Tài liệu Luận văn thuật toán sinh cột giải bài toán định tuyến và gắn bước sóng tối ưu trong mạng wdm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI -------o0o------- ĐOÀN THỊ MINH NGUYỆT THUẬT TOÁN SINH CỘT GIẢI BÀI TOÁN “ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM” LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI -------o0o------- ĐOÀN THỊ MINH NGUYỆT THUẬT TOÁN SINH CỘT GIẢI BÀI TOÁN “ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM” Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số : 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. ĐỖ TRUNG KIÊN HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong công trình này là trung thực. Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó. Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Hà Nội, tháng 6 năm 2017 Đoàn Thị Minh Nguyệt LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè, các anh chị đồng nghiệp, và những người thân trong gia đình. Không biết nói gì hơn những gì mình cảm kích, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn TS. Đỗ Trung Kiên, người đã tận tình hướng dẫn, động viên, trang bị những kiến thức và tài liệu quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đã trực tiếp giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt khóa học để em có thể hoàn thành tốt luận văn. Sau cùng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, các anh chị em và các bạn bè đã luôn giúp đỡ động viên em hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành luận văn nhưng do thời gian và kiến thức có hạn nên chắc chắn luận văn cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy, cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 6 năm 2017 Tác giả Đoàn Thị Minh Nguyệt MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 1 2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu............................................................................................ 1 3. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................................................... 2 6. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................... 2 7. Cấu trúc luận văn.............................................................................................................. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG WDM ..........................4 1.1 Giới thiệu về mạng quang ...................................................................................... 4 1.1.1 Mạng quang thế hệ thứ nhất ...........................................................5 1.1.2 Mạng quang thế hệ thứ hai .............................................................5 1.1.3 Mạng quang thế hệ thứ ba ..............................................................7 1.1.4 Sơ đồ khối tổng quát mạng WDM .....................................................9 1.2 Các phần tử trong mạng quang WDM ............................................................12 1.2.1 Thiết bị đầu cuối (OLT) .............................................................. 13 1.2.2 Bộ khuếch đại quang ................................................................... 15 1.2.3 Bộ ghép kênh xen/rớt quang (OADM) ....................................... 17 1.2.4 Bộ kết nối chéo quang (OXC)..................................................... 17 1.3 Kết luận chương .......................................................................................................20 CHƢƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM ............................................................................................................. 21 2.1. Giới thiệu bài toán định tuyến và gán bước sóng ..........................................21 2.2 Định tuyến và gán bước sóng .................................................................................23 2.2.1. Phương pháp định tuyến ................................................................ 25 2.2.2. Các phương pháp gán bước sóng................................................... 26 2.2.3 Tô màu đồ thị .................................................................................. 28 2.3. Thiết lập đường đi ảo (Virtual path) ...................................................................29 2.4 Chuyển đổi bước sóng ...............................................................................................31 2.5. Các phương pháp định tuyến và gán bước sóng ............................................33 2.5.1. Các phương pháp gần đúng ........................................................... 33 2.5.2. Các phương pháp chính xác ........................................................... 34 2.6. Thuật toán sinh cột…………………………………………………… 41 2.7. Kết luận chương……………………………………………………….42 CHƢƠNG 3: LỜI GIẢI TỐI ƢU CHO BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM ............................................ 42 3.1. Các kí hiệu và định nghĩa..................................................................... 42 3.2 Thuật toán sinh cột cho bài toán RWA ................................................. 43 3.2.1. Bài toán chính (Master problem) ................................................... 43 3.2.2. Bài toán con (Pricing problem – PPLINK) ....................................... 44 3.2.3 Lời giải của bài toán ....................................................................... 45 3.3. Cải tiến thuật toán sinh cột cho bài toán RWA ..............................................46 3.3.1. Tính đường đi ngắn nhất ............................................................... 46 3.3.2 Lời giải của thuật toán CG+ ........................................................... 47 3.4 Kết quả tính toán ..........................................................................................................49 3.4.1 Mạng và tập dữ liệu ........................................................................ 49 3.4.2 Đánh giá hiệu năng: Chất lượng lời giải......................................... 50 3.4.3 Đánh giá hiệu năng: So sánh giữa thuật toán sinh cột với thuật toán cải tiến …………………………………………………………………..51 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 55 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt APD Avlanche Photodiode Diod quang kiểu thác APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động CDM code-division multiplex Ghép kênh phân chia mã CWDM Coarse WDM WDM thưa DWDM Dense WDM WDM mật độ cao EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi ILP Integer Linear Programming Mô hình quy hoạch tuyến tính nguyên IPC inter-process communication Cổng kết nối nội bộ ITU International Telecommunication Union Hiệp Hội Viễn Thông Quốc Tế NSFNET National Science Foundation Network Mạng tổ chức khoa học quốc gia OADM Optical Add/Drop Multipler Bộ ghép kênh xen/rớt quang OLT Optical Line Terminator Thiết bị đầu cuối OSC Optical Supervision Channel Kênh giám sát quang OXC Optical Cross Connect Bộ kết nối chéo quang PLC Plannar Lightwave Circuit Bộ chia quang PS Splitter Power Bộ chia nguồn ROAM Reconfigurable Optical Add/Drop Multipler Cấu hình lại bộ ghép kênh xen/rớt quang RWA Routing and Wavelength Assignment Định tuyến và gán bước sóng Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ phân cấp số đồng bộ SONET Synchronous Optical Networking Mạng quang đồng bộ TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian USANET USA Network Mạng Mỹ WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia bước sóng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mạng WDM ......................................................................................6 Hình 1.2: Sơ đồ một ROADM bốn mức ..........................................................8 Hình 1.3: Mạng lưới với các nút đối xứng. .......................................................9 Hình 1.4: Sơ đồ chức năng của một mạng WDM .......................................... 10 Hình 1.5: Mạng lưới định tuyến bước sóng ................................................. 12 Hình 1.6: Sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối OLT ........................................... 14 Hình 1.7: Bộ khuếch đại quang EDFA .......................................................... 16 Hình 1.8: Vai trò của OADM trong mạng có 3 nút ...................................... 17 Hình 1.9: Minh họa một mạng dùng OXC ................................................... 18 Hình 1.10: Các trạng thái của OXC ............................................................... 20 Hình 2.1: Định tuyến và gán bước sóng ........................................................ 23 Hình 2.2 Minh họa mối liên hệ giữa bài toán gán bước sóng và bài toán tô màu đồ thị ....................................................................................................... 29 Hình 2.3: Các đường ảo và đường vật lý ....................................................... 30 Hình 2.4: Sự chuyển đổi bước sóng ............................................................... 31 Hình 2.5: Các khả năng chuyển đổi bước sóng ............................................. 32 Hình 2.6: Vấn đề đối xứng trong công thức Link và Path ............................. 34 Hình 2.7: Minh họa biến .......................................................................... 36 Hình 2.8. Sơ đồ khối thuật toán sinh cột ........................................................ 41 Hình 3.1 Thuật toán sinh cột (CG)................................................................. 45 Hình 3.2 Sơ đồ thuật toán CG+...................................................................... 48 Hình 3.3 Sơ đồ mạng NSF và USA ............................................................... 49 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Đặc thù tập yêu cầu kết nối ............................................................ 50 Bảng 3.2 Chất lượng của lời giải ................................................................... 51 Bảng 3.3 So sánh giữa thuật toán sinh cột với thuật toán cải tiến ................. 52 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) được coi là cuộc cách mạng về băng thông trong mạng xương sống Internet và các mạng thế hệ mới khác. Nhu cầu băng thông đang gia tăng một cách nhanh chóng cùng với nhiều ứng dụng mới phong phú. Trong lĩnh vực thông tin quang, vấn đề quan trọng là duy trì được mạng quang hiện có và tương lai sẽ xây dựng để tạo thành mạng WDM tốc độ cao, dung lượng lớn đa dịch vụ. Trong khi thực hiện mạng, vấn đề then chốt quyết định hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng là quy hoạch hợp lý tài nguyên bước sóng. Vấn đề tìm các tuyến và gán bước sóng cho luồng quang được gọi là bài toán định tuyến và gán bước sóng (RWA- Routing and Wavelength Assignment) - một trong những bài toán trung tâm trong thiết kế mạng quang ghép kênh phân chia theo bước sóng. Với sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại, các mạng WDM ngày nay có thể hỗ trợ nhiều hơn 300 bước sóng trên một dây cáp quang. Đặc trưng này đem tới thách thức mới cho bài toán RWA, một bài toán NP-khó. 2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu Định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang là một bài toán NP-khó, do vậy đa số các giải pháp đã đề xuất là các lời giải gần đúng. Chỉ một số lượng rất nhỏ các thuật toán chính xác được nghiên cứu, tuy nhiên các giải pháp này không khả thi để đưa ra lời giải tối ưu đối với bài toán có kích thước lớn (số bước sóng lên tới 300) trong một thời gian chấp nhận được. Trong nghiên cứu này, tôi đưa ra một số giải pháp để tăng tốc độ đi tìm lời giải chính xác cho bài toán. Tôi cũng dự kiến đề xuất một số chiến lược song song để tìm lời giải của bài toán với kích thước rất lớn. 1 3. Mục đích nghiên cứu  Nghiên cứu, đề xuất lời giải tối ưu cho bài toán RWA với kích thước lớn. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu  Các lý thuyết cơ bản về mạng WDM.  Bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang với kích thước lớn. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu  Tìm hiểu về mạng WDM, bài toán định tuyến và gán bước sóng.  Các lời giải trước đây cho bài toán RWA.  Tìm hiểu thuật toán sinh cột tìm lời giải chính xác cho các bài toán kích thước lớn.  Cải tiến thuật toán sinh cột giải bài toán RWA.  Sử dụng ngôn ngữ lập trình OPL (Optimization Programming Language) để cài đặt, và đánh giá kết quả thu được. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Nghiên cứu các tạp chí và bài báo khoa học, tài liệu chuyên ngành. - Phương pháp phân tích và tổng hợp dữ liệu: Tìm hiểu, phân tích, tổng hợp những tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu. - Phương pháp thu thập thông tin: Thu thập dữ liệu một số kiến trúc mạng quang thực tế để thực nghiệm. - Phương pháp thực nghiệm: Cài đặt phần mềm, kiểm thử và đánh giá kết quả thực nghiệm. 7. Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 3 phần: Phần 1: Mở đầu 2 Phần 2: Nội dung Chương 1: Tổng quan về mạng quang WDM Chương 2: Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM Chương 3: Lời giải tối ưu cho bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM Phần 3: Kết luận và hướng phát triển đề tài. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG WDM Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất nhanh, đòi hỏi băng thông rất lớn. Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet. Số người sử dụng Internet ngày càng tăng, không chỉ cá nhân mà những tổ chức, doanh nghiệp cũng dựa vào mạng tốc độ cao để điều hành công việc. Những điều này đã tạo ra một nhu cầu sử dụng băng thông lớn, những đường truyền tốc độ cao đáng tin cậy và chi phí thấp. Mạng thông tin quang ra đời đã hứa hẹn đáp ứng những nhu cầu trên. Trong chương đầu tiên này, phần 1.1 tôi sẽ trình bày tổng quan về mạng quang, tiếp đó là lịch sử phát triển các thế hệ mạng quang. Trong phần 1.2 sẽ trình bày các phần tử trong mạng quang WDM và kết luận chương 1 được trình bày trong phần 1.3. 1.1 Giới thiệu về mạng quang Hệ thống thông tin quang ra đời cùng với những ưu điểm vượt trội của nó đã và đang áp dụng rộng rãi trên mạng lưới toàn cầu. Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng băng thông lớn, đường truyền tốc độ cao, đáng tin cậy và chi phí thấp, mạng thông tin quang đã ra đời với những khả năng vượt trội như: băng thông khổng lồ (gần 50 Tbps) với tỷ lệ lỗi rất thấp (10-11), suy giảm tín hiệu thấp (khoảng 0.2 dB/km), méo tín hiệu thấp, đòi hỏi năng lượng cung cấp thấp, không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ, khả năng bảo mật cao,… Bên cạnh dung lượng cao, môi trường quang còn cung cấp khả năng trong suốt. Tính trong suốt cho phép các dạng dữ liệu khác nhau chia sẻ cùng một môi trường truyền và điều này rất phù hợp cho việc mang các tín hiệu có những đặc điểm khác nhau. Vì vậy, truyền thông quang được xem là một kỹ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng trong tương lai. Tuy nhiên, băng thông quang rất lớn đối với một ứng dụng đơn lẻ, nên cần chia sẻ 4 nó giữa những người sử dụng với nhau bằng cách ghép nhiều kênh trên một đường truyền. Các kỹ thuật ghép kênh gồm có: ghép kênh phân chia mã (CDM), ghép kênh phân chia thời gian (TDM) và ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM). Hai kỹ thuật ghép kênh được quan tâm nhất hiện nay là ghép kênh phân chia thời gian và ghép kênh phân chia bước sóng. Do chi phí kỹ thuật và thiết bị để lắp đặt các hệ thống TDM tương đối cao nên trong tương lai, ghép kênh theo bước sóng sẽ được ưa chuộng hơn. WDM được xem là kỹ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng; không chỉ đặc biệt phù hợp với các tuyến thông tin đường dài, trung kế mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ trong tương lai 1.1.1 Mạng quang thế hệ thứ nhất Khi nói đến các mạng quang, ta đề cập đến ba thế hệ của chúng. Ở thế hệ thứ nhất, sợi quang chủ yếu dùng cho truyền dẫn và cung cấp dung lượng. Sợi quang cung cấp tỷ lệ lỗi bit thấp hơn và dung lượng cao hơn so với cáp đồng. Tất cả chức năng chuyển mạch và mạng thông minh được điều khiển bằng điện tử, tín hiệu được chuyển sang dạng điện trước khi được xử lý. Trong thế hệ này, mạng quang thường dùng kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian (TDM), được sử dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông. Ví dụ cho các mạng quang thế hệ thứ nhất này là SONET (mạng quang đồng bộ), tương tự với mạng SDH (hệ phân cấp số đồng bộ), cũng như các mạng doanh nghiệp khác như ESCON. 1.1.2 Mạng quang thế hệ thứ hai Ngày nay, chúng ta đã thấy sự triển khai của mạng quang thế hệ thứ hai, nơi mà các chức năng định tuyến, chuyển mạch và mạng thông minh được thực hiện trong miền tín hiệu quang, vì vậy chúng có thể dễ dàng xử lý 5 lượng dữ liệu lớn hơn tín hiệu điện tử. Trong các mạng thế hệ thứ nhất, thiết bị điện tử ở một nút không những phải điều khiển tất cả các dữ liệu dành cho nút đó mà còn tất cả các dữ liệu đi xuyên qua nó đến các nút khác trong mạng. Nếu dữ liệu được định tuyến trong miền quang, tải trọng của các thiết bị điện ở các nút sẽ giảm đi đáng kể. Đây là một trong những lý do chính cho sự ra đời của các mạng quang thế hệ thứ hai, các mạng này dựa trên kỹ thuật WDM (Wavelength Division Multiplexing) còn gọi là mạng định tuyến bước sóng. Hình 1.1 Mạng WDM [11] Mạng WDM là mạng truyền dẫn tốc độ cao, WDM được áp dụng đồng thời truyền nhiều bước sóng riêng biệt trong một sợi quang. Mạng cung cấp những lightpaths cho người sử dụng, như các thiết bị cuối SONET hoặc các bộ định tuyến IP. Lightpaths là các kết nối quang được mang từ đầu cuối đến đầu cuối bằng một bước sóng trên mỗi tuyến trung gian. Ở các nút trung gian trong mạng, các lightpaths được định tuyến và chuyển mạch từ tuyến này 6 sang tuyến khác. Trong một số trường hợp, các lightpaths cũng có thể được chuyển đổi từ bước sóng này sang bước sóng khác dọc theo đường đi. Các phần tử mạng chính cho phép mạng quang hoạt động là các thiết bị đầu cuối quang (OLTs), các bộ ghép kênh xen/rớt quang (OADMs) và các bộ kết nối chéo quang (OXCs). Cấu tạo, chức năng của những phần tử này sẽ được trình bày trong phần 1.2 1.1.3 Mạng quang thế hệ thứ ba Trong các mạng quang WDM, mạng quang thế hệ thứ ba (hay còn gọi là mạng toàn quang: dữ liệu được truyền từ nguồn đến đích dưới dạng quang, mà không phải trải qua bất cứ chuyển đổi quang điện nào theo dọc đường đi), với sự ra đời của OADMs cố định cung cấp khả năng tiết kiệm chi phí bằng cách loại bỏ những chuyển đổi quang-điện không cần thiết, nhưng lại có những hạn chế về ứng dụng của chúng. Để khắc phục hạn chế đó, các nhà phát triển mạng đã nghiên cứu và đưa ra giải pháp là cấu hình lại bộ ghép kênh xen/rớt quang (ROADM), để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng quang có thể triển khai có bước sóng một cách linh hoạt. Nó ảnh hưởng đến chi phí, hiệu suất và cấu hình linh hoạt của mạng quang. Các kỹ thuật được sử dụng bao gồm: chặn bước sóng (wavelength blocking), bộ chia quang (PLC) và chuyển đổi bước sóng chọn lọc (WSS), mặc dù WSS đã trở thành kỹ thuật chủ đạo. Trong khi ROADMs thế hệ đầu tiên chỉ có thể được sử dụng trong kiến trúc vòng Ring hoặc Line, thì ROADMs thế hệ mới dự kiến sẽ hỗ trợ các nút ở mức cao hơn. Đây là điều cần thiết cho việc thiết kế và triển khai các mạng quang trong tương lai. Để làm được điều này, ROADMs đa mức độ dựa trên WSS đã được đề xuất và đang hứa hẹn để xây dựng và nâng cấp ROADMs linh động và đầy đủ các chức năng. 7 Hình 1.2: Sơ đồ một ROADM bốn mức [11] Hình 1.2 cho thấy sơ đồ của một ROADM 4 mức sử dụng các phần tử WSS tại một nút trong mạng. Mỗi nút có thể được tiếp cận ở 4 hướng Đông, Tây, Nam, Bắc. Các tín hiệu quang đi vào mỗi hướng được phân chia bởi một bộ chia nguồn (Splitter Power - PS) và sau đó chuyển đến WSSs ở bên ngoài của ba hướng khác và “rớt” cục bộ. Mỗi WSS lựa chọn và ghép các bước sóng từ ba hướng khác và trực tiếp “xen” vào hướng mong muốn. Hình 1.2a cũng cho thấy rằng các bước sóng riêng lẻ có thể tăng hoặc giảm ở các nút. Vì vậy, với kiến trúc này, bất kỳ bước sóng vào một nút có thể được chuyển đến đầu ra của bất kỳ một hoặc nhiều hướng khác. Tuy nhiên, điều này là không cần thiết và các nút chuyển mạch bất đối xứng được ưa chuộng trong thực tế. Hình 1.2b cho thấy một kiến trúc của một ROADM 4 mức bất đối xứng. Trong hình 1.2a, ta có thể vẫn sử dụng 1×4 WSSs và 1×4 PSs, nhưng chỉ một số các cổng được sử dụng, các cổng còn lại được dành cho việc mở rộng trong tương lai. Các kết nối chuyển mạch giữa bốn hướng bất đối xứng trên ROADM có thể được thể hiện đơn giản bằng các vòng tròn nhỏ ở góc dưới bên phải (hình 8 1.2b). Ba đường in đậm trong các vòng tròn kết nối hướng truy cập và được gọi là các cổng kết nối nội bộ (IPCs). Hình 1.3: Mạng lưới với các nút đối xứng. Một mạng dựa trên ROADM có thể được biểu diễn bằng một đồ thị với các nút đối xứng như hình 1.3 . Tất cả các tính toán RWA cho các yêu cầu kết nối sẽ được dựa trên mô hình đơn giản các nút bất đối xứng này. Khi một lightpath đi qua một nút bất đối xứng, nó phải đi theo một trong các đường nội bộ (nét đậm) và nó không thể đi qua nhiều đường nội bộ với một nút cho trước. 1.1.4 Sơ đồ khối tổng quát mạng WDM Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Devision Multipexing) là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đến một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân chia (tách kênh) và khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau. 9 Tx1 Tx1 Tx2 Tx2 . . . . DMUX MUX TxN TxN EDFA Phát tín hiệu . . . . EDFA Khuếch đại tín hiệu Khuếch đại tín hiệu Ghép tín hiệu Tách tín hiệu (Mux) (Demux) Thu tín hiệu Hình 1.4: Sơ đồ chức năng của một mạng WDM Trong một hệ thống WDM để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi quang thì hệ thống WDM phải thực hiện được các chức năng sau:  Phát tín hiệu: trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là Laser. Một số nguồn loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Turnble Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser),… Nguồn Laser phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rổng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép.  Bộ ghép/tách tín hiệu (Mux/Demux): ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang. Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng lẻ tại mỗi cổng đầu ra của bộ tách tín hiệu. Các bộ ghép/tách tín hiệu WDM hiện nay có thể nói đến như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách từ Bragg sợi, cách từ nhiễu xạ, linh kiện 10