Thiết kế kiến trúc vật lý mạng quang WDM có kết hợp chuyển mạch bảo vệ tự động tại tỉnh Thừa Thiên Huế

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế Tập 5, Số 1 (2016) 
45 
THIẾT KẾ KIẾN TRÚC VẬT LÝ MẠNG QUANG WDM 
CÓ KẾT HỢP CHUYỂN MẠCH BẢO VỆ TỰ ĐỘNG 
TẠI TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 
Đặng Xuân Vinh*, Hồ Đức Tâm Linh, Vương Quang Phước, Trần Thị Kiều 
Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế 
* Email: daxuvi@gmail.com 
TÓM TẮT 
Những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của Internet, điện thoại di động cùng 
với sự ra đời của nhiều loại hình dịch vụ truyền thông mới như: mua sắm trực tuyến, IPTV, 
truyền hình hội nghị khiến cho lưu lượng truyền tải trong mạng đường trục tăng lên 
nhanh chóng. Ở tỉnh Thừa Thiên Huế, mạng lưới truyền tải quang trong những năm qua đã 
bước đầu đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng. Nhưng với xu hướng phát triển các 
dịch vụ đa phương tiện (yêu cầu băng thông lớn)[1-3] thì mạng truyền tải đó sẽ sớm rơi 
vào tình trạng quá tải. Chính vì vậy, công nghệ ghép bước sóng quang (WDM) được chọn 
làm giải pháp để giải quyết vấn đề về thiếu hụt băng thông này. Một yêu cầu đặt ra nữa là 
phải đảm bảo duy trì hoạt động an toàn mạng. Vì vậy bài báo này sẽ phân tích và thiết kế 
cấu trúc vật lý của tuyến cáp quang trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế cùng cơ chế bảo vệ, 
phục hồi phù hợp (APS) cho mạng truyền tải quang WDM. 
Từ khóa: WDM, APS. 
1. GIỚI THIỆU 
Trước khi công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM ra đời, người ta tập trung mọi nỗ 
lực để nâng cao tốc độ truyền dẫn của các hệ thống SDH nhưng kết quả thu được không mang 
tính đột phá vì công nghệ xử lý tín hiệu điện tại tốc độ cao đã dần đến giới hạn. Khi tốc độ đạt 
tới hàng chục Gbit/s bản thân các mạch điện tử không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu 
cực kì hẹp. Thêm vào đó chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động khá 
phức tạp, đòi hỏi công nghệ rất cao. Trong khi đó băng thông cực lớn của sợi quang mới được 
sử dụng một phần nhỏ. 
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ cơ bản để tạo nên mạng quang. Kỹ 
thuật này tận dụng băng tần của sợi quang bằng cách truyền nhiều kênh bước sóng quang độc 
lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. 
Thiết kế kiến trúc vật lý mạng quang WDM có kết hợp chuyển mạch bảo vệ tự động tại tỉnh TT Huế 
46 
Hình 1. Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM. 
WDM ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tăng vọt về băng thông do sự phát triển chưa từng 
thấy của mạng máy tính toàn cầu Internet cùng với sự ra đời của các ứng dụng và dịch vụ mới 
trên nền tảng Internet. 
Mặt khác, việc kết nối thông suốt của một mạng truyền tải quang thực tế không những 
ảnh hưởng bởi những yếu tố khách quan như độ tin cậy, tuổi thọ của thiết bị mà còn chịu tác 
động của các yếu tố môi trường, khí hậu, thời tiết và các nhân tố chủ quan do con người gây ra. 
Tác động của các yếu tố trên gây ra sự cố hỏng thiết bị, đứt cáp dẫn đến sự ngừng hoạt động của 
các kênh truyền tải thông tin gây thiệt hại cho cả người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ. Vì vậy 
vấn đề đặt ra là cần phải nghiên cứu vấn đề bảo vệ và phục hồi cho mạng. 
2. CÁC LOẠI CHUYỂN MẠCH QUANG 
 Chuyển mạch 1x2: 
Chuyển mạch quang gồm 1 sợi đầu vào và 2 sợi đầu ra: sợi quang đầu vào đặt bên trong 
ống áp điện, hai sợi đầu ra được đặt cố định [4]. 
Hình 2. Cấu trúc chuyển mạch 1x2 
Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch 1x2 dựa trên sự dịch chuyển sợi quang đầu vào 
đến 2 sợi quang đầu ra. Sợi quang đầu vào được chứa trong ống áp điện và hai sợi đầu ra được 
cố định. Ống áp điện sẽ lệch đi khi có một điện áp đặt vào điện cực trên bề mặt của nó. Trong 
trường hợp này, sự lệch của ống là nguyên nhân làm lệch hướng của sợi quang đầu vào. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế Tập 5, Số 1 (2016) 
47 
Hình 3. Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch 1x2 
Khi dịch chuyển sợi đầu vào đến sợi đầu ra phù hợp, việc sợi quang dịch chuyển không 
tránh khỏi bị lệch trục, lệch góc và kẻ hở giữa hai sợi, đây là nguyên nhân chính gây ra mất mát 
tín hiệu, còn được gọi là suy hao Fresnel. 
Để giảm được sự suy hao tín hiệu, khi thiết kế, ta đặt 2 sợi quang đầu vào vào rãnh hình 
chữ “V” (hình 4). Độ sâu của rãnh V là 160μm. Sau khi các sợi đầu vào được cài đặt, có một 
khoảng cách nhỏ khoảng 10μm giữa rãnh v. Sự sắp xếp này đảm bảo không có khoảng trống 
giữa hai sợi đầu ra. Các không gian rãnh v trống hoạt động như các điểm dừng cho các sợi đầu 
vào. Một khi các sợi đầu vào được nằm trên rãnh V, lệch bên của nó có thể được giảm thiểu. 
Hình 4. Cấu trúc rãnh hình chữ “V” (rãnh V) 
Để kiểm soát độ cong của sợi quang đầu vào ta gắn kết một que than chì mỏng như hình 
5. Trong đó: Lp là chiều dài của ống áp điện, Lg là chiều dài của một phần của sợi đầu vào mà 
các thanh chì được phủ trên bề mặt của nó và Lf là chiều dài của sợi quang đầu vào trần. 
Hình 5. Sơ đồ thiết lập sợi đầu vào 
Khi thay đổi điện áp đặt trên 2 điện cực của ống áp điện thì sợi đầu vào dịch chuyển. 
Thiết kế kiến trúc vật lý mạng quang WDM có kết hợp chuyển mạch bảo vệ tự động tại tỉnh TT Huế 
48 
Hình 6. Sự dịch chuyển sợi quang 
Lp’ và Lf’ tương ứng, như thể hiện trong hình 6, các đường cong Lp’ có bán kính cong ρr 
và góc θ. Các sợi đầu vào trần tạo thành một đường cong Lf’, với bán kính cong ρf và một góc σ. 
Khi góc θ bằng góc σ thì lệch về góc bằng 0. Khi thanh chì được kích thích bởi những ống áp 
điện, nó tạo thành một góc ω. 
 Tổng kích thước dịch chuyển của sợi quang là: 
 Chuyển mạch 1x4: 
Để xây dựng một cấu trúc chuyển mạch 1x4 ta có thể sử dụng nhiều phương pháp: 
- Sử dụng 3 chuyển mạch 1x2 để thiết kế chuyển mạch 1x4 bởi cấu hình kết nối hàng 
loạt. 
- Sử dụng ống kính nhỏ để phản xạ tín hiệu cho 4 đầu ra. 
- Sử dụng những thành phần rất nhỏ để thiết kế chuyển mạch 1x4 bởi công nghệ 
MEMS. 
Tuy nhiên, các phương pháp trên đều có nhược điểm kích thước lớn và giá thành cao. 
Để khắc phục ta có thể sử dụng cấu hình fiber-to-fiber để thiết kế chuyển mạch 1x4 [5]. 
Hình 7. Cấu trúc chuyển mạch 1x4 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ C