TÌm hiểu về công nghệ DWDM nhóm 17 290918

Hệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quangHệ thống cáp quang

MỤC LỤC

Lời Mở Đầu 3 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DWDM 8 1.1 Khái niệm 8

1.1.1 Khái niệm công nghệ DWDM _81.1.2 Kỹ thuật ghép bước sóng quang 9

1.2 Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động 10 1.3 Xu hướng phát triển tương lai của hệ thống DWDM _12

1.3.1 Trong viễn thông _121.3.2 Xu hướng ứng dụng 13

1.4 Cấu trúc thiết bị 13

1.4.1 Cấu trúc phần cứng _13

1.5 Ứng dụng _14

1.5.1 Các kiểu mạng DWDM _141.5.2 Ứng dụng DWDM tại các lớp mạng 14

1.6 Kết luận chương _15 CHƯƠNG II : ĐẶC TÍNH VỀ CÔNG NGHỆ DWDM 16 2.1 Các bộ phận chức năng 16

2.1.1 Cấu trúc phần mềm _17

2.2 Cấu hình thiết bị _18

2.2.1 Phân loại cấu hình thiết bị _182.2.2 Thiết bị OTM _192.2.3 Thiết bị OLA 192.2.4 Thiết bị OADM 202.2.5 Thiết bị REG 212.2.6 Thiết bị OEQ 22

2.3 Ưu điểm 22 2.4 Nhược điểm _23 2.5 Đặc điểm hệ thống DWDM _24

3.1.2 Bộ phát 263.1.3 Bộ suy hao _273.1.4 Bộ thu _283.1.5 Các thiết bị bù sắc tán _293.1.6 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA ( Erbium Doped Fiber Amplifier) 293.1.7 Bộ chuyển đổi bước sóng 313.1.8 Bộ đấu nối chéo quang OXC _313.1.9 Bộ xen/ rẽ quang OADM ( Optical Add/ Drop Multiplexer) _323.1.10 Sợi quang 33

3.2 Các tham số chính trong DWDM 34

3.2.1 Suy hao sợi quang 343.2.2 Số kênh bước sóng _343.2.3 Độ rộng phổ của nguồn phát 353.2.4 Quỹ công suất _363.2.5 Tán sắc 363.2.6 Vấn đề ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến 383.2.7 Dải bước sóng làm việc của DWDM _38

3.3 Kết luận chương _39

KẾT LUẬN _40

Bộ khuếch đại quang sợi

System

Hệ thống quản lý phần tử

IP Internet Protocol Giao thức Internet

quangOLA Optical Line Amplifier Thiết bị khuếch đại đường

truyềnOMU Optical Multiplexing Unit Bộ ghép kênh quangOSC Optical Supervision Channel Kênh giám sát quang

Multiplexer

Thiết bị ghép kênh kết cuối

quangOTU Optical Transponder Unit Bộ phát đáp quang

REG Regenerator Thiết bị tái tạo

DWDM Dense Wavelength Division

Hình 2.2: Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng

Hình 2.3: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM)

Hình 2.4: Cấu trúc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA)

Hình 2.5: Cấu trúc thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM)

Hình 2.6: Cấu trúc thiết bị tái tạo (REG)

Hình 3-1 Thiết bị ghép/ tách kênh bước sóng

Hình 3-2 Quang phổ và dạng đơn giản của Laser DFB

Hình 3-3 Mô hình bộ suy hao

Hình 3-4 Đặc tuyến độ nhạy máy thu

Hình 3-5 Sự giãn xung và bù tán sắc

Hình 3-6 Bộ khuếch đại quang EDFA

Hình 3-7 Các vị trí của bộ khuếch đại trên tuyến thông tin quang

Hình 3-8 Sơ đồ mạch của bộ OXC

Hình 3-9 Bộ xen/ rẽ quang OADM

Hình 3-10 Tán sắc mode phân cực PMD

Danh mục bảng

Bảng 2-1: Phân chia băng tần quang

Bảng 3-1 Giá trị PMD đối với các tốc độ truyền dẫn khác nhau

Bảng 3-2: Phân chia băng tần quang

Lời Mở Đầu

Ngày nay, xu hướng hội tụ của viễn thông và công nghệ thông tin có nhiều ảnh hưởngđến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc mở, linh hoạt, cung cấpnhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng, … Chính vì vậy, việc xây dựng mạng thế

hệ sau NGN (Next Generation Network) dựa trên nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao,dung lượng lớn và hội tụ được các loại hình dịch vụ khác nhau là một điều tất yếu

Trong cấu trúc NGN, lớp truyền tải là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụ truyền dẫnthông suốt lưu lượng trao đổi thông tin của người dùng với tất cả các loại hình dịch vụ trênmạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là huyết mạch chính Để thoả mãn việc thôngsuốt lưu lượng với băng tần lớn, các hệ thống truyền dẫn thông tin quang được sử dụng nhờcác ưu điểm nổi bật của nó Trong các hệ thống truyền dẫn thông tin quang, công nghệ ghépkênh theo bước sóng mật độ cao DWDM được xem là công nghệ quan trọng và hiệu quả

nhất cho đường truyền dẫn Chính vì vậy đó em đã chọn đề tài: “Tìm Hiểu Về Công Nghệ DWDM” nhằm nghiên cứu sâu hơn về công nghệ này, cũng như những ứng dụng của công

nghệ

Để hoàn thành Đồ án này nhóm đã có sự hướng dẫn tận tình từ thầy T.S Đỗ Xuân Thu

và các bạn ở trường Đại Học Công Nghệ GTVT, cùng một số tài liệu tham khảo trên mạng.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, tháng 9 năm 2018

Sinh viên

Tô Văn Hòa

Phạm Văn Hải

1 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DWDM

Lịch sử về công nghệ DWDM

Hiện nay sợi quang vẫn được xem là môi trường lý tưởng cho việc truyền tải lưu lượngcực lớn Đối với hệ thống dung lượng thấp, công nghệ TDM thường được sử dụng để tăngdung lượng truyền dẫn của một kênh cáp đơn lên 10Gbps, thậm chí là 40Gbps Tuy nhiên,việc tăng tốc cao hơn nữa là không dễ dàng vì các hệ thống tốc độ cao đòi hỏi công nghệđiện tử phức tạp và đắt tiền Khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbps, bản thân các mạch điện tử

sẽ không thể đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp, thêm vào đó chi phí cho các giải pháptrở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao

Để nâng cao tốc độ truyền dẫn, khắc phục được những hạn chế mà các mạch điện hiện tạichưa khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bước sóng mật độ caoDWDM ra đời DWDM có thể ghép một số lượng lớn bước sóng trong vùng bước sóng1550nm để nâng dung lượng hệ thống lên hàng trăm Gbps Vì thế, DWDM ngày càng đượcứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam

Với ưu thế về công nghệ đặc biệt, ghép kênh theo bước sóng mật đô cao DWDM đã trởthành một phương tiện tối ưu về kỹ thuật và kinh tế để mở rộng dung lượng sợi quang mộtcách nhanh chóng và quản lý hiệu quả hệ thống DWDM đã đáp ứng được hoàn toàn yêucầu phát triển các dịch vụ băng rộng trên mạng và là tiền đề để xây dựng và phát triển mạngtoàn quang trong tương lai

1.1 Khái niệm

1.1.1 Khái niệm công nghệ DWDM

DWDM (Dense Wavelength Division Mutiplexing) là công nghệ ghép kênh

theo bước sóng mật độ cao thực hiệnghép nhiều kênh có bước sóng khác nhau trong

một băng tần hạn chế

Cấu trúc tổng quát của một tuyến DWDM đơn hướng, N kênh như hình 1.1

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của DWDM và phổ của tín hiệu ghép

Các luồng thông tin cần truyền được đưa tới khối phát của từng kênh Các khối này làmnhiệm vụ phát đáp với bước sóng khác nhau Đầu ra của các khối phát được đưa tới bộ ghépkênh theo bước sóng để ghép thành một luồng tổng được khuyếch đại và phát lên sợi quang.Trên đường truyền, có thể đặt các bộ khuyếch đại nhằm đảm bảo về công suất để tăngkhoảng cách truyền Tại đầu thu, tín hiệu này được khuyếch đại để tín hiệu đủ lớn và đượcđưa tới bộ tách kênh theo bước sóng để tách thành các kênh tương tự như đầu phát Cáckênh bước sóng riêng được đưa tới các khối phát tương ứng để chuyển từng kênh thành cácluồng tín hiệu riêng tương ứng với phía phát

Hiện tại, có hai hệ thống ghép kênh theo bước sóng được biết là:

Hệ thống ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM – Dense Wavelength DivisionMutiplexing)

Hệ thống ghép kênh theo bước sóng thô (CWDM – Coarse Wavelength DivisionMutiplexing)

1.1.2 Kỹ thuật ghép bước sóng quang

λ1 λ2

λk

λn

λ1 λ2

Các phần tử quang trong hệ thống thiết bị sẽ đóng vai trò chủ đạo trong việc thay thế hoạtđộng của các phần tử điện ở các vị trí xung yếu đòi hỏi kỹ thuật xử lý tín hiệu nhanh.

Về lý thuyết, ta có thể làm tăng đáng kể dung lượng truyền dẫn của hệ thống bằng cáchtruyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phổ cáchnhau một cách hợp lý và đầu thu có thể thu được các tín hiệu quang riêng biệt nếu phần thu

có bộ tách bước sóng, Đây chính là cơ sở kỹ thuật ghép bước sóng

1.2 Mô hình hệ thống và nguyên lý hoạt động

Mô hình tổng quát hệ thống DWDM được trình bày trong hình 1.2 Mô hình này biểudiễn một hệ thống DWDM mở, đơn hướng gồm đầu phát, trạm khuếch đại và bù tán sắctrung gian và đầu thu Hệ thống ghép n kênh bước sóng, từ λ1 đến λn.

OSC (Optical Supervision Channel): Kênh giám sát quang BA (Boost Amplifier): Bộ khuếch đại tăng cường OMU (Optical Multiplexing Unit): Bộ ghép kênh quang PA (Pre-Amplifier): Bộ tiền khuếch đại.

ODU (Optical Demultiplexing Unit): Bộ tách kênh quang LA (Line Amplifier): Bộ khuếch đại đường.

EMS (Element Management System): Hệ thống quản lý phần tử DCF (Dispersion Compensate Fiber): Sợi bù tán sắc NMS: Network Management System: hệ thống quản lý mạng OTU (Optical Transponder Unit): Bộ phát đáp quang.

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý DWDM

Trên thực tế, hệ thống DWDM được xây dựng là hệ thống hai hướng Mô hình tổng quátcủa hệ thống DWDM hai hướng được trình bày trên hình 1.3.

Hình 1.3: Hệ thống DWDM hai hướng

Hình 1.4 biểu diễn các cách giao tiếp giữa hệ thống DWDM với các dịch vụ khác Với hệthống DWDM mở, sử dụng các bộ phát đáp (OTU) để nhận, gom các luồng thông tin củacác dịch vụ khác nhau để phát trên các bước sóng chuẩn hóa của DWDM

Hình 1.4: Giao tiếp giữa DWDM với các dịch vụ khác

Các giao diện trực tiếp tới lớp DWDM là các giao diện quang tại bước sóng chuẩn hóa của

hệ thống ghép kênh theo bước sóng DWDM

1.3 Xu hướng phát triển tương lai của hệ thống DWDM

Trong 20 năm qua, sự phát triển của truyền thông quang vượt ra ngoài trí tưởng tượngcủa người dân, và mạng lưới truyền thông quang học tạo thành cơ sở cho nền tảng mạngtruyền thông hiện đại Sợi quang giao tiếp hệ thống đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ

hệ thống PDH cuối 70 's, giữa 90 's SDH hệ thống, cũng như sự gia tăng tại các hệ thốngDWDM, cũng như các công nghệ tương lai của mạng quang học thông minh và hệ thốngthông tin quang chính nó là nhanh chóng nâng cấp

1.3.1 Trong viễn thông

Thông tin quang phát triển theo hai xu hướng chính:

 Tăng tốc độ truyền dẫn: từ 2,5 Gb/s đến 10 Gb/s rồi đến 40 Gb/s Sử dụng WDM tốc

độ truyền dẫn lên tới hàng trăm Gb/s

 Tăng cự ly truyền dẫn: Trước đây, với cự ly khoảng 100 Km là phải sử dụng trạm lặp.

Nhưng hiện nay, với cáp quang biển, chiều dài cỡ mấy trăm Km vẫn không cần sử dụng trạmlặp.Để đạt được điều này, chúng ta cần sử dụng sợi quang có suy hao tán sắc thấp

Chính vì vậy cần nghiên cứu sợi quang có hệ số suy hao thấp hơn và hoạt động ở bước sóngcao hơn

Đồng thời cần nghiên cứu linh kiện quang điện (Laser Diode, photodiode) thích hợp

Tăng cường sử dụng hệ thống WDM và nghiên cứu các kỹ thuât truyền dẫn mới

Sợi quang DWDM

Giao diện quang mở

SDH

ATM

IP

Về phần cứng, thiết bị DWDM được thiết kế theo cấu trúc phân tách khối chức năng Thiết

bị bao gồm khung giá (subrack) và các khối chức năng Khung giá thiết bị được gắn trên tủthiết bị (rack) Các khối chức năng bao gồm các khối (Modul) và các bo mạch chức năng(board) hay còn gọi là card chức năng

1-Bảng mạch (Board); 2-Giá OADM; 3: DCM; 4-Kẹp sợi

Tủ thiết bị (Rack) Khung giá thiết bị (Subrack) Bảng mạch (Board)

Hình 1.5: Thành phần phần cứng

Hình 2.4 là hình ảnh ví dụ về tủ thiết bị, khung giá thiết bị và bảng mạch chức năng

1.5 Ứng dụng

1.5.1 Các kiểu mạng DWDM

DWDM có hai kiểu ứng dụng: kiểu mạng mở và mạng tích hợp

Kiểu mạng DWDM mở hoạt động với mọi loại giao diện quang đầu cuối

Hệ thống này sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi tín hiệu quang từbước sóng của luồng tín hiệu cần truyền sang bước sóng quy chuẩn trong hệ thống

- Mạng nội vùng (Metropolitan)

Sử dụng các hệ thống DWDM khoảng cách trung bình để kết nối giữa các điểm tập trunglưu lượng trong một vùng Các mạng metro cũng được xây dựng dạng hình vòng hoặc hìnhlưới để tăng khả năng bảo vệ lưu lượng

1.6 Kết luận chương

Sự tăng nhanh về dung lượng, khoảng cách và sự đa dạng về định dạng chuyền đã tạođộng lực cho sự ra đời và phát triển hệ thống DWDM Để thấy được rõ vai trò quan trọngcủa công nghệ này đối với việc phát triển hệ thống mạng, trong chương này chúng ta đãxem xét những nét chung nhất về công nghệ DWDM Với những mô hình và xu hướng pháttriển tương lai của hệ thống DWDM

2, Bộ ghép kênh theo quang (OMU)

Có chức năng ghép các tín hiệu tại các bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDMthành luồng tín hiệu ghép kênh theo bước sóng

3, Bộ tách kênh theo quang (ODU)

Có chức năng tách các tín hiệu tại các bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDM từluồng tín hiệu ghép kênh theo bước sóng

4, Bộ ghép kênh xen rẽ quang (OADM)

Có chức năng xen/rẽ các tín hiệu tại các bước sóng đơn chuẩn hóa theo hệ thống DWDMvào/từ luồng tín hiệu ghép kênh theo bước sóng

5, Bộ khuếch đại quang (OAU)

Có chức năng khuếch đại công suất tín hiệu quang

6, Bộ điều khiển hệ thống và truyền thông

Có chức năng điều khiển cấu hình toàn hệ thống, xử lý cảnh bảo hệ thống, giao tiếp với hệthống quản lý

7, Khối giao tiếp kênh giám sát quang (OSC)

Có chức năng giao tiếp kênh giám sát quang đảm bảo liên lạc từ thiết bị đến hệ thống quảnlý

8, Khối bù tán sắc (DCM)

Có chức năng bù tán sắc sợi quang để hạn chế tán sắc

Các khối chức năng bổ xung của thiết bị DWDM bao gồm:

9, Khối điều khiển công suất tự động

Có chức năng điều khiển suy hao tự động hoặc nhân công bằng cách chèn suy hao điềukhiển được để thích ứng với sự thay đổi của đường truyền

10, Khối bảo vệ quang

Có chức năng kết nối bảo vệ lưu lượng mức quang

11, Khối cân bằng tín hiệu quang

Bao gồm cân bằng công suất các kênh và cân bằng tán sắc các kênh

12, Khối phân tích phổ

Có chức năng đo phổ tín hiệu ghép kênh tổng tại đầu giám sát trên các khối xử lý tín hiệuDWDM như OMU, ODU,

2.1.1 Cấu trúc phần mềm

* Sơ đồ chức năng

Phần mềm của hệ thống DWDM được phân bố thành ba khối, bao gồm phần mềm bảngmạch (nằm trong các bảng mạch chức năng), phần mềm NE (nằm trong bảng mạch SCC) vàphần mềm quản lý mạng (nằm trong máy tính quản lý mạng)

* Nguyên lý hoạt động

Các chức năng và hoạt động của các lớp trong hệ thống như sau:

Phần mềm bảng mạch: phần mềm bảng mạch điều khiển trực tiếp các mạch chức năng.

Trong bảng mạch tương ứng, nó thực hiện một chức năng chuyên biệt của phần tử mạng vàchức năng cảnh báo Phần mềm bảng mạch hỗ trợ phần mềm NE quản lý bảng mạch

Phần mềm NE: phần mềm NE quản lý, giám sát và điều khiển các hoạt động của bảng

mạch bên trong NE Nó cũng trợ giúp NMS để làm dễ dàng hơn cho việc quản lý tập trungqua mạng WDM Phần mềm NE gồm các khối chức năng sau:

Hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực

Hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực

Phần mềm bảng mạch

Phần mềm NE

Phần nằm trong thiết bị Phần nằm trong máy tính NMS

Khối truyền thông với cấp thấp hơn là khối giao diện giữa phần mềm NE và phần mềmbảng mạch

3, Khối quản lý thiết bị:

Khối quản lý thiết bị là phần nhân của phần mềm NE trong việc thực hiện quản lý phần tửmạng

4, Khối truyền thông với lớp cao hơn

Khối truyền thông với lớp cao hơn trao đổi thông tin quản lý giữa hệ thống quản lý mạng

và phần tử mạng và giữa các phần tử mạng với nhau

5, Khối quản lý cơ sở dữ liệu:

Khối quản lý cơ sở dữ liệu là một bộ phận tổ chức của phần mềm NE

2.2.1 Phân loại cấu hình thiết bị

Thiết bị DWDM bao gồm năm loại cấu hình chính:

1) Thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM – Optical Terminal Multiplexer)

2) Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA – Optical Line Amplifier)

3) Thiết bị ghép kênh xen/rẽ quang (OADM – Optical Add/Drop Multiplexer)

4) Thiết bị tái tạo (REG – Regenerator)

5) Thiết bị cân bằng tín hiệu quang (OEQ – Optical Equalizer)

Mỗi loại trên có một vị trí và chức năng khác nhau trong tổng thể hệ thống (hình 2.4) Do

đó, cấu trúc và các thành phần trong thiết bị cũng khác nhau

Hình 2.2: Vị trí các loại thiết bị DWDM trong mạng

TM

OLA

OA DM REG

T M

2.2.2 Thiết bị OTM

OTM là trạm kết cuối của mạng DWDM Một OTM bao gồm hướng phát và hướng thu.Hướng phát là hướng từ phía khách hàng (client side) đến phía mạng (network side) Hướngthu là hướng ngược lại (hình 2.2)

FIU: Fiber Interface Unit – Khối giao tiếp quang OSC1: bộ giám sát kênh quang đơn hướng

Hình 2.3: Cấu trúc thiết bị ghép kênh kết cuối quang (OTM) 2.2.3 Thiết bị OLA

Thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA) có chức năng khuếch đại tín hiệu quang haihướng và để bù lại suy hao của liên kết quang nhằm tăng khoảng cách truyền dẫn không cầntái tạo Cấu trúc thiết bị OLA được biểu diễn trên hình 2.4

B A

F

I U

P A OTU

LA: Line Amplifier – Bộ khuếch đại đường truyền OSC2: bộ giám sát kênh quang song hướng

Hình 2.4: Cấu trúc thiết bị khuếch đại đường truyền (OLA)

Ngoài ra, tại OLA có thể sử dụng bộ khuếch đại Raman, khối phân tích phổ và khối điềukhiển công suất tự động

OSC2

OLA

F

I U

F

I U

L A

F

I U

F

I U

Mặt hướng tây

Mặt hướng đông

DCF DCF