Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang

Nội dung đồ án: “Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang” được chia làm 3 chương cụ thể: Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang Chương II: Một số phần tử chuyển mạch quang Chương III: Một số trường chuyển mạch quang thực tế

Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang MỤC LỤC DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen/rẽ AON All-Optical Netwwork Mạng toàn quang Lê Thị Phương - D08VT5 1 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ DWDM Dense Wavelength- division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao IP Internet Protocol Giao thức liên mạng MEMS Micro-electromechanical systems Hệ thống vi cơ điện tử MZI Mach–Zehnder interferometer Giao thoa kế Mach- Zehnder OADM Optical add-drop multiplexer Bộ xen/rẽ quang OXC Optical cross-connect Quang kết nối chéo PDL Polarization dependent loss Suy hao phụ thuộc phân cực SDH Synchronous Digital Hierarchy Mạng phân cấp đồng bộ SNR Signal-to-noise rati Tỉ số tín hiệu trên nhiễu WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Lê Thị Phương - D08VT5 2 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang Lê Thị Phương - D08VT5 3 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Lê Thị Phương - D08VT5 4 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước, từ những năm cuối thế kỷ 20 các ngành công nghiệp viễn thông đã có những biến động lớn về bản chất lưu lượng. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cao và đáp ứng về nhu cầu lưu lượng. Nằm trong xu hướng phát triển mạng truyền tải tới mạng toàn quang thì các kỹ thuật chuyển mạch quang cũng phát triển và có khả năng ứng dụng rất lớn. Đó cũng là vấn đề tâm điểm đang được nghiên cứu và có nhiều ứng dụng thực tiễn trong mạng viễn thông. Có rất nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu để đưa ra thiết bị chuyển mạch vào thực tế vì vậy phải mất nhiều thời gian dành cho nghiên cứu. Các thiết bị chuyển mạch có những thay đổi về mặt công nghệ so với các chuyển mạch trước đây. Trong tương lai nó sẽ là một phần tất yếu không thể thiếu được đối với các hệ thống xử lí tín hiệu quang và truyền dẫn quang. Các kỹ thuật chuyển mạch trong cấu trúc mạng toàn quang sẽ cho ta truyền được lưu lượng cao và mạng lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng như chất lượng dịch vụ Để có thể phát triển chuyển mạch quang ta cần quan tâm đến đến các thành phần cơ bản tạo thành chuyển mạch quang. Đó chính là các phần tử chuyển mạch quang. Với ý nghĩa đó công việc đi tìm hiểu, nghiên cứu về một số phần tử chuyển mạch quang là rất cần thiết. Nội dung đồ án: “Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang” được chia làm 3 chương cụ thể: Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang Chương II: Một số phần tử chuyển mạch quang Chương III: Một số trường chuyển mạch quang thực tế Bản thân em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án. Song, do thời gian có hạn nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất Lê Thị Phương - D08VT5 5 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu một số phần tử chuyển mạch quang mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Lê Thị Phương Lê Thị Phương - D08VT5 6 Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH QUANG 1.1 Mạng truyền tải quang: hiện tại và xu thế phát triển Bước vào thiên niên kỉ mới chúng ta chứng kiến nhiều sự thay đổi quan trọng trong nền công nghiệp viễn thông, một trong những nhân tố có ảnh hưởng to lớn đến cuộc sống của chúng ta. Từ khi ra đời, các mạng truyền tải ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng cao cho các ứng dụng mới. Công nghệ truyền tải đang phải đối mặt với việc giải quyết vấn đề băng thông tăng nhanh liên tục cùng với sự phát triển của Internet, World Wide Web. Các ứng dụng đa phương tiện (video theo yêu cầu, truyền hình tương tác, ) đòi hỏi tốc độ cao, băng thông lớn. Có thể nói, chỉ công nghệ truyền tải quang mới có thể hỗ trợ đầy đủ cho các nhu cầu băng thông này. Mạng quang thế hệ mới là bước nhảy vọt của công nghệ viễn thông kể cả về lượng lẫn về chất. Với sự ra đời của chuyển mạch quang, mạng quang từ chỗ chủ yếu cung cấp băng thông đã trở thành một mạng có khả năng định tuyến và chuyển mạch tự động, do đó nó có khả năng cung cấp dịch vụ với bất kỳ tốc độ nào cho mọi ứng dụng đa phương tiện. Điều này đã cho phép tích hợp IP và quang, tạo thuận lợi cho triển khai các dịch vụ phong phú về mặt nội dung, hiệu quả về mặt băng thông, tức là hiệu quả về kinh tế cho cả người sử dụng lẫn nhà cung cấp dịch vụ.Cho đến nay, mạng truyền tải quang WDM đã trải qua ba thế hệ phát triển được mô tả như ở hình 1.1. Thế hệ thứ nhất của mạng truyền tải quang là truyền các luồng quang tĩnh (cố định) điểm-điểm. Thế hệ này cung cấp tốc độ cao và truyền tải đường dài dựa trên SONET/SDH. Trong các mạng quang, số liệu được truyền tải tại tốc độ bit cao trong miền quang trên khoảng cách dài. Tuy nhiên, chuyển mạch kênh, định tuyến và các chức năng bảo vệ lại được thực hiện trong miền điện. Các việc này khi thực hiện phải sử dụng các bộ biến đổi điện quang, quang điện O/E/O. Lê Thị Phương - D08VT5 7 Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang Hình 1.1: Các thế hệ phát triển mạng truyền tải quang Kiến trúc mạng truyền tải quang thế hệ thứ nhất được thể hiện như hình 1.2. Hình 1.2: Kiến trúc mạng truyền tải quang WDM thế hệ thứ nhất (luồng quang tĩnh, điểm-điểm) Mạng quang khi đó bao gồm một số liên kết điểm-điểm tại đó tất cả lưu lượng đến một nút được lấy ra, chuyển đổi quang sang điện, xử lý điện và chuyển đổi từ điện sang quang trở về nút. Việc làm này tại mỗi nút phải chịu chi phí đáng kể cho chuyển mạch và xử lý tín hiệu điện. Trong mạng truyền tải quang thế hệ thứ nhất, tốc độ bit đã được tăng từ 2,5 đến 10Gb/s trong SONET/SDH sử dụng công nghệ ghép bước sóng quang mật độ cao DWDM. Công nghệ này gia tăng hiệu suất sử dụng băng tần. Khi lưu lượng xử Lê Thị Phương - D08VT5 8 Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang lý truyền tải đường dài và tại các nút trung gian trở nên phức tạp thì mạng truyền tải quang được phát triển lên thế hệ thứ hai. Thế hệ thứ hai là mạng chuyển mạch kênh quang động; Trong thế hệ này, vấn đề định tuyến, chuyển mạch và xử lý thông minh đều được điều khiển ở lớp quang. Mạng quang thế hệ thứ hai dựa vào công nghệ WDM tạo thành lớp quang cung cấp các dịch vụ luồng quang, chuyển mạch kênh và kênh quang ảo. Kiến trúc mạng truyền tải quang thế hệ thứ hai được thể hiện như hình 1.3. a.Mạng vòng b. Mạng lưới Hình 1.3: Kiến trúc mạng truyền tải quang WDM/DWDM thế hệ thứ hai Trong kiến trúc mạng truyền tải quang thế hệ thứ hai có các bộ xen rẽ bước sóng quang OADM cho phép lựa chọn các kênh bước sóng trên một sợi để kết cuối trong khi các bước sóng khác vẫn tiếp tục đi qua. Bằng việc sử dụng OADM có thể giảm được chi phí xử lý tín hiệu trên mạng. Lê Thị Phương - D08VT5 9 Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang Thế hệ thứ ba là mạng chuyển mạch gói quang : Mạng tiến tới mô hình toàn quang. Với mô hình này chỉ xử lý tín hiệu quang tại các node mạng, loại bỏ sự hạn chế của thiết bị điện tử. Kiến trúc mạng truyền tải quang thế hệ thứ ba được thể hiện như hình 1.4. a. Mạng WDM/DWDM chuyển mạch gói/Burst quang b. Mạng WDM/DWDM chuyển mạch nhãn quang Hình 1.4: Mạng truyền tải quang thế hệ thứ ba Trong thế hệ thứ ba, các tiêu đề hay các nhãn được gắn với dữ liệu, truyền đi cùng với tải và được xử lý tại mỗi node mạng. Dựa trên tỷ lệ giữa thời gian xử lý tiêu đề gói và chi phí truyền dẫn gói, chuyển mạch WDM có thể được sử dụng hiệu Lê Thị Phương - D08VT5 10 [...]... tốc độ chuyển mạch của các nút mạng 1.3 Phân loại phần tử chuyển mạch quang Có các loại chuyển mạch quang khác nhau nhưng có thể nói chuyển mạch quang không gian là loại chuyển mạch quan trọng nhất Vì vậy ta sẽ đi xét đến các phần tử chuyển mạch quang trong chuyển mạch quang không gian Có thể phân loại phần tử chuyển mạch quang theo các tiêu chí khác nhau Một đề xuất phân loại phần tử chuyển mạch quang. .. phần tử chuyển mạch quang CHƯƠNG II: MỘT SỐ PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH QUANG Chương I đã đưa ra khái niệm và dựa trên hiệu ứng quang đã phân loại ra các phần tử chuyển mạch quang Và sau đây ở chương II sẽ đi tìm hiểu cụ thể về hơn về: cấu trúc, nguyên lý hoạt động và đánh giá về một số phần tử chuyển mạch quang 2.1 Phần tử chuyển mạch quang cơ khí Chuyển mạch quang cơ khí là loại chuyển mạch quang ra đời sớm... thể lỏng Phần tử chuyển mạch quang điện: đối với phần tử này thì chuyển mạch được thực hiện nhờ việc tác động điện áp để điều khiển chuyển mạch Lê Thị Phương - D08VT5 12 Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang Ngoài các phần tử chuyển mạch dựa trên hiệu ứng quang được kể trên còn có một phần tử chuyển mạch được sử dụng đó là phần tử chuyển mạch quang SOA Đối với phần tử chuyển mạch này... Một số phần tử chuyển mạch quang a Cấu hình phần tử chuyển mạch quang 2x2 dùng bộ ghép định hướng b Cấu hình phần tử chuyển mạch quang 2x2 dùng giao thoa kế MachZehnder Hình 2.10: Cấu hình phần tử chuyển mạch Lithium Niobat 2x2 2.6.1 Phần tử chuyển mạch Lithium Niobat cấu hình dùng bộ ghép định hướng 2.6.1.1 Cấu trúc Lê Thị Phương – D08VT5 32 Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số phần tử chuyển mạch quang. .. đại quang bán dẫn được sử dụng như một công tắc on-off bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho laser 1.4 Một số tham số cơ bản của phần tử chuyển mạch quang Tham số cơ bản được dùng để đánh giá một phần tử chuyển mạch quang Tùy theo ứng dụng, người ta có thể ưu tiên lựa chọn phần tử chuyển mạch có những tham số thích hợp Một số tham số cơ bản của phần tử chuyển mạch quang như sau: - Thời gian chuyển. .. mạch quang ta cần quan tâm đến đến các thành phần cơ bản tạo thành chuyển mạch quang Và đó chính là: Các phần tử chuyển mạch quang Trong nội dung chương I đã đưa ra được khái niệm, phân loại và một số tham số cơ bản của các phần tử chuyển mạch quang Chương 2 của đồ án sẽ đi tìm hiểu cụ thể hơn về các phần tử chuyển mạch quang Lê Thị Phương - D08VT5 14 Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số phần tử chuyển mạch. .. trên: hiệu ứng quang Dựa trên hiệu ứng quang thì phần tử chuyển mạch quang có thể phân thành các phần tử như sau: - Phần tử chuyển mạch quang cơ khí: với phần tử này chuyển mạch được thực hiện nhờ các phương tiện cơ khí Các phương tiện cơ khí bao gồm: lăng kính, - gương và couplers hướng Phần tử chuyển mạch quang nhiệt: đối với phần tử này thì chuyển mạch được thực hiện bằng việc thay đổi chỉ số khúc xạ... 2.1 Chuyển mạch quang cơ khí 1x2 Lê Thị Phương – D08VT5 15 Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số phần tử chuyển mạch quang 2.1.2 Nguyên lý hoạt động Như đã nói ở trên, phần tử chuyển mạch quang cơ khí thực hiện chuyển mạch bằng động cơ hoặc rơle điện Nó hoạt động dựa trên chuyển động cơ học của các cấu trúc cơ khí Xét với một chuyển mạch quang cơ sử dụng một lăng kính di chuyển để thực hiện chuyển mạch. .. tạo cấu kiện quang Lê Thị Phương - D08VT5 11 Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về chuyển mạch quang Phần tử chuyển mạch quang là phần tử thực hiện chuyển lưu lượng tín hiệu từ một đầu vào này hoặc kết nối lưu lượng tới một đầu ra Mỗi phần tử chuyển mạch quang có những đặc điểm khác nhau, phù hợp với các ứng dụngchuyển mạch khác nhau Là thành phần cơ bản tạo thành các trường chuyển mạch nên nó quyết... sóng bằng nhiệt - độ Phần tử chuyển mạch quang âm: đối với phần tử chuyển mạch này thì chuyển mạch được thực hiện dựa trên hiệu ứng quang âm, tức là sự tương - tác giữa âm thanh và ánh sáng Phần tử chuyển mạch quang tinh thể lỏng: đối với phần tử chuyển mạch này chuyển mạch được thực hiện dựa trên sự thay đổi trạng thái phân cực của ánh sáng tới bởi tinh thể lỏng bằng việc áp dụng một điện trường qua . về một số phần tử chuyển mạch quang. 2.1 Phần tử chuyển mạch quang cơ khí Chuyển mạch quang cơ khí là loại chuyển mạch quang ra đời sớm nhất. Các thiết bị này chuyển mạch bằng cách di chuyển một. chuyển mạch quang Ngoài các phần tử chuyển mạch dựa trên hiệu ứng quang được kể trên còn có một phần tử chuyển mạch được sử dụng đó là phần tử chuyển mạch quang SOA. Đối với phần tử chuyển mạch. đánh giá một phần tử chuyển mạch quang. Tùy theo ứng dụng, người ta có thể ưu tiên lựa chọn phần tử chuyển mạch có những tham số thích hợp. Một số tham số cơ bản của phần tử chuyển mạch quang