Mạng thông tin quang. Chương 3: mạng thông tin quang ghép bước sóng pdf

Môn học tín chỉ: MẠNG THÔNG TIN QUANG Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 20/03/2012 2 NỘI DUNG MÔN HỌC  Chương 1: Tổng quan mạng thông tin quang Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 2: Các thành phần cơ bản của mạng thông tin quang Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 3: Mạng thông tin quang ghép bước sóng Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 4: Mạng định tuyến bước sóng Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT  Chương 5: Công nghệ mạng quang thế hệ sau Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT 20/03/2012 3 CHƯƠNG 3: MẠNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (WDM) 3.1. Mạng truyền tải quang ghép bước sóng 3.2. Các hệ thống thông tin quang ghép bước sóng 3.3. Cấu trúc mạng quang ghép bước sóng 3.4. Tính phi tuyến của hệ thống thông tin quang WDM 3.5. Các kỹ thuật ghép kênh quang 20/03/2012 4 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG 3.1.1. Sơ lược công nghệ mạng truyềntải quang Từ khi ra đời các mạng truyềntải ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầubăng thông ngày càng cao cho các ứng dụng mới. Công nghệ truyềntải đang phải đối mặtvớiphảigiải quyếtvấn đề băng thông tăng nhanh liên tục cùng vớisự phát triểncủa Internet, WWW. Các ứng dụng đaphương tiện(videotheoyêucầu, truyềnhìnhtương tác, ) đòi hỏitốc độ cao, băng thông lớn Công nghệ truyềntải quang mớicóthể hỗ trợ cho các nhu cầubăng thông này. Dựa vào công nghệđượcsử dụng cho lớpvật lý, các mạng truyềntải đượcphân biệttheobathế hệ: +Mạng truyềntảithế hệ thứ nhất: Là các mạng truyềntảixuấthiệntrước khi xuấthiện công nghệ sợi quang, các mạng này dựavàosợi cáp đồng hoặcsóngvô tuyến để truyềntải 20/03/2012 5 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) +Mạng truyềntảithế hệ thứ hai: Sử dụng sợi cáp quang theo các kiếntrúc truyềnthống. Sợiquangđượcsử dụng vì có băng thông lớn, tỷ lệ lỗithấp, độ tin cậy cao, có khả năng bảoquảndễ dàng, … Mặcdùhiệusuấthoạt động củathế hệ thứ hai có thểđượccảithiệnvớiviệctriển khai sử dụng sợi quang, nhưng hiệu suấtcủa các mạng này bị giớihạnbởitốc độ tối đacủa các thiếtbịđiệntử được sử dụng trong các bộ chuyểnmạch và các nút mạng (khoảng vài Gigabit/s). Hiện tượng này tạo nên các “thắt nút cổ chai” trong mạng +Mạng truyềntảithế hệ thứ ba: Để đáp ứng nhu cầubăng thông ngày càng tăng của các ứng dụng mới, các giảiphápđã đượctriển khai để khai thác băng thông rộng lớncósẵncótrongsợi cáp quang (khoảng 30 THz trong vùng có suy hao thấpcủasợi quang đơn mode ở xung quanh vùng bước sóng 1.550 nm), các mạng truyềntảithế hệ thứ 3rađời. Mạng truyềntảithế hệ thứ 3 đượcthiếtkế như mộtmạng toàn quang để tránh hiệntượng “nút thắtcổ chai điện”. Trong mạng này, thông tin đượctruyền qua mạng hoàn toàn trong miền quang 20/03/2012 6 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp)  Trong mạng truyềntải quang thế hệ thứ hai, vấn đề định tuyến, chuyểnmạch và xử lý thông minh đều được điềukhiển ở lớp quang. Băng thông sợi quang được khai thác hiệuquả hơnbằng kỹ thuậtghépkênhtheobước sóng (WDM). Với công nghệ WDM, băng thông sợiquangđược chia thành số lượng lớncác kênh theo các bước sóng khác nhau, Bên cạnh cung cấpbăng thông rấtlớn, các mạng WDM còn có đặc tính trong suốtvớidữ li ệu, do đó các mạng WDM có thể chấpnhậndữ liệu ở dạng tốc độ bit và định dạng bấtkỳ  Trong những nămgần đây, việc ứng dụng công nghệ WDM trên sợi quang đã phát triểnmạnh mẽ và bắt đầu được đưavàosử dụng rộng rãi, trên thế giới đã hình thành cao trào nghiên cứumạng thông tin quang. Mỹ (đạidiện cho khu vựcBắcMỹ), liên minh Châu Âu, NhậtBản đều thi nhau triển khai nghiên cứu công nghệ mạng quang. Quá trình nghiên cứutrênthế giớichothấymạng thông tin quang dựa trên công nghệ WDM đã đượcchúýrộ ng rãi và trở thành công nghệ truyềntảichủ chốt trong các mạng truyềntải quang ngày nay 20/03/2012 7 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.2. Mạng truyềntải quang  Mạng truyềntải quang (OTN) bao gồmcácphầntử mạng quang (ONE) kết nốivới nhau bằng các liên kếtsợi quang, có khả năng thựchiệnchứcnăng truyềndẫn, ghép kênh, định tuyến, quảnlý,giámsátvàkhôiphụcmạng khi xảyrasự cố với các kênh quang  Phầntử mạng ONE là phầntử có các chứcnăng xử lý truyềntải tín hiệu ở một hoặc nhiềulớpmạng. Quá trình nghiên cứuvề OTN với các chứcnăng mạng quang hoàn chỉnh đã đượcthựchiện ở nhiềulĩnh vựcnhư:kiếntrúcmạng OTN, cấu trúc và cách ghép tín hiệuOTN,đặc tính chứcnăng thiếtbị OTN, quảnlýOTN,đặc tính lớpvậtlýOTN 3.1.2.1. Kiếntrúcmạ ng OTN  Ngày nay, mạng viễn thông không ngừng phát triển. Những yếutố nhưứng dụng mới, định dạng thông tin mới và cách truyềntải thông tin, làm cho kiếntrúcmạng luôn thay đổi 20/03/2012 8 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp)  ITU-T đã đưa ra hai khuyến nghị mô tả về mạng củaOTNtrêncơ sở những yếutố cơ bảnnhư công nghệ truyềntải, khoảng cách, ứng dụng  Khuyến nghị G.872 mô tả cấu trúc phân lớp, mối quan hệ giữalớpchủ và lớp phụcvụ,tôpômạng, chứcnăng các lớpmạng (bao gồmtruyềntínhiệu, ghép tín hiệu, định tuyến giám sát, khôi phụcmạng khi xảyrasự cố)  Khuyến nghị G.873 nêu các ứng dụng củamạng OTN, bao gồm các kếtnối vớimạng khác  Ngoài ra, khuyếnnghị G.Ason cũng bắt đầu được nghiên cứuvề các vấn đề mạng chuyểnmạch quang tựđộng (ASON), mạng này có khả năng thựchiện thiếtlập và chuyểnmạch tựđộng các kếtnối kênh quang. Khuyến nghị G.Optperf nghiên cứuvề vấn đề giám sát lỗi trong mạng OTN, đưaranhững thông số yêu cầutương ứng về kiếntrúcOTN  Từ góc độ vật lý, kiếntrúcmạng có thể phân theo 3 dạng 20/03/2012 9 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) +Mạng truyềntải đường dài: Mạng truyềntải đường dài là phầnlõicủatoàn thể kiếntrúcmạng, kếtnối nhiềumạng đôthị với nhau. Ứng dụng củamạng này là truyềntải, do vậyvấn đề cần quan tâm củamạng đường dài là băng thông +Mạng truy nhập(AN):Mạng truy nhập đứng về phía khách hàng và nằm ngoài biên củamạng lõi. Nó được đặctrưng bởi tính đad ạng về giao thức, kiến trúc mạng và trảirộng trên nhiềutốc độ truyềntải khác nhau +Mạng đôthị (MAN): Mạng đôthịđóng vai trò chuyểntiếpgiữamạng đường dài và mạng truy nhập. Mạng MAN có nhiềuthuộc tính giống như mạng truy nhập(tínhđadạng về giao thứcvàtốc độ kênh truyền). Để đảmbảo đượcchức năng chuyểntiếp, mạng MAN phảicókh ả năng đáp ứng nhu cầutăng băng thông truyềntảicủamạng đường dài. Mặt khác, nó cũng phải đáp ứng nhu cầugiatăng không ngừng về số lượng kếtnốivàkỹ thuậttruycậpcủamạng AN 20/03/2012 10 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.2.2. Kếtcấu liên kếtmạng quang  Bấtkỳ mạng thông tin nào cũng có hai loạiliênkết đólàliênkếtvật lý và liên kết logic (còn gọilàliênkết ảo). Trong đó, liên kếtvậtlýmôtả kếtcấuvậtlý của nút mạng còn liên kết logic mô tả phân bố dịch vụ giữa hai nút mạng  Liên kếtvậtlý:Liênkếtvậtlýcủamạng tứclàquanhệ kếtnốivậtlýgiữa các điểm nút củamạng. Nó là tậphợpcủa các nút mạng và các sợi quang. Trong thờikỳđầu, khi kỹ thuậtWDMmới phát triển, liên kết điểm-điểmlàphương thức ứng dụng duy nhất. Cùng vớisự phát triểncủakỹ thuậtnútmạng, các OADM và OXC đã cho phép thựchiện các loạiliênkế tvật lý khác nhau. Ngoài phương thứckếtnối đơngiản điểm-điểm, liên kếtvật lý còn có các loạikếtnối khác như:kếtnối hình sao, hình vòng, hình cây và hình mạng lưới  Liên kếtlogic:Làsự phân bố dịch vụ giữa các điểmnútcủamạng. Nó quan hệ mậtthiếtvớiliênkếtvậtlý,thường có các loạiliênkết logic như:hìnhsao, kiểu cân bằng, hình lưới. Vớihỗ trợ của OXC, liên kết logic sẽ linh động hơn [...]... nhau 30 20/03/2012 3.3 CẤU TRÚC MẠNG QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) + Trong các tuyến thu phát quang, có một số thành phần quang tham gia như: sợi quang; bộ khuếch đại quang; OADM; bộ lọc quang; bộ ghép nối quang; nguồn Laser; bộ điều chế; bộ thu 31 20/03/2012 3.3 CẤU TRÚC MẠNG QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.3.2 Cấu trúc liên kết mạng quang vòng kín Mạng vòng WDM gồm sợi quang có cấu hình vòng với đầy... khoảng cách 400GHz (tương đương với 3,2 nm) ở vùng bước sóng 1550 nm 23 20/03/2012 3.2 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Hình 3 .3: Hệ thống WDM băng rộng 24 20/03/2012 3.2 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) + Hiện nay hệ thống WDM băng hẹp có các kênh hoạt động trong vùng bước sóng 1550 nm, ở đó khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 0,8/1,6 nm (ứng với tần số 100 GH/200... thông tin khác theo hướng ngược lại tại bước sóng 2 Hình 3.2: Hệ thống truyền tải WDM đơn hướng 22 20/03/2012 3.2 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG  Cho đến nay có ba hệ thống thông tin quang được phát triển đó là: Hệ thống WDM băng rộng; Hệ thống WDM băng hẹp; Hệ thống WDM mật độ cao  Hệ thống thông tin quang WDM băng rộng: + Hệ thống WDM băng rộng hoạt động trên hai bước sóng ở hai băng bước. .. nhiều kênh bước sóng hoạt động như trong Bảng 3.1  17 20/03/2012 3.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Bảng 3.1: Phân chia các kênh bước sóng Băng bước sóng Phạm vi bước sóng Băng O 1260 nm ÷ 1360 nm Băng E 1360 nm ÷ 1460 nm Băng S 1460 nm ÷ 1530 nm Băng C 1530 nm ÷ 1565 nm Băng L 1565 nm ÷ 1625 nm Băng U 1625 nm ÷ 1675 nm 18 20/03/2012 3.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp)  Ban... phép tăng băng thông/ tốc độ truyền dẫn 19 20/03/2012 3.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.4 Phương pháp thiết lập ghép bước sóng hệ thống truyền tải quang  Có hai phương pháp cơ bản để thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật WDM đó là truyền dẫn ghép bước sóng quang một hướng và truyền dẫn ghép bước sóng quang hai hướng 3.1.4.1 Hệ thống truyền tải WDM đơn hướng  Hình 3.1 thể... quang Mỗi OXC có thể thực hiện định tuyến các bước sóng truyền trong các sợi đầu vào, đầu ra và trong nội bộ thiết bị bằng cách cấu hình chuyển mạch trong OXC Nếu OXC không thực hiện chức năng chuyển đổi bước sóng gọi là OXC định tuyến bước sóng (WR - OXC) Mạng có các WR-OXC làm nút mạng gọi là mạng liên tục bước sóng, vì trong mạng này, kênh quang từ nút mạng nguồn đến nút đích sử dụng cùng một bước. .. hoạt động trên dải băng bước sóng 1530 ÷ 1565 nm, mà khoảng cách giữa các kênh bước sóng 100 GHz/ 200 GHz/ 400 GHz (ứng với dải rộng 0,8/1,6/3,2 nm) Như vậy, trong dải băng bước sóng từ 1530 ÷ 1565 nm sẽ có khoảng 32/16/8 kênh bước sóng Hệ thống thông tin quang WDM mật độ cao: + Hệ thống WDM mật độ cao hoạt động trên dải băng bước sóng 1530 ÷ 1565 nm và có thể mở rộng tới dải bước sóng 1460 ÷ 1625 nm... 3.3 CẤU TRÚC MẠNG QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.3.4 cấu trúc liên kết mạng quang WDM dạng mắt lưới Cấu trúc liên kết mạng quang dạng mắt lưới như Hình 3.6 Không giống như mạng vòng kín có phần tử cơ bản là các OADM nối với nhau bằng 2 sợi quang thực hiện các chức năng xen/rẽ, cho đi xuyên qua đối với các kênh bước sóng chuyển tiếp, mạng mắt lưới có phần tử cơ bản là các kết nối chéo quang (OXC) liên... giới hạn chỉ trong một phần dung lượng sợi quang Cho nên, để tận dụng triệt để ưu điểm của sợi quang, sử dụng hệ thống WDM đã trở thành lựa chọn đầy hứa hẹn 26 20/03/2012 3.2 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Hình 3.4: Hệ thống WDM băng rộng 27 20/03/2012 3.3 CẤU TRÚC MẠNG QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG  Các hệ thống WDM hiện nay sử dụng mỗi bước sóng như một kênh riêng biệt, mỗi kênh có thể... được hiểu đó là hệ thống hoạt động trên dải rộng của băng bước sóng 1530 ÷ 1565 nm hoặc mở rộng tới 1460 ÷ 1625 nm, mà khoảng cách giữa các kênh bước sóng 25 GHz/50 (ứng với dải rộng 0,2/0,4 nm) Như vậy, trong dải băng bước sóng này sẽ có 160/320 kênh 25 20/03/2012 3.2 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp)      Ngày nay các bước sóng và khoảng cách kênh trong hệ thống DWDM đã được ITU-T . hệ thống thông tin quang ghép bước sóng 3.3. Cấu trúc mạng quang ghép bước sóng 3.4. Tính phi tuyến của hệ thống thông tin quang WDM 3.5. Các kỹ thuật ghép kênh quang 20/03/2012 4 3.1. MẠNG TRUYỀN. nghệ mạng quang thế hệ sau Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT 20/03/2012 3 CHƯƠNG 3: MẠNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (WDM) 3.1. Mạng truyền tải quang ghép bước sóng 3.2 thành nhiềukênhbước sóng hoạt động như trong Bảng 3.1 20/03/2012 18 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Bảng 3.1: Phân chia các kênh bước sóng Băng bước sóng Phạmvi bước sóng Băng O