod);
VTYPE_NODE::iterator kl;
for(kl=g.m_nodes.begin(); kl<g.m_nodes.end(); kl++)
{
if(ExistEdge(nod, (*kl)))
{
bool gasit = false;
VTYPE_NODE::iterator kll;
for(kll=Q.begin(); kll<Q.end(); kll++)
{
if((*kll).m_NodeNr == (*kl).m_NodeNr)
gasit = true;
}
if(gasit)
Relax(nod, (*kl), GetEdgeVal(nod, (*kl)));
}
}
}
RefreshDone(node1, node2);
return S_OK;
}
§ L nh th c hi n v :
// Draw
HDC dc = ::GetDC(m_hWnd);
HPEN pen=CreatePen(PS_SOLID,0,RGB(0,0,0));
HPEN penred=CreatePen(PS_SOLID,2,RGB(255,0,0));
HBRUSH brush=CreateSolidBrush(RGB(0,0,0));
HPEN oldpen;
HPEN oldbrush;
oldpen=(HPEN)SelectObject(dc,pen);
RECT rc;
::GetClientRect(m_hWndCD, &rc);
Rectangle(dc, rc.left, rc.top, rc.right, rc.bottom);
HFONT OldFont = (HFONT)::SelectObject(dc, m_lmfont);
long nr = 0;
VTYPE_NODE::iterator kl;
for(kl=g.m_nodes.begin(); kl<g.m_nodes.end(); kl++)
{
char s[5];
ltoa((*kl).m_NodeNr, s, 10);;
Ellipse(dc, (*kl).m_p.x-10, (*kl).m_p.y-10, (*kl).m_p.x+10,
(*kl).m_p.y+10);
if(nr<9)
TextOut(dc, (*kl).m_p.x-5, (*kl).m_p.y-8, s, 1);
else
TextOut(dc, (*kl).m_p.x-8, (*kl).m_p.y-8, s, 2);
nr++;
}
oldbrush=(HPEN)SelectObject(dc,brush);
VTYPE_EDGE::iterator kll;
for(kll=g.m_edges.begin(); kll<g.m_edges.end(); kll++)
{
HPEN temp;
if((*kll).m_red)
temp=(HPEN)SelectObject(dc,penred);
MoveToEx(dc, (*kll).m_firstPct.x, (*kll).m_firstPct.y, NULL);
LineTo(dc, (*kll).m_secondPct.x, (*kll).m_secondPct.y);
Ellipse(dc, (*kll).m_secondPct.x-5, (*kll).m_secondPct.y-5,
(*kll).m_secondPct.x+5, (*kll).m_secondPct.y+5);
POINT po;
po.x = ((*kll).m_firstPct.x+(*kll).m_secondPct.x)/2;
po.y = ((*kll).m_firstPct.y+(*kll).m_secondPct.y)/2;
char s[5];
ltoa((*kll).m_cost, s, 10);
TextOut(dc, po.x, po.y, s, 1);
if((*kll).m_red)
SelectObject(dc,temp);
}
::SelectObject(dc, OldFont);
SelectObject(dc,oldpen);
SelectObject(dc,oldbrush);
DeleteObject(pen);
DeleteObject(brush);
::ReleaseDC(m_hWnd, dc);
}
}
void CDijkstra::ReleaseGraph()
{
g.d.clear();
g.pi.clear();
VTYPE_EDGE::iterator kll;
for(kll=g.m_edges.begin(); kll<g.m_edges.end(); kll++)
{
(*kll).m_red = false;
}
Refresh();
}