Nghiên cứu các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống thông tin cáp quang biển,đề tài nckh sinh viên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI (CSII) KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài : “ Nghiên cứu kỹ thuật mạng sử dụng hệ thống thông tin cáp quang biển ” GVHD : Ths.Trần Xuân Trường SVTH : Đoàn Quang Dự Bùi Thế Hiền Huỳnh Ngọc Hoàng Lan TP.HCM Ngày 24/04/2008 Mục Lục GVHD : ThS.Trần Xuân Trường MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu Chương : Giới thiệu hệ thống thông tin quang kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) 1.1, Giới thiệu hệ thống thông tin quang 1.2, Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng tham số 1.2.1, Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng a, Truyền dẫn hai chiều hai sợi 10 b, Truyền dẫn hai chiều sợi 11 1.2.2, Các tham số 13 1.3, Những vấn đề cần quan tâm hệ thống thông tin quang WDM 14 1.3.1, Số kênh sử dụng khoảng cách kênh 15 1.3.2, Vấn đề ổn đinh bước sóng nguồn quang yêu cầu độ rộng phổ nguồn phát 19 a, Ổn định bước sóng nguồn quang 19 b, Yêu cầu độ rộng phổ nguồn phát 19 1.3.3, Xuyên nhiễu kênh tín hiệu quang 20 1.3.4, Suy hao – Quỹ công suất hệ thống WDM 20 1.3.5, Tán sắc bù tán sắc 21 1.3.6, Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 23 1.3.6.1, Hiệu ứng SRS 23 1.3.6.2, Hiệu ứng SBS 24 1.3.6.3, Hiệu ứng SPM 25 1.3.6.4, Hiệu ứng XPM 26 1.3.6.5, Hiệu ứng FWM 27 1.3.6.6, Phương hướng giải ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 28 1.3.7, Bộ khuếch đại EDFA vấn đề sử dụng chúng hệ thống thông tin quang WDM 29 1.3.7.1, Tăng ích động điều chỉnh EDFA 29 1.3.7.2, Tăng ích phẳng EDFA 30 1.3.7.3, Tích lũy tạp âm sử dụng EDFA 31 NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Mục Lục GVHD : ThS.Trần Xuân Trường Chương : Cấu trúc mạng quang biển WDM 33 2.1, Sơ lược .33 2.2, Quá trình phát triển mạng quang biển 33 2.3, Cấu hình hệ thống cáp quang biển 37 2.3.1, Cấu hình 37 2.3.1.1, Cáp quang biển 38 2.3.1.2, Trạm lặp quang biển 39 2.3.1.3, Đơn vị rẽ nhánh nước 40 2.3.2, Thiết bị nhà trạm 42 2.3.2.1, Thiết bị đầu cuối đường dây 43 2.3.2.2, Thiết bị cấp nguồn 46 2.3.2.3, Thiết bị quản lý mạng 48 2.4, Cấu hình mạng 49 2.4.1, Mạng vòng .50 2.4.2, Mạng trục rẽ nhánh 52 2.4.3, Mạng tràng hoa 53 2.4.4, Mạng mắt lưới 54 2.5, Sự thi hành mạng .55 2.5.1, Bảo vệ mạng vòng xuyên đại dương 55 2.5.2, Thiết bị dự phòng mạng (NPE) TCP-5 CN 61 2.5.3, Điều hành mạng bảo dưỡng 62 2.5.4, Thiết bị bảo vệ mạng quang (ONPE) JIH 64 2.6, Mạng quang biển tương lai 67 2.6.1, Những vấn đề quan tâm gần cấu hình mạng truyền thống biển 67 2.6.2, Khả tồn topo mạng 70 2.6.3, Mạng mắt lưới tảng OXC lợi ích chúng hệ thống cáp quang biển 71 2.6.4, Những dịch vụ mạng tương lai 74 Chương : Lời kết .75 Tài liệu tham khảo 76 NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Giới Thiệu GVHD : ThS.Trần Xuân Trường LỜI GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, tốc độ triển khai dung lượng hệ thống thông tin quang tăng ngày nhanh Góp phần quan trọng vào gia tăng phát triển công nghệ quang-điện tử mới, sử dụng để tận dụng hiệu băng tần rộng sợi quang Công nghệ quang trung tâm cho đời mạng viễn thơng tương lai, có khả đáp ứng nhu cầu xã hội Các khả bao gồm : băng tần gần không giới hạn hoàn toàn suốt, cho phép nâng cấp dung lượng định tuyến linh hoạt Rất nhiều ưu điểm hệ thống thơng tin quang có nhờ khuếch đại quang Bên cạnh phát triển vũ bão đó, việc nâng cấp mạng truy nhập quang sở ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiple) thách thức tương lai mà dung lượng người sử dụng yêu cầu phát triển nhanh dung lượng mạng Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) cân nhắc giải pháp lý tưởng để mở rộng dung lượng mạng quang mà không cần thay đổi nhiều sở hạ tầng Trong kỷ 21 này, có phát triển bùng nổ số lượng thông tin truyền dẫn dịch vụ số : thương mại điện tử, phân phối phần mềm, dịch vụ phân phối video/âm nhạc số Do vậy, hoạt động mạng viễn thông phải thoả mãn yêu cầu lưu lượng thực tế đảm bảo vốn đầu tư cho nâng cấp tương lai Các hệ thống truyền dẫn WDM thiết kế để đáp ứng cho yêu cầu hai cách : tăng số kênh tăng tốc độ bit kênh Do phát triển nhanh chóng điện tử tốc độ cao, thực tế băng rộng đòi hỏi phát triển tốc độ bit cao 10Gb/s nhiều Bên cạnh vấn đề trên, việc trao đổi thông tin với không giới hạn nước, khu vực lục địa mà mở rộng tồn giới, châu lục với nhau, nơi mà có biển chia cắt Chính lẽ đó mà mạng thông tin quang biển nghiên cứu đưa vào sử dụng thay cho hệ thống thông tin vệ tinh Hệ thống thông tin liên lạc Việt Nam Quốc tế điện thoại, truyền số liệu, internet dịch vụ viễn thông quốc tế khác chủ yếu sử dụng đường truyền cáp quang rải biển Việt Nam sử dụng hai hệ thống cáp quang biển TVH SMW3 (Ngồi cịn sử dụng đường truyền quang thuê nước ngoài) Hệ thống TVH Việt Nam, Thái Lan Hồng Kông (Trung Quốc) đầu tư, đưa vào khai thác từ 1995 với dung lượng 560Mbps hướng, theo công nghệ PDH Hệ thống kết nối 30 hướng giới Hệ thống SMW3 đưa vào khai thác từ năm 1999, nối liền Việt Nam với 35 điểm cập bờ giới, sử dụng công nghệ WDM, khai thác 16 bước sóng với tốc độ 2,5 Gbps bước sóng Hai hệ thống có khả làm dự bị cho nhau, hệ thống hỏng chuyển sang hệ thống Ngồi hai hệ thống có điểm NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Giới Thiệu GVHD : ThS.Trần Xuân Trường cập bờ Việt Nam, vùng biển phía nam Việt Nam nhiều hệ thống cáp quang khác qua Cấu trúc loại cáp quang hai hệ thống tuỳ thuộc vào vị trí địa lý, đặc điểm địa chấn đáy biển Khi cáp quang qua vùng biển sâu, thường sử dụng loại cáp nhẹ để lơ lửng nước Tại nơi có nhiều cá mập, cá voi, người ta chế tạo loại cáp quang có mùi vị kỵ loại cá này, để chúng không cắn đứt cáp… Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) kỹ thuật để truyền dẫn hệ thống thông tin quang biển Vì vậy, đề tài chúng em tập trung vào kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) cấu trúc hệ thống mạng quang biển WDM NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Giới Thiệu Kỹ Thuật WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường CHƯƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO BƯỚC SĨNG WDM 1.1, GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG Ngay từ xa xưa để thông tin cho nhau, người biết sử dụng ánh sáng để báo hiệu Qua thời gian dài lịch sử phát triển nhân loại, hình thức thơng tin phong phú dần ngày phát triển thành hệ thống thông tin đại ngày nay, tạo cho nơi giới liên lạc với cách thuận lợi nhanh chóng Cách 20 năm, từ hệ thống thông tin cáp sợi quang thức đưa vào khai thác mang viễn thông, người thừa nhận phương thức truyền dẫn quang thể khả to lớn việc chuyển tải dịch vụ viễn thông ngày phong phú loại Trong vòng 10 năm trở lại đây, với tiến vượt bậc của công nghệ điện tử - viễn thông, công nghệ quang sợi thông tin quang có tiến vượt bậc Các nhà sản xuất chế tạo sợi quang đạt tới giá trị suy hao nhỏ, giá trị suy hao 0,154 dB/km bước sóng 1550nm cho thấy phát triển mạnh mẽ công nghệ sợi quang hai thập niên qua Cùng với tiến lớn công nghệ chế tạo nguồn phát quang thu quang, để từ tạo hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm trội so với hệ thống thông tin cáp kim loại Dưới ưu điểm trội môi truờng truyền dẫn quang so với môi trường truyền dẫn khác, :  Suy hao truyền dẫn nhỏ  Băng tần truyền dẫn lớn  Không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ  Có tính bảo mật tín hiệu thơng tin cao  Có kích thước trọng lượng nhỏ  Sợi có tính cách điện tốt  Độ tin cậy cao  Sợi chế tạo từ vật liệu sẵn có Chính lý mà hệ thống thơng tin quang có sức hấp dẫn mạnh mẽ nhà khai thác viễn thông Các hệ thống thông tin quang NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Giới Thiệu Kỹ Thuật WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường phù hợp với tuyến thông tin xuyên lục địa, tuyến đường trục, tuyến trung kế mà cịn có tiềm to lớn việc thực chức mạng nội hạt với cấu trúc tin cậy đáp ứng loại hình dịch vụ tương lai Mơ hình chung tuyến thơng tin quang sau: Hình 1.1 Các thành phần tuyến truyền dẫn cáp sợi quang Các thành phần tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang phần thu quang Phần phát quang cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang mạch điện điều khiển liên kết với Cáp sợi quang gồm có sợi dẫn quang lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi quang khỏi tác động có hại từ mơi trường bên ngồi Phần thu quang tách sóng quang mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngoài thành phần chủ yếu này, tuyến thơng tin quang cịn có nối quang (Connector), mối hàn, chia quang trạm lặp; tất tạo nên tuyến thơng tin quang hồn chỉnh Đặc tuyến suy hao sợi quang theo bước sóng tồn ba vùng mà có suy hao thấp vùng xung quanh bước sóng 850 nm, 1300 nm 1550 nm Ba vùng bước sóng sử dụng cho hệ thống thông tin quang gọi NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Giới Thiệu Kỹ Thuật WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai thứ ba tương ứng Thời kỳ đầu kỹ thuật thông tin quang, cửa sổ thứ sử dụng Nhưng sau công nghệ chế tạo sợi phát triển mạnh, suy hao sợi hai cửa sổ sau nhỏ hệ thống thông tin quang ngày chủ yếu hoạt động vùng cửa sổ thứ hai thứ ba Nguồn phát quang thiết bị phát sử dụng diode phát quang (LED) Laser bán dẫn (LD) Cả hai loại nguồn phát phù hợp cho hệ thống thơng tin quang, với tín hiệu quang đầu có tham số biến đổi tương ứng với thay đổi dịng điều biến Tín hiệu điện đầu vào thiết bị phát dạng số có dạng tương tự Thiết bị phát thực biến đổi tín hiệu thành tín hiệu quang tương ứng công suất quang đầu phụ thuộc vào thay đổi cường độ dòng điều biến Bước sóng làm việc nguồn phát quang phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo Đoạn sợi quang (Pigtail) nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang khai thác tuyến Tín hiệu ánh sáng điều chế nguồn phát quang lan truyền dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang Khi truyền sợi dẫn quang, tín hiệu ánh sáng thường bị suy hao méo yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên Bộ tách sóng quang đầu thu thực tiếp nhận ánh sáng tách lấy tín hiệu từ hướng phát đưa tới Tín hiệu quang biến đổi trở lại thành tín hiệu điện Các photodiode PIN photodiode thác APD sử dụng để làm tách sóng quang hệ thống thơng tin quang, hai loại có hiệu suất làm việc cao có tốc độ chuyển đổi nhanh Các vật liệu bán dẫn chế tạo tách sóng quang định bước sóng làm việc chúng đoạn sợi quang đầu vào tách sóng quang phải phù hợp với sợi dẫn quang sử dụng tuyến lắp đặt Đặc tính quan trọng thiết bị thu quang độ nhạy thu quang, mơ tả cơng suất quang nhỏ thu tốc độ truyền dẫn số ứng với tỷ lệ lỗi bít cho phép hệ thống Khi khoảng cách truyền dẫn dài, tới cự ly đó, tín hiệu quang sợi bị suy hao nhiều cần thiết phải có trạm lặp quang đặt tuyến Cấu trúc thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát thiết bị thu ghép quay phần điện vào Thiết bị thu trạm lặp thu tín hiệu quang yếu tiến hành biến đổi thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng đưa vào thiết bị phát quang Thiết bị phát quang thực biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Giới Thiệu Kỹ Thuật WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường lại phát tiếp vào đường truyền Những năm gần đây, khuếch đại quang sử dụng để thay phần thiết bị trạm lặp quang Trong tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thường, sợi quang có nguồn phát quang phía phát tách sóng quang phía thu Các nguồn phát quang khác cho luồng ánh sáng mang tín hiệu khác phát vào sợi dẫn quang khác nhau, tách sóng quang tương ứng nhận tín hiệu từ sợi Như muốn tăng dung lượng hệ thống phải sử dụng thêm sợi quang Với hệ thống quang vậy, dải phổ tín hiệu quang truyền qua sợi thực tế hẹp so với dải thông mà sợi truyền dẫn quang truyền dẫn với suy hao nhỏ (xem hình 1.2): Một ý tưởng hồn tồn có lý cho truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu quang từ nguồn quang có bước sóng phát khác sợi quang Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM đời từ ý tưởng Hình 1.2 Độ rộng phổ nguồn quang dải thông sợi quang 1.2, NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN: 1.2.1, Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng Đặc điểm bật hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng khu vực tổn hao thấp sợi quang đơn mode, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn hệ thống đồng thời hạ giá thành kênh dịch vụ xuống mức thấp Ở việc thực ghép kênh NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang Giới Thiệu Kỹ Thuật WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường khơng có q trình biến đổi điện Mục tiêu ghép kênh quang nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn Ngồi ý nghĩa việc ghép kênh quang cịn tạo khả xây dựng tuyến thơng tin quang có tốc độ cao Khi tốc độ đường truyền đạt tới mức độ người ta thấy hạn chế mạch điện việc nâng cao tốc độ truyền dẫn Khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbit/s, thân mạch điện tử đảm bảo đáp ứng xung tín hiệu hẹp; thêm vào đó, chi phí cho giải pháp trở nên tốn cấu hoạt động phức tạp đòi hỏi công nghệ cao Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng đời khắc phục hạn chế Hệ thống WDM dựa sở tiềm băng tần sợi quang để mang nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu việc truyền đồng thời nhiều bước sóng lúc khơng gây nhiễu lẫn Mỗi bước sóng đại diện cho kênh quang sợi quang Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng mà riêng rẽ bước sóng kênh phần nhỏ 1nm hay 10-9m, điều dẫn đến hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM) Các thành phần thiết bị trước có khả xử lý từ đến 16 kênh, kênh hỗ trợ luồng liệu đồng tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang phân cấp số đồng (SDH/SONET) Các nhà cung cấp DWDM sớm phát triển thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều kênh quang Các hệ thống với hàng trăm kênh sẵn sàng đưa vào sử dụng, cung cấp tốc độ liệu kết hợp hàng trăm Gbit/s tiến tới đạt tốc độ Tbit/s truyền sợi đơn Có hai hình thức cấu thành hệ thống WDM là: a, Truyền dẫn hai chiều hai sợi Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều hai sợi là: tất kênh quang sợi quang truyền dẫn theo chiều (như hình 1.3), đầu phát tín hiệu có bước sóng quang khác điều chế, λ , λ … λ n thông qua ghép kênh tổ hợp lại với nhau, truyền dẫn chiều sợi quang Vì tín hiệu mang thơng qua bước sóng khác nhau, khơng lẫn lộn Ở đầu thu, tách kênh quang tách tín hiệu có bước sóng khác nhau, hồn thành truyền dẫn tín hiệu quang nhiều kênh Ở chiều ngược lại truyền dẫn qua sợi quang khác, nguyên lý giống NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 10 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường kênh ( MUX/DEMUX), ánh xạ khe thời gian ( TSA) giao diện tốc độ thấp (LS) Tổng quát NPE trình bày hình 2.34 Giao diện LS kết nối sau thiết bị đầu cuối SDH với tín hiệu quang điện STM-1 dự phịng dư 1-1 TSA thực chức ghép/tách chuyển qua/xuyên qua chức tín hiệu STM-1 Chức chuyển vịng thơng qua/xun qua tín hiệu nút TSA thực chức tự phục hồi hoạt động hệ thống Mà tự động chuyển đổi lưu lượng khe thời gian làm việc tới khe thời gian dự phòng Phần MUX/DMUX thực ghép kênh giải ghép kênh tín hiệu STM-1 tới/từ tín hiệu STM16 triệt dung pha tín hiệu STM-1/STM-16 Giao diện HS phần truyền dẫn nhận tín hiệu STM-16, tạo giới hạn phần mào đầu (SOH) STM-16, thực tự phục hồi hoạt động phương pháp nhận yêu cầu chuyển mạch dự phòng byte SOH gây tín hiệu AMS từ LTU Hình 2.33, Sơ đồ khối NPE 2.5.3 Điều hành mạng bảo dưỡng Hệ thống điều hành mạng giải thích từ viễn cảnh hoạt động OAM&P giống thí dụ hoạt động hệ thống TPC-5 CN Nhân viên điều hành trạm cáp người đầu việc quản lý mạng Những người có trách nhiệm làm việc NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 62 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường OAM&P 24/7 ngày mạng kiểm tra cố xẩy mạng điều chỉnh hoạt động mạng Những trách nhiệm họ bao gồm phục hồi lưu lượng khắc phục chống lại lỗi hỏng hóc mạng Hình 2.34, Tổng qt NPE Hình 2.35, Các hệ thống điều hành mạng TPC-5 NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 63 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường Tất trạm cáp mạng TPC-5 CN cho phép NPS tự động phục hồi lưu lượng lúc mạng bị hỏng Như hình 2.35, có hai trạm cáp, San Lui Obispo Miyazaki, NME xếp với NPE trực tiếp giao tiếp với NPE thông qua giao tiếp Ethernet 10 Mbps Thiết bị giám sát hệ thống (SSE) hệ thống quản lý phần tử thành phần tử mạng TPC-5 CN NME giao tiếp với trạm NPE từ xa thông qua mào đầu STM16 kênh sử dụng kênh giao diện Q Tất việc cảnh báo nhận NPE báo cáo tự động tập hợp NME thời gian thực Hàng ngày hoạt động OAM&P phải chuyển tới cáp thiết bị máy chủ Phần đất TPC-5 AT&T KDDI ( trước KDD) phải chịu trách nhiệm công việc Chúng thiết lập phần OAM&P chương trình thực thi để tối giản tác động lưu lượng dịch vụ Công việc bảo dưỡng kiểm soát khoảng thời gian sử dụng mạng tối thiểu thông báo rủi ro gửi đến cáp chủ Phần thứ quản lý mạng lớp ( trung tâm điều khiển mạng) chức điều khiển mạng Trong mạng cáp TPC -5 CN, chức thực trung tâm điểu khiển mạng có trụ sở Denver, Colorado, với trung tâm thứ hai có trụ sở Tokyo, Japan…Các trung tâm điều khiển mạng ngồi điều phối hoạt động mạng OAM&P TPC-5 CN, phục hồi nhiều hệ thống cáp cung cấp nhiều hành động yêu cầu Chúng cung cấp tiếp điểm với cáp chủ tất hoạt động mạng Trong hệ điều hành mạng trở lại trạng thái ổn định, chúng quản lý nhiều role quản lý mạng lớp thiết bị trạm cáp thông qua liên kết TMN trung tâm điều khiển trạm cáp sử dụng NME SSE, giống hình 2.35 2.5.4, Thiết bị bảo vệ mạng quang (ONPE) cáp JIH NPE bảo vệ đường lưu lượng cho kênh khe thời gian Cơ chế bảo vệ sử dụng cho việc bảo vệ kênh bước sóng dài hệ thống WDM NPE quang học ( ONPE) phát triển thành mạng vịng Ring biển WDM thơng qua giao thức APS vòng Ring xuyên đại dương kênh bước sóng dài Để cung cấp suốt khung liệu, kênh báo hiệu tách riêng biệt LTU SLTE Cáp ONPE triển khai JIH ( Đại lộ thông tin Nhật Bản) Cấu hình mạng cáp biển trình bày hình 2.36 Cáp JIH mạng cáp NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 64 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường riêng KDDI, cung cấp mạng đường trục dung lượng lớn độ tin cậy cao, sử dụng công nghệ DWDM, chế tự phục hồi, hệ thống quản lý mạng Hình 2.36, Cấu hình mạng cáp JIH JIH có 10.300Km, mạng trung kế nhánh với độ rộng băng tần 100Gbps hoạt động vào 1/4/1999 Mạng vịng có khả kết nối cho hầu hết mạng truy nhập địa phương với mạng cáp quốc tế Như TPC-5CN, SEA-ME-WE3, APCN, đường cáp Nhật – Mỹ, thông qua 17 trạm mặt đất quần đảo Nhật Bản Mạng chia thành mạng con, từ điểm trạm cấp (MCSes) Cáp chứa đựng ba cặp sợi gồm có cặp sợi địa phương (LFP), cặp sợi tốc độ cao ( EFP), cặp sợi dự phòng (SFP) LFP rẽ nhánh từ cáp trung kế đơn vị rẽ nhánh kết cuối trạm cáp địa phương (LCSes), tạo thành mạng LFP EFP bảo vệ cấu trúc mạng vòng Ring thu nhỏ, sử dụng NPE cho cố đứt cáp Trong cố đứt cáp, lưu lượng bảo vệ SFP sử dụng quang NPE (ONPE) NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 65 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường Hình 2.37 Minh họa hệ thống quản lý mạng JIH dựa vào mơ hình TMN MC định vị tổng đài (Cable Station) phần tử quản lý hệ thống thiết bị để điều khiển theo dõi thiết bị truyền dẫn JIH Tại đầu 17 tổng đài gọi tổng đài chủ MCSes (Master Cable Stations) tổng đài khác gọi tổng đài địa phương LCSes (Local Cable Stations) MNEs NPE quang học lẫn NPE truyền thống định vị MCSes Tuy nhiên, truyền thông MNE với NPEs từ xa LCSes truyền trạm thông qua mào đầu kênh STM-16 Trong trạm, chuẩn hóa giao diện Q3 chấp nhận MC phần tử mạng khác Hầu hết MCs điều khiển từ xa NOC định vị trung tâm Tokyo NWOS đóng vai trị điều khiển theo dõi JIH Quản lý mạng KDDI dùng cho hệ thống truyền dẫn sử dụng phương pháp nối MC MCS dùng giao diện Q3 tiêu chuẩn hóa NEOS LCS điều khiển theo dõi NWOS MC MCS Hệ thống quản lý mạng hệ thống bảo trì cho phép trạm cáp vận hành OAM&P khơng có điều khiển và hoạt động hai lớp I, II, thực NOC đơn, tập trung NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 66 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường 2.6, MẠNG QUANG BIỂN TRONG TƯƠNG LAI 2.6.1, Những vấn đề quan tâm gần cấu hình mạng truyền thống biển Mạng truyền thống biển có dùng mạng vòng SDH để cung cấp tổng đài hệ thống hướng gần thành phố hình 2.38 Hình 2.38 Mạng tồn cầu truyền thống Từ kiến trúc nhấn mạnh yêu cầu phải tăng thêm dải thông, nhu cầu kết nối liệu chuyển mạch gói liệu, kết nối thành phố - thành phố Một điều cáp quang biển số mạng đời Gồm có mạng mắt lưới hợp mạng đất liền mạng mặt biển Hình 2.39 cho thấy cấu hình mạng biển thời Lưu lượng tập hợp lại thành phố (city) POP (Poin of Presence) chuyển lưu lượng qua hệ thống SONET/SDH đến trạm mặt đất Nơi xa lưu lượng hệ thống tập hợp lại vòng ring biển để truyền đến trạm mặt đất khác Tại vị trí định sẵn trạm mặt đất, trình tương hỗ xuất : lưu lượng phân rã tiếp tục gửi tới city POP Mặt dù mạng biển mặt đất NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 67 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường OAM&P tách riêng thành nhiều miền, có phân chia, trở thành OAM&P với nhu cầu dịch vụ nhờ vào kết nối End to End Hình 2.39 Cấu hình mạng quang biển thời Mạng quang mặt biển mở rộng từ POP đến POP với vòng đơn OAM&P Sự phân biệt mạng biển mạng mặt đất trở nên không quan trọng không đáng kể Nói chung, mơi trường phân chia thành đoạn hình 2.39 yêu cầu ghép hệ thống OAM&P Kết hệ thống quản lý mạng trở nên cồng kềnh, chức đoạn Ngược lại, khối OAM&P trình tự động hóa u cầu quy mơ kinh tế lớn nên phải kết tất yếu Trong hệ cáp quang, yêu cầu công suất lớn để cung cấp phần nhu cầu dung lượng cho Internet, phần nhu cầu cho doanh nghiệp để trao đổi liệu khu vực Những cơng nghệ DWDM cần có điều khiển phát triển để tăng thêm khả truyền tải biển Trong hệ thống cáp biển ghép Terabit, sử dụng cơng nghệ DWDM, hàng trăm bước sóng tốc độ 10Gbps cao truyền qua cáp mới, điều tiết cặp sợi Ở nút mạng vịng nối bội số cáp, hàng nghìn bước sóng giải ghép kết cuối SLTE bờ biển, hình 2.40 Ngồi với kiến trúc truyền thống, hệ thống STM-64 giải ghép thành luồng trạm để truyền tới hệ thống hồi tiếp (Back-Haul) qua thiết bị NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 68 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường SONET/SDH Trong hệ thống cáp biển bội số Terabit, số lượng không gian để xếp thiết bị công suất sử dụng thiết bị đầu cuối tăng lên đáng kể Xét đến vấn đề chi phí hệ thống, giá thiết bị đầu cuối trội so với chi phí hệ thống cáp biển WDM Đơn giá wetplant tăng thêm, tăng giá thành không cân tăng công suất hệ thống Giá thiết bi đầu cuối tăng tỷ lệ với số lượng bước sóng hệ thống Tương ứng với giá thành hệ thống tăng cao (Skyrocket) Ngành công nghiệp viễn thông chuyển từ tối ưu hóa tiếng nói, dịch vụ chuyển mạch mạch, đến tối ưu hóa liệu dịch vụ chuyển mạch gói hoạt động tốt Như hệ quả, giá trị SONET/SDH xem lớp ghép kênh, dồn kênh trung gian giảm bớt Những giải pháp để phát triển truyền trực tiếp IP thông qua DWDM Những giải pháp hướng vào tiêu chuẩn để tiêu chuẩn hóa điều khiển mạng tối ưu cho việc truyền dẫn Hình 2.40 Cấu hình thiết bị đầu cuối trạm mặt đất Với : NPE LTU WTU SLTE Thiết bị bảo vệ mạng Khối đầu cuối đường dây Khối đầu cuối bước sóng Thiết bị đầu cuối đường dây ngầm NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 69 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường Khái niệm cảu việc hỗ trợ liệu trực tiếp qua quang học đưa vào nhu cầu để loại trừ lớp mạng không cần thiết Điều dẫn đến giảm số lượng lớn thiết bị mạng, vậygiá thành, vùng phủ sóng, độ phức tạp mạng giảm xuống 2.6.2, Khả tồn topo mạng Khả tồn yếu tố quan trọng mạng viễn thông Topo mạng cho ta sơ đồ phục hồi khác Trong mạng quang biển thời, cấu trúc mạng vòng sử dụng rộng rãi cho mạng lưới, bảo vệ mạng đề cập phần trước Những mạng vịng cung cấp khả bảo vệ vận hành nhanh sở ưu tiên Đối với mạng mắt lưới, topo mạng vịng linh hoạt thích nghi thay đổi đường truyền hiệu mạng vịng, mặt dù có bảo vệ thời gian mắt lưới cấp thấp đến mạng vòng Trong mạng mắt lưới nói chung có nhiều lựa chon đường dẫn, mạng vòng, đường truyền dẫn Những mạng vòng yêu cầu phân phối khả bảo vệ phục vụ cho làm việc.Tức cấu hình bảo vệ 1:N Nói cách khác mạng mắt lưới sử dụng khôi phục khả bảo vệ hiệu mạng vịng Ngun nhân mạng mắt lưới có nhiều tính sẵn có đề xuất khả thất bại Ngồi mạng vịng ghép sử dụng cho mạng hoạt động, khả xậy dựng mạng yêu cầu kết nối liền hình 2.41 Hình 2.4, Tạo dung lượng mạng ghép vịng NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 70 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường Với : BLSR Vòng chuyển mạch theo hai hướng NPE Thiết bị bảo vệ mạng CS Nhà trạm (Cable Station) POP Điểm chiếm giữ Hình 2.42 Cho phép sử dụng mạng mắt lưới cho kết nối mạng quang biển mạng chủ Trong mơ hình mạng mắt lưới chia sẻ khả bảo vệ mối liên kết liền mạng mặt biển mặt đất Hơn mạng mắt lưới kết nối mạng cáp ban đầu cáp cắt đoạn Hình 2.42 Kết nối mạng mặt đất biển 2.6.3, Mạng mắt lưới tảng OXC lợi ích chúng cáp quang biển Chìa khóa cho cơng nghệ mạng mắt lưới kết nói chéo quang OXC trang bị MPLS (chuyển mạch nhãn đa thủ tục) mà mạng mặt đất điều khiển OXC cung cấp khả thêm/bớt kết nối chéo kênh bước sóng OXC chuyển hàng trăm port quang sử dụng cấu chuyển mạch quang gồm có gương vi mơ chế tạo hệ thống công nghệ vi điện tử Công nghệ chuyển mạch nhãn phát triển trước đường dẫn IP lên sơ đồ để truyền gói đường dẫn định tuyến, với chương trình định tuyến lớp Với việc áp dụng trao đổi nhãn/chuyển tiếp biến đổi routing chuyển mạch nhãn (LSR) đến port chuyển mạch quang OXC Một mảng điều khiển MPLS triển khai mắt lưới quang WDM nối mạng Bởi việc định nghĩa MPLambdaS Sơ đồ mở rộng tới khe thời gian việc định nghĩa MPLS cách phổ biến (GMPLS) NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 71 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường Một mạng mắt lưới dựa tảng MPLS sử dụng hệ thống TDM sử dụng thời gian kết nối chéo GMPLS cung cấp bảo vệ khơi phục chức định tuyến Trong mạng mắt lưới hình 2.43, khả hỗ trợ mạng bước sóng chìa khóa cho việc theo kịp đường truyền mà ta khơng đốn trước u cầu cho phép tính chuyển đổi dải thơng mạng có tính linh hoạt OXC cung cấp nhanh Pion-and-Click, End to End nhiều kênh lúc Để quản lý mạng mắt lưới với tảng OXC quy mơ lớn, có khả tự động phát nút liên kết cách dễ dàng hàm chuyển mạch định tuyến Để cho phép hàm tự động phát vậy, đường dẫn End to End thiết lập RSVP CR-LDP, tính tốn đường truyền dẫn tối ưu, sử dụng đường truyền ngắn (CSPF) để ràng buộc giải thuật thông tin dựa vào topo mạng ràng buộc phân phối ISIS OSPF Dưới dạng mạng chuyển đổi, thay đổi thể tự động phát nút mạng thêm vào Nó cung cấp khả bảo vệ phục hồi mạng đường dẫn cài đặt MPLS Sự triển khai mạng mắt lưới hữu ích thay đổi bội số đường truyền sở hạ tầng OAM&P điều tiết đường truyền tảng mạng chung Đặc biệt việc ứng dụng mạng mắt lưới tảng OXC lên mạng quang biển trạm mặt đất, tổng hợp đường truyền tới chuyển đổi bước sóng số lượng giao diện lớn thiết bị kết nối SONET/SDH liên quan đến mạng hướng cách đưa giao diện luồng đến mạng biên Vai trò Thiết bị mạng SONET/SDH lấy OXC, nơi mà vùng phủ sóng giảm bớt đáng kể bước sóng Cấu hình trạm cáp OXC hình 2.44 Sự cực tiểu hóa thiết bị, với loại bỏ thiết bị liên kết mạng mặt đất SONET/SDH, làm giảm giá thành thiết bị NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 72 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường Hình 2.43 Mạng mắt lưới điều khiển GMPLS Hình 2.44 Cấu hình nhà trạm tảng OXC NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 73 Cấu Trúc Mạng Quang Biển WDM GVHD : ThS.Trần Xuân Trường 2.6.4, Những dịch vụ mạng tương lai Sự triển khai mạng liệu để kết nối mạng toàn cầu dịch vụ viễn thông quan trọng Sự kết nối bước sóng đơn giản hóa cấu trúc mạng Dữ liệu trung tâm thông thường định vị vùng rộng nối tới trung tâm liệu khác thông qua kết nối bước sóng trực tiếp Đây đơn giản hóa so sánh tới phương pháp làm việc hữu, nơi mà đường truyền liệu truyền với nhiều hop thông qua định tuyến ghép IP Từ đây, kết nối quang End to End trực tiếp cho phép truyền bước nhãy ngắn, cải thiện hệ thống chuyển mạch gói vấn đề kinh tế.Lợi nối mạng lớp quang học tăng cường lực phụ vụ tăng thêm NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 74 Phần Kết GVHD : ThS.Trần Xuân Trường PHẦN KẾT Với tốc độ phát triển nghành công nghiệp viễn thông đề tài liên quan đến hệ thống thơng tin quang biển khơng cịn đề tài Tuy nhiên, đề tài không đề tài cũ với nghiên cứu sinh Với phát triển chóng mặt thơng tin di động, Internet, truyền liệu… tồn cầu hóa khiến cho quốc gia tiến lại gần Lúc đó, nhu cầu truyền dẫn thông tin quốc gia lớn hơn, việc tìm kỹ thuật truyền dẫn mạng quang biển giải pháp an ninh mạng quang biển đặt cho nghiên cứu sinh đề tài thú vị Qua đề tài này, chúng em có nhìn tổng qt kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WMD), cấu trúc mạng thơng tin quang biển WDM giải pháp phát triển mạng tương lai Tuy nhiên, kiến thức kinh nghiệm chúng em đề tài hạn chế, đồng thời nguồn tài liệu đề tài thơng tin quang biển khơng nhiều cịn nên việc tiếp cận công nghệ hiểu kỹ thuật cịn khó khăn, chủ yếu nguồn tài liệu tiếng anh Chính vậy, q trình tham khảo tài liệu có từ thuật ngữ chuyên nghành mà chúng em không hiểu hiều chưa sát, điều khiến cho đề tài có vài chỗ bị thiếu sót Chúng em hy vọng, đề tài tới (nếu có điều kiện) chúng em hồn thiện chỗ mà chưa hồn thiện có thêm nhiều hướng giải đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy khoa Điện Tử - Viễn Thông Đặc biệt thầy Trần Xuân Trường, động viên, giúp đỡ góp nhiều ý kiến quý báu cho chúng em thời gian nghiên cứu hoàn thành đề tài NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 75 Tài liệu tham khảo GVHD : ThS.Trần Xuân Trường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Academic Press , Wdm Technologies, Volume III - Optical Network [2] ThS.Đỗ Văn Việt Em, Kỹ Thuật Thông Tin Quang 2, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2007 [3] TS.Nguyễn Tiến Ban, Kỹ Thuật Viễn Thông, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2007 …Và tài liệu khác sưu tầm báo điện tử : www.vietnamnet.vn, www.qdnd.vn, 60s.com.vn, Tapchibcvt@mpt.gov.vn NCKH : Ứng Dụng KT WDM Trong HTTTQ Biển Trang 76