Nghiên cứu triển khai công nghệ DWDM trên mạng viễn thông điện lực : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - Viễn thông: 60 52 70

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ KHẮC ĐÔNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ DWDM TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG ĐIỆN LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ KHẮC ĐÔNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ DWDM TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG ĐIỆN LỰC Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN KIM GIAO Hà Nội - 2010 LỜI CAM ĐOAN Từ kiến thức ứng dụng thực tế, qua thời gian học giai đoạn đại học cao học trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, đồng ý hướng dẫn PGS-TS Nguyễn Kim Giao, tơi tìm hiểu thêm sách báo, tạp chí tài liệu mạng, từ tập hợp thơng tin để hồn thành đồ án Do trình độ có hạn kiến thức thực tế chưa sâu triển khai mạng DWDM nên có sai sót, mong thầy góp ý kiến Tơi xin cam đoan lời kể thật, sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Học viên: Vũ Khắc Đông i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .XII LỜI NÓI ĐẦU - CHƢƠNG 1: - CƠ SỞ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƢỚC SÓNG - 1.1 Kỹ thuật ghép bước sóng quang - 1.2 Nguyên lý ghép bước sóng quang - CHƢƠNG 2: - 11 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DWDM - 11 2.1 Tổng quan DWDM - 11 2.2 Dải bước sóng làm việc DWDM - 12 2.3 Cấu hình mạng DWDM - 13 2.4 Những ưu điểm DWDM - 16 CHƢƠNG 3: - 18 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG DWDM - 18 3.1 Bộ chuyển đổi bước sóng OTU - 18 3.1.1 Nguyên lý hoạt động - 19 3.1.2 Phân loại ứng dụng - 19 3.2 Ghép kênh quang OMUX tách kênh quang ODMUX - 20 3.2.1 Phƣơng pháp ghép kênh sử dụng lọc - 21 3.2.2 Phƣơng pháp ghép kênh sử dụng cách tử nhiễu xạ - 27 3.2.3 Phƣơng pháp ghép sợi - 33 3.2.4 Các tách ghép sở mạch tổ hợp quang điện OEI - 36 - ii 3.3 Các khuếch đại quang - 39 3.3.1 Công nghệ EDFA - 40 3.3.2 Khuếch đại Raman - 49 3.4 Bộ xen/rẽ kênh quang OADM - 50 3.5 Các module bù tán sắc DCM - 53 3.6 Truyền dẫn sợi quang - 55 3.6.1 Phân loại sợi - 55 3.6.2 Sợi quang dịch chuyển vị trí tán sắc khác khơng NZ- DSF - 56 3.6.3 Sợi quang bù tán sắc DCF - 58 3.6.4 Sợi quang tán sắc phẳng DFF - 60 CHƢƠNG 4: - 62 CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CƠ BẢN VÀ THAM SỐ CHÍNH ẢNH HƢỞNG ĐẾN HỆ THỐNG DWDM - 62 4.1 Suy hao sợi quang băng thông - 62 4.2 Số kênh bước sóng - 63 4.3 Độ rộng phổ nguồn phát - 64 4.4 Quỹ công suất - 65 4.5 Nhiễu xuyên kênh - 66 4.6 Tán sắc - 67 4.7 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến - 70 4.7.1 Khuếch tán tích lũy Raman SRS - 71 4.7.2 Hiệu ứng tán xạ Brillouin SBS - 72 4.7.3 Hiệu ứng tự điều chế pha SPM - 74 4.7.4 Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM - 75 4.7.5 Hiệu ứng trộn bốn bƣớc sóng FWM - 75 - iii CHƢƠNG 5: - 78 THIẾT KẾ TUYẾN DWDM TRÊN ĐƢỜNG TRỤC CỦA EVNTELECOM - 78 5.1 Hiện trạng hệ thống viễn thông điện lực - 78 5.1.1 Hệ thống cáp quang đƣờng trục Bắc Nam - 78 5.1.2 Hệ thống thiết bị truyền dẫn đƣờng trục Bắc Nam - 79 5.2 Giải pháp kỹ thuật - 81 5.2.1 Yêu cầu hệ thống truyền dẫn đƣờng trục - 81 5.2.2 Lựa chọn phƣơng án tổ chức mạng: - 83 5.2.3 Cấu trúc mạng - 84 5.2.4 Cấu trúc bảo vệ hệ thống DWDM - 87 5.3 Tính tốn thơng số cho hệ thống DWDM SDH/STM-64 - 89 5.4 Thiết bị hệ thống - 103 5.5 Cấu hình thiết bị DWDM: - 109 KẾT LUẬN - 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A API Application Program Interface APS Automatic Protection Switching ARP Address Resolution Protocol ARQ Automatic Repeat Request AS Autonomous System ASBR AS Boundary Router ASN Abstract Syntax Notation ASON Automatic Switched Optical Network AWHG Average Weighted Hop-distance Gain B BER Bit Error Rate (ratio) BFR Best-Fit Rate routing BGMP Border Gateway Multicast Protocol BGP Border Gateway Protocol BLSR Bi-directional Line Switched Ring BPSR Bi-directional Path Switched Ring C CBR Constant Bit Rate CIDR Classless Interdomain Routing CLNP Connectionless Network Protocol CMIP Common Management Information Protocol CORBA Common Object Request Broker Architecture CPE Customer Premises Equipment v CR-LDP Constraint-based Routing Label Distribution Protocol CSPF Constraint-based Shortest Path First routing CTP Connection Termination Point CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing D DCC Data Communication Channel DCN Data Communication Network DD OSPF Database Description message DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DWDM Defense Wavelength Division Multiplexing DCX Digital Cross Connect E EBGP Exterior Border Gateway Protocol ECMP Equal Cost Multiple Path EDFA Erbium-Doped Fibre Amplifier EGP Exterior Gateway Protocol F FEC Forward Error Correction, Forwarding Equivalence Class FIB Forwarding Information Base FIN Finish Flag (TCP header) FQ Fair Queuing FTTH Fibre to the Home FTTN Fibre to the Neighbourhood FWM Four Wave Mixing vi G GMPLS Generalised Multiprotocol Label Switching GSMP General Switch Control Protocol I IAB Internet Architecture Board IANA Internet Assigned Numbers Authority IBGP Interior Border Gateway Protocol ICMP Internet Control Message Protocol ID Identifier IDMR Inter-Domain Multicast Routing IDRP Inter-Domain Routing Protocol IGMP Internet Group Management Protocol IGP Interior Gateway Protocol INNI Internal Network-to-Network Interface IPng IP next generation IPSec IP Security ISDN Integrated Service Digital Network IS-IS Intermediate System to Intermediate System routing protocol J JIT Just In Time L LBS Label-Based Switching LC Link Connection LDAP Lightweight Directory Access Protocol LDP Label Distribution Protocol vii LIB Label Information Base LinkTP Link Termination Point LLR Least Loaded Routing LMP Link Management Protocol LOF Loss of Frame LOS Loss of Signal LSA Link State Advertisement LSP Label Switched Path LSR Label Switch Router, Link State Request LSU Link State Update LTE Line Terminating Equipment M MAC Media Access Control MAN Metropolitan Area Network MIB Management Information Base MONET Multiwavelength Optical Networking Consortium MOSPF Multicast Open Path Shortest First MPlS Multiprotocol Lambda Switching MPLS Multiprotocol Label Switching N NAT Network Address Translation NBMA NonBroadcast Multiple Access NC&M Network Control and Management NDP Neighbour Discovery Protocol NE Network Element NFS Network File System - 104 bảng khuyến nghị G694.1 ITU-T - Thiết bị DWDM phải đảm bảo tỉ lệ lỗi bit BER  10 -12 sử dụng đến 40 bƣớc sóng Bước sóng hoạt động - Tần số tham chiếu tuyệt đối AFR (Absolute Frequency Reference) kênh phải gần tần số sở 193.1 THz - Khoảng cách tần số kênh liền kề 100GHz - Độ lệch tần số trung tâm cực đại kênh phải bé ± 12.5 GHz (khoảng 0.1 nm) - Độ ổn định bƣớc sóng hoạt động kênh phải bé ± 0.01 nm/1 năm - Các tần số bƣớc sóng tƣơng ứng 40 kênh (C band) cho hệ thống DWDM Chuyển mạch bảo vệ Thiết bị phải có khả thực chế bảo vệ: 1: N Cơ chế bảo vệ kênh (optical channel protection) 1+1 Cơ chế bảo vệ OTU (OTU Units protection) 1+1 Cơ chế bảo vệ đƣờng quang (optical line protection) Và chế bảo vệ khác Chức giám sát bảo dưỡng, báo cảnh khai thác hệ thống - OAM - Thiết bị phải hỗ trợ chức cần thiết đầy đủ OAM cách tự động nhƣ: giám sát chất lƣợng hệ thống in-service; giám sát phổ kênh quang; giám sát chất lƣợng sợi quang - Thiết bị DWDM phải giám sát đƣợc theo thời gian thực phổ quang node mạng từ NMS gồm: cơng suất quang, bƣớc sóng hoạt động OSNR, độ lệch tần số trung tâm tất kênh khai thác Yêu cầu thiết bị OADM: - Sẵn sàng chuyển thành cấu hình R-OADM (Reconfigurable-OADM) mà khơng gián đoạn/ngừng cung cấp dịch vụ - Thực tái định thời, tái khuyếch đại, tái tạo tín hiệu - 3R - Tối thiểu số hƣớng làm việc với cấu hình R-OADM - 105 - Số bƣớc sóng xen rẽ node tăng giảm theo yêu cầu Xen rẽ tái tạo bƣớc sóng Yêu cầu thiết bị khuếch đại quang - OLA - Thiết bị khuếch đại quang (bao gồm BA, PA) sử dụng hệ thống DWDM tuân thủ theo tiêu chuẩn ITU-T G.663 tiêu chuẩn khác ITU-T - Thiết bị phải đảm bảo đƣợc tỷ lệ lỗi bit gia tăng số bƣớc sóng sử dụng - Thiết bị phải cung cấp đƣợc khuếch đại Raman đảm bảo hệ thống sử dụng khoảng cách xa làm giảm tỷ số OSNR chặng - Thiết bị phải có khả điều khiển thay đổi tự động hệ số khuếch đại đảm bảo điều chỉnh có thay đổi số lƣợng bƣớc sóng Yêu cầu tách/ghép kênh quang (Optical MUX/DEMUX): - Các thông số yêu cầu OM: tuân thủ tiêu chuẩn ITU-T G.681, G.709, G.872 tiêu chuẩn khác ITU-T - Có khả ghép 40 bƣớc sóng, bƣớc sóng có tốc độ 10 Gbps (Trong giai đoạn sử dụng 04 bƣớc sóng 10 Gbps) - Hoạt động bƣớc sóng tuân thủ theo dải tần tiêu chuẩn ITU-T G.694.1 Thông số Đơn vị Giá trị yêu cầu Insert Loss dB < 10 Optical Reflection Coefficient dB < - 40 Wavelength Bandwidth nm 1529 ~ 1561 Polarization Dependent Loss dB < 0.5 Adjacent Channel Isolation Range dB > 22 Non-Adjacent Channel Isolation Range dB > 25 Maximum Channel Insert Loss Difference dB 22 Non-Adjacent Channel Isolation Range dB > 25 Polarization Dependent Loss dB < 0.5 Maximum Channel Insert Loss Difference dB 0.2 -20dB Bandwidth nm < 1.4 Channel Spacing Bảng 5.4.2: Các thông số OD Yêu cầu khuyếch đại quang - Optical Amplifier - Các khuyếch đại quang (gồm OBA, OPA, OLA) sử dụng hệ thống DWDM phải tuân theo khuyến nghị G.663 khuyến nghị liên quan ITU-T - Các thông số yêu cầu OA [8] Thông số Đơn vị Giá trị yêu cầu dBm +20 Noise coefficient (NF) dB 40 Output optical return loss dB >40 dB/dB