Nghiên cứu, xây dựng mạng truyền tải quang theo hướng phát triển NGN : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - viễn thông: 2 07 00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN NGỌC QUÝ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NGN Ngành: Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ VĂN SAN HÀ NỘI - 2006 MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHƢƠNG THỨC TRUYỀN DẪN THEO MẠNG THẾ HỆ SAU…………………… 1.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG………………………… 1.1.1 Cấu trúc mạng truyền tải truyền thống………………………………… 1.1.2 Lớp truyền dẫn quang…………………………………………………… 1.1.3 Dịch vụ ghép kênh SDH/SONET……………………………………… 1.1.3.1 Chuẩn truyền dẫn đồng …………………………………………… 1.1.3.2 Cơ chế tạo khung ghép kênh SDH SONET………………… 1.1.3.3 Mạng truyền tải SDH/SONET………………………………………… 1.1.4 Mode truyền dẫn không đồng ATM………………………………… 1.2 MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU…………………………………… 1.2.1 Các phƣơng thức truyền tải lƣu lƣợng IP……………………………… 1.2.2 Truyền tải gói động (DPT)……………………………………………… 1.2.3 So sánh đánh giá giải pháp tích hợp IP quang…………………… 1.3 KẾT LUẬN……………………………………………………………… CHƢƠNG CẤU TRÚC VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUYỀN TẢI WDM………………………………………………………………………… 2.1 KỸ THUẬT WDM……………………………………………………… 2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ DWDM……………………………… 2.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM……………………… 2.4 CÁC CẤU TRÚC CƠ BẢN CHO MẠNG WDM………………………… 2.4.1 Cấu trúc điểm-điểm……………………………………………………… 2.4.2 Cấu trúc ring…………………………………………………………… 2.4.3 Cấu trúc mạng hình lƣới………………………………………………… 2.5 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM……………… 2.5.1 Nguồn phát quang……………………………………………………… 2.5.2 Sợi quang………………………………………………………………… 2.5.3 Thiết bị thu quang……………………………………………………… 2.5.4 Phần tử tách ghép kênh………………………………………………… 2.5.5 Khuếch đại quang 2.6 CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ DÙNG TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG……………………………………………………………………… 2.6.1 Thiết bị cuối đƣờng quang OLT………………………………………… 3 5 10 12 13 18 19 22 24 25 26 28 29 29 31 32 33 34 35 37 38 39 42 43 2.6.2 Bộ xen/rẽ quang OADM………………………………………………… 2.6.3 Thiết bị kết nối chéo quang OXC……………………………………… 2.7 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WDM TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI THOẢ MÃN TIÊU CHUẨN HỆ THỐNG…………………………………………… 2.8 KHÔI PHỤC MẠNG QUANG…………………………………………… 2.8.1 Bảo vệ quang…………………………………………………………… 2.8.2 Bảo vệ đƣờng truyền quang……………………………………………… 2.8.3 Bảo vệ kênh quang……………………………………………………… 2.8.4 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang…………………………………………… 2.8.5 Phục hồi lớp dịch vụ…………………………………………………… 2.9 KẾT LUẬN……………………………………………………………… CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠNG WDM…………………………………… 3.1 TỔNG QUAN THIẾT KẾ MẠNG QUANG……………………………… 3.2 TÍNH TỐN TỐI ƢU CHO TUYẾN TRUYỀN DẪN WDM ĐIỂMĐIỂM………………………………………………………………………… 3.3 THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN SỬ DỤNG KỸ THUẬT BÙ TÁN SẮC…………………………………………………………………………… 3.4 THIẾT KẾ DỰA VÀO OSNR VÀ TÁN SẮC……………… …………… 3.5 ẢNH HƢỞNG CỦA FWM VÀ XPM TRONG VIỆC THIẾT KẾ CÁC TUYẾN TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG DÀI……………………………………… 3.6 THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG CÓ SỬ DỤNG CÁC THIẾT BỊ NỐI CHÉO QUANG……………………………………………………… 3.6.1 Mơ hình xác định………………………………………………………… 3.6.2 Kết quả…………………………………………………………………… 3.7 CÁC TRƢỜNG HỢP CỤ THỂ…………………………………………… 3.8 KẾT LUẬN……………………………………………………………… CHƢƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG PHỤC PHỤ TRIỂN KHAI MẠNG NGN TẠI VIỆT NAM……………… 4.1 TỔ CHỨC VÀ ĐỊNH HƢỚNG CHO CẤU TRÚC MẠNG NGN CỦA VIỆT NAM…………………………………………………………………… 4.1.2 Mục tiêu xây dựng mạng truyền tải đƣờng trục, mạng truy nhập cho NGN Việt Nam……………………………………………………………… 4.1.1 Đánh giá trạng cấu trúc mạng truyền dẫn đƣờng trục đơn kênh Việt Nam……………………………………………………………… 4.1.3 Đánh giá khả hệ thống truyền quang sử dụng theo hƣớng 44 45 48 51 51 51 53 54 55 59 60 60 62 65 68 69 71 71 75 77 81 82 82 83 85 phục vụ cho NGN……………………………………………………………… 4.1.4 Đánh giá khả truyền tải lƣu lƣợng……………………………… 4.1.5 Định hƣớng xây dựng mạng truyền tải đƣờng trục quốc gia…………… 4.2 XÂY DỰNG MẠNG TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG TRỤC QUỐC GIA HƢỚNG TỚI MẠNG NGN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN………… 4.3 KÉT NỐI MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG NGN………………………… 4.3.1 Các giải pháp kỹ thuật kết nối…………………………………………… 4.3.2 Cấu hình kết nối mạng truyền tải tiến tới NGN……………………… 4.3.3 Khai thác mạng truyền tải đƣờng trục WDM Việt Nam……………… 4.4 THIẾT KẾ, TÍNH TỐN TUYẾN THƠNG TIN QUANG WDM TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG…………………………………… 4.4.1 Phƣơng pháp tính tốn…………………………………………………… 4.4.2 Áp dụng tính tốn tuyến truyền dẫn…………………………………… 4.5 KẾT LUẬN……………………………………………………………… PHẦN KẾT LUẬN…………………………………………………………… 90 93 95 98 103 104 105 112 114 114 116 120 121 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc đa lớp mạng truyền tải Hình 1.2 Cơ chế ghép kênh SDH SONET Hình 1.3 Cấu trúc khung STM-1 Hình 1.4 Mạng SDH/SONET điển hình bao gồm thiết bị ghép xen rẽ kênh kết nối số chéo 10 Hình 1.5 Mơ hình tham chiếu mạng SDH/SONET gồm lớp chức 11 Hình 1.6 Xu hƣớng tích hợp IP/quang 14 Hình 1.7 Các lớp logic liên kết thiết bị cấu trúc IP/ATM/SDH/WDM 16 Hình 1.8 Các lớp logic liên kết thiết bị cấu trúc IP/SDH/WDM 17 Hình 1.9 Sự tƣơng ứng lớp kiến trúc IP/GbE kiến trúc tải IP khác 18 Hình 1.10 Ring DPT 19 Hình 2.1 Sơ đồ chức hệ thống WDM 27 Hình 2.2 Hệ thống WDM đơn hƣớng 29 Hình 2.3 Hệ thống WDM song hƣớng 29 Hình 2.4 Cấu trúc điểm - điểm chế bảo vệ 31 Hình 2.5 Mạng WDM hai hƣớng hai sợi quang 32 Hình 2.6 Mạng WDM hai hƣớng bốn sợi quang 32 Hình 2.7 Cấu trúc Ring, điểm-điểm hình lƣới 34 Hình 2.8 Cấu trúc EDFA 40 Hình 2.9 Các cấu trúc khác cho hệ thống sử dụng khuếch đại quang sợi43 Hình 2.10 Thiết bị cuối quang OLT 44 Hình 2.11 Cấu trúc chức OADM 45 Hình 2.12 OXC nằm thiết bị user lớp quang OLT lớp quang 46 Hình 2.13 Các kiểu OXC khác 48 Hình 2.14 Hệ thống WDM kiểu tích hợp 49 Hình 2.15 Hệ thống WDM kiểu mở 50 Hình 2.16 Cấu hình chuẩn định nghĩa giao diện quang hệ thống đa kênh 51 Hình 2.17 Bảo vệ cấu trúc OTN 53 Hình 2.18 Cơ chế bảo vệ quang 1+1 53 Hình 2.19 Cơ chế bảo vệ quang 1:1 54 Hình 2.20 Cơ chế bảo vệ kênh quang 1:1 54 Hình 2.21 Thiết OADM tái cấu hình lại có chế độ bảo vệ 1+1 đƣợc dùng OUPSR 56 Hình 2.22 Bảo vệ giao diện với chuyển mạch bảo vệ tự động 57 Hình 2.23 Bao bọc Ring IP 58 Hình 2.24 Cân tải OSPF thơng qua lõi mesh 59 Hình 2.25 Luồng hoạt động luồng dự phòng đƣợc thiết lập cách sử dụng luồng chuyển mạch nhãn 59 Hình 3.1 Tỷ lệ lỗi bit BER hàm tham số Q 63 Hình 3.2 Độ thiệt thịi tham số Q 64 Hình 3.3 Cấu trúc WDM điểm-điểm sử dụng nhiều tầng khuếch đại 65 Hình 3.4 Độ thiệt thịi cơng suất phụ thuộc vào BLD 67 Hình 3.5 Vị trí DCU hệ thống nhiều tầng giản đồ tán sắc 68 Hình 3.6 Giản đồ tán sắc cho sơ đồ bù tán sắc sau 69 Hình 3.7 Hiện tƣợng FWM khoảng cách kênh 70 Hình 3.8 Hiện tƣợng FWM khoảng cách kênh khơng 71 Hình 3.9 Sơ đồ tổng quát thiết kế tuyến WDM 71 Hình 3.10 Bộ nối chéo (NxN) SD với M bƣớc sóng 74 Hình 3.11 Bộ nối chéo (NxN) MSD với M bƣớc sóng 75 Hình 3.12 Suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng SD 76 Hình 3.13 Suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng MSD 77 Hình 3.14 So sánh hai trƣờng hợp sử dụng SD MSD 77 Hình 3.15 Suy hao có thay đổi giải ghép 77 Hình 3.16 Lời giải cho trƣờng hợp 78 Hình 3.17 Lời giải cho trƣờng hợp 80 Hình 4.1 Lớp truyền tải cấu trúc NGN 85 Hình 4.2 Cơ chế bảo vệ kết nố vòng Ring 88 Hình 4.3 Cấu hình tuyến đƣờng trục Bắc-Nam 89 Hình 4.4 Sơ đồ phân luồng dùng tuyến cáp quang 2,5Gpbs HNI-HCM90 Hình 4.5 Cấu trúc chuyển mạch PSTN giai đoạn 2000-2005 96 Hình 4.6 Mạng chuyển tải cấu trúc NGN 98 Hình 4.7 Chức ATM IP thành phần mạng SDH/SONET 100 Hình 4.8 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam thời kỳ đầu giai đoạn 106 Hình 4.9 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn bƣớc đầu giai đoạn 107 Hình 4.10 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam thời kỳ giai đoạn 108 Hình 4.11 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn bƣớc giai đoạn 109 Hình 4.12 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam giai đoạn 110 Hình 4.13 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn mạng hệ sau 111 Hình 4.14 Minh hoạ lớp vật lý quang WDM điểm-điểm 112 Hình 4.15 Minh hoạ lớp vật lý quang WDM cấu hình ring 112 Hình 4.16 Cấu hình hệ thống WDM 20Gbps Bắc-Nam 115 Hình 4.17 Tuyến truyền dẫn có sử dụng OADM, EDFA OXC 117 Hình 4.18 Độ khuếch đại EDFA phụ thuộc vào cơng suất tín hiệu đầu vào với bốn công suất bơm khác 119 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tốc độ giao diện chế ghép kênh SDH/SONET Bảng 2.1 Các bƣớc sóng hệ thống WDM 36 Bảng 2.2 Các tham số sợi SMF 36 Bảng 2.3 Các tham số sợi DSF 37 Bảng 2.4 Các tham số sợi NZ-DSF 38 Bảng 3.1 Tham số tán sắc D 68 Bảng 4.1 Tính tốn cự ly truyền dẫn với tham số suy hao thiết bị khác 120 CÁC TỪ VIẾT TẮT ABR ADM APD APS ASE ATM B-ISDN BER CBR CoS DCU DEMUX DLE DPT DWDM DXC EDF EDFA FWM GVD HDLC IP IPS ISI LA LAN MAC MAN MPLS MPLS-TE MSP Available Bit Rate Add-Drop Multiplexer Avalanche Photodiode Automatic Protection Switching Amplified Spontaneous Emission Asynchronous Transfer Mode Broadband Integrated Service Digital Network Bit Error Rate Constant Bit Rate Class of Service Dispersion Compensating Unit Demultiplexer Dynamic Lightpath Establishment Dynamic Packet Transport Dense WDM Digital Cross Connection Erbium Droped Fiber Erbium Droped Fiber Amplifier Four Wave Mixer Group Velocity Dispersion High Level Data Link Control Internet Protocol Intelligent Protection Switching Intersymbol Interference Line Amplifier Local Area Network Medium Access Control Metropolian Area Network Multiprotocol Label Switching MPLS-Traffic Engineering Multiplex Section Protection Tốc độ bít khả dụng Bộ xen rẽ Điốt quang thác Chuyển mạch bảo vệ tự động Bức xạ tự phát đƣợc khuếch đại Mode chuyển giao khơng đồng Dịch vụ số tích hợp băng rộng Tỷ lệ lỗi bít Tốc độ bít khơng đổi Lớp dịch vụ Bộ bù tán sắc Bộ giải ghép kênh Thiết lập luồng quang động Truyền tải gói động WDM mật độ cao Kết nối chéo số Sợi pha tạp Erbium Khuếch đại quang sợi có pha tạp Erbium Trộn bốn bƣớc sóng Tán sắc vận tốc nhóm Điều khiển đƣờng truyền số liệu mức Giao thức Internet Chuyển mạch bảo vệ thông minh Nhiễu xuyên ký hiệu Bộ khuếch đại đƣờng Mạng cục Điều khiển truy nhập đƣờng truyền Mạng khu vực nội thị Chuyển mạch nhãn đa giao thức Kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS Bảo vệ đoạn ghép kênh MSOH MUX MZ NF NNI OADM OLT OMS OMS-DPRing OMS-SPRing OPS OSNR OTN OTS OXC PDH PIN PMD POS POTS POP QoS PPP PT RPR RWA SDH SDLC SMF SONET SPM STM STS TM VBR VCI Multiplexer Section Overhead Multiplexer Mach-Zehnder Noise Figure Network Node Interface Optical Add-Drop Multiplexer Optical Line Terminal Optical Multiplxer Section OMS Dedicated Protection Ring OMS Protection Ring Optical Slitter Optical Signal-to-Noise Ratio Optical Transport Network Optical Transmission Section Optical Cross Connect Plesiochronous Digital Hierarchy Psitive Instrinsic Negative Polarization Mode Dispersion Packet Over SDH/SONET Plain Old Telephone Service Point of Presence Quality of Service Point-to-Point Protocol Payload Type Reliable Packet Ring Routing and Wavelenght Assignment Synchronous Digital Hierarchy Synchronous Data Link Control Single Mode Fiber Synchronous Optical Network Self Phase Modulation Synchronous Transport Module Synchronous Transport Signal Terminal Multiplexer Variable Bit Rate Virtual Channel Identifier Mào đầu đoạn ghép kênh Bộ ghép kênh Bộ điều chế Mach-Zehnder Hệ số nhiễu Giao diện nút mạng Bộ ghép kênh xen rẽ quang Đầu cuối đƣờng quang Đoạn ghép kênh quang Vòng quang bảo vệ dùng riêng OMS Vòng quang bảo vệ dùng chung OMS Bộ tách quang Tỷ số tín hiệu nhiễu quang Mạng truyền tải quang Đoạn truyền dẫn quang Nối chéo quang Phân cấp cận đồng Cấu trúc PIN Tán sắc phân cực mode Gói SDH/SONET Dịch vụ điện thoại thông thƣờng Điểm vào mạng Chất lƣợng dịch vụ Giao thức điểm-điểm Loại tải tin Vịng gói tin cậy Định tuyến gán bƣớc sóng Phân cấp đồng số Điều khiển đƣờng truyền số liệu đồng Sợi dẫn quang đơn mode Mạng quang đồng Tự điều chế pha Mơ đun truyền tải đồng Tín hiệu truyền tải đồng Bộ ghép kênh đầu cuối Tốc độ bit thay đổi Bộ nhận dạng kênh ảo VC VC-n VCC VP VPC VPI WDM XPM Virtual Channel Virtual Containner - n Virtual Channel Connection Virtual Path Virtual Path Connection Virtual Path Identifier Wavelength Division Multiplexing Cross Phase Modulation Kênh ảo Ngăn chứa ảo-n Nhận dạng kênh ảo Đƣờng dẫn ảo Kết nối đƣờng ảo Bộ nhận dạng luồng ảo Ghép kênh theo bƣớc sóng Điều chế pha chéo 111 OMUX/ DEMUX O/E/O OMUX/ DEMUX O/E/O OMUX/ DEMUX O/E/O 1 ADM ADM Backbone RING SDH DXC DXC ADM ADM RING SDH STM-16 TN-16x Hình 4.14 Minh hoạ líp vËt lý quang WDM ®iĨm-®iĨm Líp vËt lý quang-WDM: RING quang OPSHR RING WDM sợi b-ớc sãng OADM OADM OADM ADM ADM Backbone RING SDH STM-16 DXC DXC ADM ADM RING SDH STM-16 H×nh 4.15 Minh hoạ lớp vật lý quang WDM cấu hình Ring 112 Lớp WDM: Gồm thiết bị MUX/DEMUX quang chế độ bảo vệ sử dụng chế độ bảo vệ 1+1 theo sợi Lớp SDH: Thiết bị SDH ADM ATM-16 lớp trục backbone sử dụng chế bảo vệ BSHR/2 Hình 4.14 minh hoạ cho tuyến WDM điểm-điểm tạo nên vòng Ring SDH Kết nối thiết bị SDH/WDM giai đoạn 2: Lớp WDM: gồm thiết bị OADM có chế độ bảo vệ hai hƣớng hai sợi Lớp SDH: thiết bị SDH ADM STM-16 lớp backbone sử dụng chế bảo vệ BSHR/2 với luồng cần có chế độ bảo vệ Hình 4.15 minh hoạ tuyến WDM vòng Ring quang 4.3.3 Khai thác mạng truyền tải đƣờng trục WDM Việt Nam Sử dụng kỹ thuật WDM ghép bƣớc sóng để ghép tín hiệu STM-16 nâng dung lƣợng từ 2,5Gbps lên 20Gbps, sử dụng thiết bị từ đến 16 bƣớc sóng, trƣớc mắt sử dụng bƣớc sóng Ƣu điểm: Do dung lƣợng kênh nhỏ nên bƣớc tăng dung lƣợng hệ thống tuỳ theo nhu cầu số kênh bƣớc sóng cần sử dụng Tốc độ 2,5Gbps nên khoảng cách trạm lặp điện đạt đƣợc tới 160Km theo khuyến nghị G.692 ảnh hƣởng tán sắc Nhƣợc điểm: Số lƣợng thiết bị SDH trực tiếp liên quan đến tuyến WDM nhiều nên việc quản lý chúng trở lên phức tạp Hơn nữa, việc quản lý dung lƣợng phức tạp Phƣơng án sử dụng sợi: Trƣớc mắt: Sử dụng sợi tuyến cáp quang dọc theo đƣờng 1A cũ, tuyến cáp đƣờng 500KV đoạn Hà Nội- Đà Nẵng, tuyến cáp quang đƣờng Hồ Chí Minh đoạn Đà Nẵng-Tp.HCM tuyến cáp quang đoạn Tp.HCM-Cần Thơ Sau hồn thành tuyến cáp quang đƣờng Hồ Chí Minh tuyến quốc lộ 1A chuyển hệ thống sang hoạt động tuyến Hiện tuyến thông tin Bắc - Nam khai thác truyền dẫn với tốc độ 2,5Gbps chất lƣợng tốt Tuy nhiên, theo thời gian sử dụng tuyến cáp dọc theo quốc 113 lộ 1A bị cố đứt cáp, nên chất lƣợng cáp bị giảm sút cần đo đạc đánh giá chất lƣợng thức để có đề xuất đầy đủ, xác đƣa yêu cầu hệ thống WDM Cấu hình thiết bị: Cấu hình hệ thống trục Bắc - Nam phát huy tốt hiệu bảo vệ đƣờng truyền dẫn, Hà Tĩnh đƣợc chọn làm điểm nút Ring Dự án cáp quang liên tỉnh biển trục Bắc - Nam có nhiều điểm trạm bờ để hoà mạng truyền dẫn quốc gia, đồng thời hình thành mạng vịng thơng tin đƣờng trục Trong đó, Bắc miền Trung chọn điểm rẽ trạm Vinh, không rẽ Hà Tĩnh Ở Tây Nam Bộ, có điểm rẽ Bạc Liêu để nối với tuyến cáp quang theo quốc lộ 1A, qua nối với Cần Thơ nút thông tin liên tỉnh quan trọng khu vực đồng rộng lớn Bởi cấu hình truyền dẫn trục 20Gbps (hình 4.16) nên chọn điểm nút Vinh thay cho Hà Tĩnh phía Nam, nên kéo dài qua nút Cần Thơ đến Bạc Liêu để đảm bảo hiệu trao đổi lƣu lƣợng thông tin liên tỉnh tuyến bờ ven biển Phƣơng án đặt thiết bị cho trạm nhƣ sau: WDM/DXC- thiết bị đầu cuối+đấu chéo, cho trạm: Vinh, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Bn Ma Thuột, TP Hồ Chí Minh OADM-thiết bị xen rẽ kênh quang, cho trạm quốc lộ 1A Hà Nội, Huế, Nha Trang, Biên Hồ, Bình Dƣơng Cần Thơ Đặt thiết bị OPA- khuếch đại quang- cho trạm lặp trạm lặp hệ thống 2,5Gbps Trong cấu hình này, khơng có trạm Phủ Lý, Nam Định , Hồ Bình , Bình Phƣớc, Bình Dƣơng, dung lƣợng trạm thấp < 2,5Gbps nên tiếp tục sử dụng hệ thống 2,5Gbps khai thác Trƣớc mắt tuyến cáp quang dọc theo quốc lộ 1A chƣa hoàn thành nhƣ tuyến cáp đƣờng Hồ Chì Minh quốc lộ 14 chƣa xong sử dụng cáp đƣờng quốc lộ 1A cũ cáp đƣờng 500KV Khi tuyến cáp hồn thành chuyển thiết bị sang khai thác tuyến cáp 114 Quy Nhơn Đằ Nẵng VINH P.Rang Lai Đ.Hới Đ.Hà Huế T.Kỳ Q.NgÃi r T.Hoà N.Trang Núi Một P.Thiết B.Hoà N.Bình T.Hoá Khan 147 55 97 73 101 61 114 126 106 65 144 79 94 68 117 96 109 50 80 72 67 33 An Khê Hà nội 131 75 120 128 74 116 121 H.B×nh R2 R4 R7 128 135 R11 R13 50 Kon Tum : OADM nèi chÐo vµ chuyÓn tiÕp Ring 130 131 51 Plei Ku 100 70 Cần Thơ 120 100 120 R9 M.Tho Phú Nhơn 35 130 B.Ma Thuét : OADM xen rÏ quang 128 85 125 Vũng Tàu Đắc Bình Bình Nông Ph-ớc D-ơng Bạc Liêu 131 Cáp quang ven biển : khuếch đại ®-êng H×nh 4.16 CÊu h×nh hƯ thèng WDM - 20Gbit/s B¾c - Nam Thiết bị: tuỳ theo phƣơng án mà số lƣợng chủng loại thiết bị cáp dùng hệ thống tƣơng thích với tiêu chuẩn kỹ thuật ITU-T Phƣơng án nâng cấp đƣờng trục Bắc - Nam từ 2,5Gbps lên 20Gbps phù hợp với ý nghĩa nâng cấp hệ thống có, tận dụng đƣợc nhiều trang thiết bị, có tính đại đáp ứng yêu cầu đa dịch vụ ATM, IP, có khả kết nối nhiều vòng Ring nút, kể nối với hệ thống cáp quang biển,…và cuối cùng, tận dụng đƣợc sở trang thiết bị có sẵn nên hợp lý kinh tế 4.4 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ, TÍNH TỐN TUYẾN THƠNG TIN QUANG WDM TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG 4.4.1 Phƣơng pháp tính tốn Những phân tích phần cho thấy cấu trúc tuyến thông tin quang mạng truyền tải quang không đơn thiết bị phát, thiết bị thu quang sợi quang Tuyến thơng tin quang trƣờng hợp bao gồm nhiều chủng loại thiết bị mà chúng chƣa đƣợc đƣa vào tính tốn thiết kế tuyến đơn giản trƣớc Khi hệ thống thông tin quang mạng truyền tải OTN đƣợc thiết kế với tốc độ bit cao, nhiều ảnh hƣởng hiệu ứng từ tham số hệ thống vốn trƣớc bỏ qua lại trở thành tham số có tác động lớn cần phải xét tính tốn Trong mạng truyền tải quang bao gồm hệ thống sử dụng công nghệ WDM, vấn đề kết nối mạng quan trọng cần thiết Do mạng phải đảm bảo cung cấp luồng tín hiệu suốt với tốc độ bit cao, việc kết nối thƣờng phải sử dụng thiết bị hoàn toàn quang (khơng có chức biến đổi điện-quang) Tuy 115 nhiên, vấn đề có tính phức tạp Mỗi tuyến truyền dẫn phải mang luồng tín hiệu quang tƣơng ứng với bƣớc sóng qua nhiều thiết bị mạng Luồng quang đƣợc bảo toàn điqua số thiết bị hay bị thay đổi nhiều lƣợng tín hiệu trí bƣớc sóng q trình định tuyến Nhƣ vậy, việc tính tốn quỹ cơng suất thiết kế có nhiều khía cạnh cần phải đƣợc giải bao gồm việc xác định suy hao từ phía phát tới phía thu Nếu hệ thống đơn kênh, việc tính tốn quỹ công suất tuyến đƣợc tiến hành thục tuyến WDM sử dụng thiết bị kết nối định tuyến lại có đặc thu riêng Để thực tính tốn thiết kế tuyến ta cần phải tiến hành trình sau: - Do có nhiều luồng tín hiệu quang đan xen truyền mạng trƣớc hết phải quy luồng tín hiệu quang cấu hình điểm-điểm - Do mạng phải truyền dẫn luồng tín hiệu quang suốt qua nhiều thiết bị, cần phải xác định giới hạn chặng truyền dẫn từ hai thiết bị có biến đổi điện-quang - Xác định đƣợc giá trị công suất quang hay suy hao tất thành phần thiết bị chặng định bao gồm: suy hao thiết bị ghép kênh quang MUX, thiết bị giải ghép kênh quang DEMUX; thiết bị xen rẽ kênh quang OADM, kết nối chéo OXC tuyến Từ ta xác định đƣợc quỹ cơng suất tổng thể mạng hay nói cách khác xác định đƣợc chiề u dài tuyến - Suy tính tốn đƣợc quỹ cơng suất chặng (tuyến hai thiết bị truyền dẫn đầu cuối có biến đổi điện-quang), tuyến truyền dẫn tổng hợp tổng hợp chặng Với cách tiếp cận vấn đề nhƣ trên, cự ly truyền dẫn tuyến (tƣơng đƣơng với chặng) tính theo: Lmax Pin Pr LMUX LOADM LOXC PD GEDFA M PP f đó: (4-1) 116 P in công suất thiết bị phát quang P r độ nhạy thu thiết bị thu quang LMUX suy hao MUX phụ thuộc vào số bƣớc sóng thƣờng có giá trị từ đến 5dB LOADM suy hao xen rẽ kênh quang OADM, phụ thuộc vào số bƣớc sóng có giá trị lần suy hao MUX khoảng từ đến 9dB P D tổn hao công suất tán sắc, cơng suất tƣơng đƣơng lƣợng phổ xung tín hiệu bị dãn khe thời gian định sinh [6] LOXC suy hao OXC phụ thuộc vào số bƣớc sóng số N đầu vào đầu OXC M dự phòng tuyến truyền dẫn P p đền bù công suất hệ thống, thƣờng có giá trị 1dB f hệ số suy hao sợi quang Với tham số nhƣ trên, cự ly truyền dẫn lớn L M AX tìm đƣợc biết đƣợc suy hao thiết bị 4.4.2 Áp dụng tính tốn tuyến truyền dẫn Trong phần luận văn thực tính tốn quỹ công suất quang cho tuyến sở phân tích Giả thiết hệ thống sử dụng cơng nghệ WDM mạng truyền tải quang, tín hiệu bị suy giảm nhiều yếu tố ảnh hƣởng nhƣ suy hao sợi (bao gồm suy hao mối hàn), suy hao thiết bị ,…Vì vậy, tuyến truyền dẫn cần phải sử dụng thiết bị khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium EDFA để khôi phục lại tín hiệu cho tới thu phải đạt đến tỷ số lỗi BER cho phép MUX WADM Tx EDFA OXC Pin G LD SMF G.692 H×nh 4.17 Tun trun dÉn cã sư dơng OADM, OXC, EDFA Rx Pr 117 Hình 4.17 cấu hình giả thiết tuyến truyền dẫn WDM cần tính tốn thiết kế Tuyến bao gồm có thiết bị phát quang, thiết bị ghép kênh MUX, thiết bị xen rẽ bƣớc sóng WADM, thiết bị nối chéo quang, khuếch đại quang EDFA thiết bị thu quang Với cấu hình nhƣ trên, tín hiệu truyền hệ thống đƣợc truyền đơn giản nhƣ sau: tín hiệu từ đầu phát TX tới thiết bị ghép bƣớc sóng quang MUX Sau ghép tín hiệu đƣợc đƣa vào sợi quang đến thiết bị OADM, EDFA, OXC cuối đến đầu thu RX Để đơn giản cho việc tính tốn, giả thiết rằng: Q trình truyền tín hiệu từ đầu phát TX đến RX đƣợc xét quan điểm: - Suy hao: suy hao sợi quang có mối hàn suy hao thiết bị (MUX, OXC, OADM) khuếch đại G EDFA - Các tham số suy hao thiết bị thụ động nhƣ MUX, WADM số cho trƣớc Độ khuếch đại G nhỏ 20dB để việc bù công suất quang coi nhƣ tuyến tính với G cho Nhƣ vậy, ta tính tốn tham số quan trọng khác nhƣ sau: 1) Các tham số cho giả thiết rằng: - Cơng suất tín hiệu quang đƣợc phát bƣớc sóng = 1550nm : P in = -2 4dBm - Độ nhạy thu quang thu Photodiode PIN BER=10 -12: Pr = -20 26dBm - Suy hao sợi quang bƣớc sóng 1550nm gồm mối hàn: 0,26dB - Suy hao thiết bị MUX : LM UX = 6dB - Suy hao thiết bị WADM : LWADM = 9dB - Dự phòng hệ thống: M=3 dB - Bộ khuếch đại EDFA có : G= 15 20 dB 2) Khuếch đại khuếch đại quang f = 0,20 118 Khuếch đại G khuếch đại EDFA hàm số phụ thuộc vào cơng suất tín hiệu đầu vào; ngồi cịn phụ thuộc vồ cấu trúc khuếch đại, cơng suất bơm Do trƣờng hợp lựa chọn vị trí khuếch đại tuyến truyền dẫn phải xem xét để giá trị khuếch đại đảm bảo phù hợp Khuếch đại EDFA đƣợc tính theo cơng thức (4-2) [5] G Go exp((1 G) Pin G Pout ) Go exp( ) PSat G PSat (4-2) Ở G0 độ khuếch đại tín hiệu nhỏ Công suất bão hào P Sat bƣớc sóng xác định cơng suất đƣợc u cầu để nghịch đảo lớp sợi pha tạp Erdium đủ thu đƣợc truyền thơng tín hiệu quang, nói cách khác đủ độ khuếch đại khơng Hình 4.18 kết tính tốn độ khuếch đại EDFA phụ thuộc cơng suất tín hiệu vào 35 Pp=20mW Pp=25mW Pp=30mW Pp=35mW Độ khuếch đại thực(dB) 30 25 20 15 10 -5 -35 -30 -25 -20 -15 -10 Công suất tín hiệu đầu vào (dBm) Hình 4.18 Độ khuếch đại EDFA phụ thuộc vào công suất tín hiệu đầu vào bốn công suất bơm khác -45 -40 3) i vi thiết bị nối chéo quang Nhƣ đƣợc trình bày phần 3.6 luận văn, hai loại thiết bị nối chéo quang đƣợc xem xét thiết bị nối chéo quang sử dụng chuyển mạch (NxN) SD với suy hao tín hiệu qua đƣợc xác định cơng thức (3-13) đƣợc biểu diễn hình 3.12; tiếp đến thiết bị nối chéo quang sử dụng chuyển mạch (NxN) MSD với M bƣớc sóng, suy hao tín hiệu qua đƣợc cho biểu thức (3-14) (3-15) tƣơng ứng với định tuyến bƣớc sóng đơn đoạn nhiều đoạn Hình 3.13 biểu diễn suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng MSD 119 Bảng 4.1 Tính tốn cự ly truyền dẫn với tham số suy hao thiết bị khỏc Bảng tính toán cự ly truyền dẫn với tham số suy hao thiết bị khác Pin Pr MUX EDFA Suy hao sỵi OXC WADM M Suy hao P Quü Cù ly (dBm) (dBm) (dB) (dB) (dB/Km) (dB) (dB) (dB) tán sắc (dB) công cực ®¹i (dB) suÊt (dB) (Km) -2 -1 2 3.5 -1.4 2.4 1.6 -25 -20 -22 -23.5 -25.5 -26 -25 -23.5 -21 -25 -24.5 -21 -20 -21.5 4 4 4 4 4 4 20 16 19 20 17 20 18 19 20 20 16 18 20 17 0.25 0.23 0.21 0.23 0.23 0.26 0.25 0.25 0.24 0.25 0.23 0.22 0.26 0.22 8.4 8.4 7.8 7.5 8.4 8.4 7.6 8.4 8.2 8.4 8.3 8 8.1 8.4 9 8.8 8.6 7.8 8.5 8.1 8.3 3 4 4 4.1 4.3 3.7 3.6 4.2 4.5 4.1 3.8 3.6 3.5 3.5 1 1 1 1 1 1 1 16.5 3.6 10.9 18.5 14.7 19.3 15.8 18 10.4 16.8 13.9 11.5 12.7 10.7 66 15.652 51.905 80.435 63.913 74.231 63.2 72 43.333 67.2 60.435 52.273 48.846 48.636 120 4) Ảnh hƣởng tƣợng tán sắc Khi truyền dẫn tín hiệu quang tốc độ cao sợi đơn mode G.652 vùng bƣớc sóng 1550nm ảnh hƣởng tƣợng tán sắc lớn Nhìn chung, ảnh hƣởng tán sắc đến lực truyền dẫn hệ thống phức tạp; điều gây nhiều khó khăn cho việc thiết kế hệ thống thông tin quang tốc độ cao Hiện tƣợng tán sắc đƣợc khắc phục cách sử dụng bù tán sắc ta phải xác định xác độ dài sợi bù tán sắc DCF Hiện tƣợng tán sắc làm ảnh hƣởng tới đặc tính cơng suất hệ thống đƣợc cho biểu thức (3 -11) đƣợc biểu diễn hình 3.4 Từ tính tốn trên, ta xác định cự tuyến nhƣ sau với giả thiết đơn giản có nút mạng sử dụng chuyển mạch SD Kết cho bảng 4.1 4.5 KẾT LUẬN Chƣơng luận văn tìm hiểu trạng mạng truyền dẫn đƣờng trục quốc gia, đánh giá khả hệ thống truyền dẫn quang sủ dụng theo hƣớng NGN tính khả thi cơng nghệ mạng truyền tải, từ đƣa cấu trúc kết nối lộ trình xây dựng mạng truyền tải quang hƣớng tới mạng NGN phù hợp với nhu cầu phát triển mạng viễn thông Việt Nam Phần cuối chƣơng tính tốn thiết kế tuyến thông tin quang WDM mạng truyền tải quang 121 PHẦN KẾT LUẬN Việc phát triển mạng truyền tải quang sử dụng cơng nghệ ghép bƣớc sóng quang WDM nhu cầu tất yếu điều kiện mạng viễn thông nƣớc ta dần chuyển sang NGN Mạng truyền dẫn sử dụng kỹ thuật WDM có đặc điểm tiên tiến mặt nhƣ: băng tần truyền dẫn rộng, có khả định tuyến chuyển mạch kênh quang, có tính suốt dịch vụ, độ trì mạng cao,… Những đặc điểm hỗ trợ cho việc truyền dẫn linh hoạt, tin cậy khả mở rộng cho mạng để đáp ứng tính đa dạng tín hiệu khách hàng băng tần rộng Nội dung luận văn tiến hành nghiên cứu, phân tích thu đƣợc kết nhƣ sau: Giới thiệu tổng quan mạng truyền tải tại, phƣơng thức truyền tải việc phát triển tiến tới mạng truyền tải quang NGN Nghiên cứu cấu trúc mạng truyền tải quang bao gồm phần tử thiết bị mạng, cấu trúc mạng Mạng truyền tải quang đƣợc phân tích với thiết kế có cấu trúc linh hoạt có phần tử quan trọng nhƣ ghép kênh xen rẽ OADM, thiết bị nối chéo quang OXC, … đƣợc tận dụng tối đa để truyền dẫn lƣu lƣợng cho mạng truyền tải quang đa dạng, mềm dẻo linh hoạt Thiết bị khuếch đại quang EDFA đƣợc coi thiết bị có hiệu việc tăng cự ly truyền dẫn Sự phát triển khuếch đại quang EDFA mà kỹ thuật WDM trở nên hiệu dụng dễ dàng áp dụng vào thực tế mạng truyền tải Đƣa phƣơng án thiết kế cho tuyến truyền dẫn quang mạng truyền tải quang với tham số khác Trình bày phƣơng pháp tính tốn cấu hình tuyến mạng truyền tải quang; xác định quỹ công suất suy hao hệ thống số thiết bị quan trọng mạng truyền tải quang 122 Phần cuối luận văn nghiên cứu công nghệ cấu trúc mạng truyền tải quang theo hƣớng NGN, luận văn đƣa đề xuất xây dựng mạng truyền tải quang cho mạng lƣới viễn thông Việt Nam nhƣ cơng nghệ truyền tải có khả ứng dụng phù hợp với mạng lõi, mạng truy nhập mạng hệ sau NGN Việt Nam Trên sở kết nghiên cứu, luận văn đề xuất phƣơng pháp tính tốn thiết kế tuyến thơng tin quang WDM gồm nhiều thành phần mạng truyền tải quang Hƣớng nghiên cứu luận văn: Trên kết đạt đƣợc luận văn việc thực nghiên cứu công nghệ cấu trúc mạng truyền tải quang theo hƣớng NGN, số đề xuất áp dụng thực tế Để tiếp tục cơng trình nghiên cứu cách hoàn thiện, hƣớng nghiên cứu luận văn đƣợc thực theo hƣớng: Nghiên cứu ảnh hƣởng tƣợng phi tuyến việc phát triển hệ thống mạng thông tin quang cho cấu trúc NGN TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Bùi Trung Hiếu(2001), “Hệ thống truyền dẫn đồng số SDH”, Nhà xuất Bƣu điện [2] Cao Mạnh Hùng(1997), “Công nghệ truyền dẫn quang”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Vũ Tuấn Lâm(2002), Đề tài “Nghiên cứu giải pháp tích hợp mạng IP Quang đề xuất ứng dụng cho mạng NGN Tổng Công ty”, Mã số: 127-2002-TCT-RDPVT-67 [4] Vũ Văn San(2001), Đề tài “Phương án nâng cấp mạng truyền dẫn đường trục quốc gia tiến tới cấu trúc mạng hệ sau Tổng Công Ty ”, Mã số:002-2001TCT-RDP-VT-67 [5] Vũ Văn San(2003), “Hệ thống thông tin quang”, tập 1&2, Nhà xuất Bƣu điện [6] Vũ Văn San, Đinh Thị Thu Phong(2005), “Xác định ảnh hưởng tán sắc hệ thống thông tin quang tốc độ cao”, Chun san: Các cơng trình nghiên cứu - triển khai viễn thông công nghệ thông tin, số 15 [7] Vũ Văn San, Nguyễn Minh Dân(2002), “Xác định quỹ công suất kết nối mạng WDM”, Tài liệu Hội nghị Khoa học lần thứ 4, Học viện Cơng nghệ Bƣu -Viễn thơng TIẾNG ANH [8] Achyut K Dutta, Niloy K Dutta, Masahiko Fujiwara(2004), “WDM TECHNOLOGIES: OPTICAL NETWORKS ”, Elsevier Academic Press 200 Wheeler Road, 6th Floor, Burlington, MA01803, USA [9] A S Pandyce, Ercan Sen(1998), “ATM technology for Broadband Telecommunication Networks”, CRC Press LLC [10] By Ashwin Gumaste, Tony Antony (2002), “DWDM Network Designs and Engineering Solutions”, Cisco Press [11] Djafar K.Mynbaev, Lowell L.Scheiner(2001), “Fiber-Optic Communications Technology”, Prentice-Hall PTR, Inc Upper Saddle River, USA [12] E Desurvire(1994), “Erbium-doped fiber amplifiers: principles and applications”, Columbia university, John Wiley&Son,Inc, pp.65-581, NewYork, USA [13] Ennio Uboldi(1992), “Introduction to optical fibers-Propagation theory”, Stirti, Milan, Italia [14] Eric W Van Stryland(2002), “Fiber Optics Handbook”, McGraw-hill Telecom [15] Eytan Modiano and Aradhana Narula, “Survivable Routing of Logical Topologies in WDM Networks”, Infocom 2001, Anchorage, Proceedings, IEEE, vol 1, pp 348-357, 2001 [16] G.P Agrawal (1997), “Fiber-optic communication systems”, John Wiley&Son,Inc, NewYork, USA [17] Harry J R Dutton(1998), “Understanding Optical Communications”, IBM International Technical Support Organization [18] Hideki Ishiho(1992), “Next Gerneration LightWave communication technology towards communication networks evolution”, New Generation optical communications system, NTT [19] James Reagan(2002), “MPLS Study Guide”, Sybex, Inc.,Alameda,CA [20] ITU-T, G.652(1993), “Characteristic of a single-mode optical fibre cable” [21] ITU-T, G.653(1993), “Characteristic of a dispersion-shifted single-mode optical fibre cable” [22] ITU-T, G.655(1993), “Characteristic of a non-zero dispersion-shifted singlemode optical fibre cable” [23] ITU-T, draft Rec G.952(1997), “Optical Interfaces for multichannel systems with optical amplifiers” [24] J M Pitts, J A Schormans(2000), “Introduction to IP and ATM Design and performance”, John Wiley & Sons Ltd [25] Joseph Ho(2004), “National Security Bureau Advantages of DWDM over SDH”, Nortel Network [26] Kevin H Liu(2002), “IP over WDM”, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England [27] Marconi(2000), “Introduction to the Synchronnous Digital Heirarchy”, AN00091831 (62.1013.105.11-A001) [28] Neill Wilkinson(2002), “Next Generation Network Services”, John Wiley & Sons, Ltd [29] P.Bonefant, C.Newton, K.Sparks, E.Varma, and R.Alferness,(2001),”A practical Vision for optical transport networking”, Lucent Technologies, Bell Labs Innovations, USA [30] Peter Tomsu, Christian Schmutzer(2002), “Next Generation Optical Network”, Prentice-Hall PTR, Inc Upper Saddle River, USA [31] Regis J “Bud” Bates(2001), “Optical Switching and Networking Handbook”, McGraw-hill [32] Robert G.Winch(1993), “Telecommunication transmission systems-Microwave, Fiber Optics, Mobile cellular radio, Data and digital multiplexing ”, USA [33] Senior Jonh M(1985) “Optical Fiber Communications”, Prentice-Hall International, Inc.,London [34] Steven Shepard(2001), “Optical Networking Crash Course”, McGraw-hill [35] S Ramamurthy and B Mukherjee, “Survivable WDM mesh networks, Part I – Protection”, INFOCOM „99, Eighteenth Annua Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies Proceedings IEEE, vol 2, pp 744-751, 1999 [36] Siemens corp.(2001), “Next generation Network”, Siemens Solution, Information Communication [37] Vu Van San(1998), “Improvement of sensitivity for receiver by using optical preamplifier”, Information technology seminar between PTIT & ETRI, South Korea [38] Vu Van San, M.J.Chu,and S.S.Lee(1999), “The senvitivity of 10Gb/s optically amplified receiver”, Proc, 16 th Optics and Quantum Electronic Conference, Optical Society of Korea-OSK, TD-V1,pp.92-92