Hệ thống chuyển mạch quang

Hệ thống chuyển mạch quang Hệ thống chuyển mạch quang Hệ thống chuyển mạch quang luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ giáo dục đào tạo tr-ờng đại học bách khoa hà nội Nguyễn Công hoan hệ thống chuyển mạch quang Luận văn thạc sỹ Điện tử - viễn thông Hà Nội - 2004 Bộ giáo dục đào tạo tr-ờng đại học bách khoa hà nội Nguyễn Công Hoan hệ thống chuyển mạch quang Chuyên ngành : Viễn thông Luận văn thạc sỹ Điện tử -viễn thông Ng-ời h-ớng dẫn khoa học Gs.Ts Trần Đức Hân Hà Nội - 2004 danh sách hình vẽ Tr Hình 1.1 Các loại chuyển mạch phân chia theo không gian Hình 1.2 Tốc độ chuyển mạch phụ thuộc kích cỡ ma trận chuyển mạch Hình 1.3 Chuyển mạch phân chia theo b-ớc sóng quảng bá lựa chọn Hình 1.4 Chuyển mạch định tuyến b-ớc sóng Hình 1.5 Chuyển mạch b-ớc sóng Hình 1.6 Chuyển mạch phân chia thời gian 10 Hình 1.7 Chuyển mạch quang T- S -T sử dụng WC-WGR-WC 10 Hình 1.8 Định dạng gói quang 12 Hình 1.9 Cấu tạo chuyển mạch OCDM 13 Hình 1.10 Sơ đồ khối tổng quát chuyển mạch gói quang 15 Hình 1.11 Bộ đệm gói loại sóng chạy 18 Hình 1.12 Bộ đệm gói vòng trở lại 18 Hình 1.13 Chuyển mạch Staggering 20 Hình 1.14 Chuyển mạch gói dùng dây trễ vòng trở lại 21 Hình 1.15 Chuyển mạch gói quang đệm đầu sử dụng đệm gói định tuyến b-ớc sóng 21 Hình 1.16 Chuyển mạch ma trận quang định tuyến b-ớc sóng 23 Hình 1.17 Chuyển mạch gói đệm đầu vào định tuyến b-ớc sóng 24 Hình 1.18 Chuyển mạch ULPHA 26 Hình 1.19 Chuyển mạch gói quang quảng bá chọn lọc 27 Hình 1.20 Chuyển mạch nhớ vòng sợi quang 28 Hình 1.21 Modul thay đầu đề gói 29 Hình 1.22 Sơ đồ đồng gói 30 Hình 2.1 Chuyển mạch x 33 Hình 2.2 Chuyển mạch coupler định h-ớng x 34 Hình 2.6 Đặc tính vào thiết bị hai trạng thái 36 Hình 2.7 Thiết bị trạng thái dùng buồng cộng h-ởng FP 37 Hình 2.8 Đặc tính biên độ thiết bị hai trạng thái cộngh-ởng FP dùng khoang cộng h-ởng FP 38 Hình 2.9 Sơ đồ chuyển ®ỉi b-íc sãng quang - ®iƯn 40 H×nh 2.10 Chun đổi b-ớc sóng dùng laser bán dẫn 40 Hình 2.11 Bộ chuyển đổi b-ớc sóng xáo trộn bốn b-ớc sóng 41 Hình 2.12 Bộ chuyển đổi b-ớc sóng dựa vào cổng điều khiển quang 43 Hình 2.13 Đặc tính BER cđa tÝn hiƯu 40Gbit/s i = 1554nm 44 H×nh 2.14 Nguyên tắc chuyển đổi b-ớc sóng sử dụng cấu trúc MZI MI 45 Hình 2.15 Sơ ®å bé chän b-íc sãng 46 H×nh 2.16 Bé läc màng mỏng điện môi có ba khoang cộng h-ởng 47 Hình 2.17 Hàm truyền đạt lọc màng mỏng 47 Hình 2.18 Bộ ghép / tách b-ớc sóng sử dụng lọc màng mỏng 48 Hình 2.19 Bộ lọc Fabry Perot 49 Hình 2.20 Hàm truyền đạt lọc Fabry Perot 50 Hình 2.21 Sơ đồ ghép xen bit xen gói 53 Hình 2.22 Bộ ghép để tạo luồng TDM xen bit 54 Hình 2.23 Bộ tách quang để tách kênh ®· ghÐp tõ luång TDM xen bit 55 H×nh 2.24 Bộ ghép quang để tạo luồng TDM xen gói 56 Hình 2.25 Bộ tách quang tách kênh từ luồng TDM ghép xen gói 57 Hình 2.26 G-ơng phản xạ vòng quang phi tuyến (NOLM) 59 Hình 2.27 Bộ tách quang không đối xứng terahertz (TOAD) 60 Hình 3.1 Chuyển mạch không gian Clos ba tầng 62 Hình 3.2 Chuyển mạch Crossbar 65 Hình 3.3 Chuyển mạch không tắc nghẽn xếp lại 65 Hình 3.4 Chuyển mạch crossbar đúp 67 Hình 3.5 Chuyển mạch phẳng N tầng x 68 Hình 3.6 Sắp xếp lại chuyển mạch phẳng N tầng 69 Hình 3.7 Kết nối chiều chuyển mạch Clos ba tầng 71 Hình 3.8 Chuyển mạch Benes 73 Hình 3.9 Mạng tự định tuyến 74 Hình 3.10 Mạng Banyan 32 x 32 76 Hình 4.1 Các dịch vụ khác mạng quang hệ thứ hai cung cấp cung cấp 80 Hình 4.2 Mạng WDM quảng bá - lựa chọn 83 Hình 4.3 Mạng WDM định tuyến b-ớc sóng 84 Hình 4.4 Phân lớp mạng quang hệ thứ hai 85 Hình 4.5 Các líp líp quang cđa m¹ng quang thÕ hƯ thứ hai 86 Hình 4.6 Mạng SDH có lớp quang bên d-ới 87 Hình 4.7 Cấu trúc OADM 89 Hình 4.8 Cấu trúc WI - XC 90 Hình 4.9 Sơ đồ WNI XC 91 Hình 4.10 Mạng định tuyến b-ớc sóng liên kết WDM 92 Hình 4.11 Nâng cấp mạng dùng định tuyến b-ớc sóng cố định 94 Hình 4.12 Giải pháp tối -u dùng chuyển mạch quang 96 Hình 5.1 - Mô hình hoá node theo lý thuyết hàng đợi 102 Hình 5.2 Ví dụ mạng kết nối đơn giản 105 danh sách bảng biểu Bảng 1.1 Mối liên hệ đầu vào, đầu b-ớc sóng AWGM 4x4 Bảng 3.1 So sánh cấu trúc chuyển mạch 25 78 MụC lục Trang Mở đầu Ch-ơng : Đặc điểm cấu trúc nguyên lý hoạt động loại chuyển mạch quang 1.1.Đặc điểm chuyển mạch quang 1.2 Chuyển mạch quang phân chia theo không gian 1.3 Chuyển mạch quang phân chia theo b-ớc sóng 1.4 Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian 1.5 Chuyển mạch quang phân chia theo m· 11 1.6 CÊu tróc chun m¹ch gãi quang ATM 14 1.6.1 Đặc điểm chuyển mạch gói quang 14 1.6.2 Đệm gói quang 17 1.6.3 Các cấu trúc chuyển m¹ch gãi 19 1.6.3.1 Chun m¹ch gãi quang dïng chun mạch không gian 19 1.6.3.2 Chuyển mạch gói quang định tuyến b-ớc sóng 22 1.6.3.3 Chuyển mạch gói quảng bá chọn lọc 25 1.6.4 Thay đầu đề gói đồng hóa 29 1.7 Kết luận 31 Ch-ơng : Các phần tử chuyển mạch quang 33 2.1 Chuyển mạch 33 2.2 Chuyển mạch quang điện 33 2.3 Thiết bị hai trạng thái 36 2.3.1 Khái niệm chung 36 2.3.2 Thiết bị hai trạng thái sử dơng bng céng h-ëng FP 37 2.4 Bé chun ®ỉi b-íc sãng 38 2.4.1 Bé chun ®ỉi b-íc sãng quang - ®iƯn 39 2.4.2 Bé chun ®ỉi b-íc sãng laser 40 2.4.3 Bé chun ®ỉi b-íc sãng coherent 41 2.4.4 Bộ chuyển đổi b-ớc sóng dùng cổng điều khiển quang 42 2.4.4.1 Cỉng XGM 42 2.4.4.2 C¸c cỉng XPM 44 2.5 Các loại lọc quang 45 2.5.1 Bộ chọn b-ớc sóng 45 2.5.2 Bộ lọc màng mỏng điện m«i nhiỊu líp 46 2.5.3 Bé läc Fabry – Perot 48 2.5.3.1 Nguyên lý hoạt động 49 2.5.3.2 Lựa chọn b-ớc sóng 51 2.6 Bộ ghép tách quang theo thời gian 52 2.6.1 Ghép tách tín hiệu quang ph©n chia theo thêi gian 52 2.6.2 GhÐp xen bit vµ ghÐp xen gãi 53 2.6.2.1 GhÐp xen bit 54 2.6.2.2 GhÐp xen gãi 56 2.6.2.3 C¸c cỉng AND quang 58 Ch-ơng : Các cấu trúc ma trận chuyển mạch quang 61 3.1 Tiêu chuẩn đánh giá 61 3.1.1 Số l-ợng điểm chéo 61 3.1.2 Xác suất tắc nghẽn 63 3.1.3 Khả thông qua 65 3.1.4 Tốc độ chuyển mạch 66 3.1.5 Xác suất tổn hại trễ 66 3.1.6 Khả nâng cấp mở rộng 66 3.2 Các cấu trúc ma trận chuyển mạch quang 66 3.2.1 Chuyển mạch crossbar crossbar đúp 66 3.2.2 Chuyển mạch phẳng N tầng 68 3.2.3 Chuyển mạch Clos 70 3.2.4 Chun m¹ch Benes 71 3.2.5 Chun m¹ch tù định tuyến 74 3.2.6 Chuyển mạch Banyal 32 x 32 75 3.3 So sánh cấu trúc chuyển mạch 78 Ch-ơng : Chuyển mạch quang mạng toàn quang 79 4.1 Các mạng quang hệ thứ 79 4.2 Các mạng quang hệ thứ hai 79 4.2.1 Các dịch vụ 80 4.2.2 Mức độ suốt 81 4.2.3 C¸c cÊu tróc WDM 83 4.2.4 Líp quang 84 4.2.5 CÊu tróc OTDM 87 4.3 øng dơng cđa chun mạch quang mạng toàn quang 4.3.1 Thiết kế xen/rẽ quang nối chéo quang 88 4.3.2 Mạng định tuyến b-ớc sóng 92 88 Ch-ơng :Xây dựng ph-ơng pháp tính toán thiết kế mạng mạng chuyển mạch gói toàn quang 97 5.1 Các yêu cầu để thiết kế tối -u mạng quang 97 5.2 Vấn đề tối -u mạng quang 98 5.2.1 Xây dựng mô hình kết nối 100 5.2.2 Mô hình mạng 102 5.3 Thuật toán tối -u 104 5.3.1 Điểm bắt đầu 105 5.3.2 Các b-ớc lặp 107 5.3.3 Các ý thiết kÕ 108 5.4 KÕt luËn 109 KÕt luËn vµ kiÕn nghị 110 Các CHữ viết tắt 111 Tài liệu tham kh¶o 115 MỞ ĐẦU Cùng với phát triển xã hội nhu cầu người thông tin ngày cao Để đáp ứng nhu cầu đó, địi hỏi mạng lưới viễn thơng phải có tốc độ cao, dung lượng lớn Các mạng lưới dần bộc lộ yếu điểm tốc độ, dung lượng, băng thông Mạng quang ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) đời đáp ứng địi hỏi cấp thiết Mạng quang WDM ứng dụng kỹ thuật ghép kênh bước sóng nên nâng dung lượng truyền dẫn sợi quang lên cao Hơn hệ thống chuyển mạch quang sử dụng mạng có nhiều ưu điểm hẳn hệ thống chuyển mạch điện tử, hệ thống khơng cần chuyển đổi quang điện khơng bị hạn chế tốc độ thiết bị Cùng với hai tiến trên, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị nối chéo quang (OXC) thiết bị xen rÏ quang (OADM) sở để thiết lập mạng thơng tin tồn quang, có tốc độ cao, dung lượng lớn, suốt đáp ứng tốt yêu cầu mạng lưới viễn thông mà xã hội địi hỏi Nh- vËy, chun m¹ch quang thành phần quan trọng mạng WDM Và mục đích luận án nghiên cứu cấu trúc,nguyên lý hoạt động ứng dụng mạng WDM Trong thời gian làm luận án, đà nhận đ-ợc giúp đỡ, bảo quý báu thầy giáo, giáo s-, tiến sỹ Trần Đức Hân thầy cô, bạn bè khoa Điện tử - viễn thông, tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2004 Học viên Nguyễn Công Hoan ... lọc định tuyến dựa chuyển mạch không gian 1.6.3.1 Chuyển mạch gói quang dùng chuyển mạch không gian Chuyển mạch không gian quang thành phần chủ yếu hệ thống chuyển mạch gói quang Dù cấu trúc định... công nghệ quang với công nghệ điện tử quan trọng thiết kế hệ thống thiết bị quang t-ơng lai 33 ch-ơng phần tử chuyển mạch quang Chuyển mạch phân chia không gian gồm chuyển mạch cơ, chuyển mạch. .. thay chuyển mạch gói điện tử chuyển mạch gói quang tín hiệu trì d-ới dạng quang Sự kết hợp chuyển mạch gói công nghệ quang đà mở khả chuyển mạch gói môi tr-ờng quang suốt Nhờ kết hợp phần tử quang