Thiết kế hệ thống thông tin sợi quang làm việc ở cự ly 100 km

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN ĐỖ HỮU QUỐC ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG LÀM VIỆC Ở CỰ LI 100KM Chuyên ngành : VẬT LÝ KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS-TS TRẦN MINH THÁI Cán chấm nhận xét : PGS.TS CẨN VĂN BÉ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét :TS LÝ ANH TÚ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 05 tháng 02 năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đỗ Hữu Quốc Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/04/1978 Nơi sinh: Trà Vinh Chuyên ngành: Vật lý Kỹ thuật MSHV: 01207700 1- TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG LÀM VIỆC Ở CỰ LI 100 KM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Tìm hiểu tổng quan hệ thống thông tin quang.Xây dựng mạng truyền dẫn thông tin sợi quang dung lượng cao ổn định cao Dựa phần mền thiết kế mơ sẵn có nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí có tính xác cao mơ thiết kế Lựa chọn cách thiết kế, hoạch định, phương pháp tính tốn mơ triển khai mạng thơng tin sợi quang làm việc cự li 100 Km 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS-TS TRẦN MINH THÁI Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) Lời cám ơn Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô khoa Khoa Học Ứng Dụng trường Đại học Bách Khoa Tp HCM tận tình truyền đạt kiến thức quý báu cho suốt thời gian học trường Xin cám ơn bạn học khóa hỗ trợ tơi kiến thức suốt khóa học qua, xin cám ơn đồng nghiệp Tổng Công ty Viễn thông Quân Đội hỗ trợ thiết kế thực tế mạng thông tin sợi quang Đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy Trần Minh Thái, thầy tận tình truyền đạt hướng dẫn tơi kiến thức quan trọng để hoàn thành luận văn Học viên : Đỗ Hữu Quốc Tóm tắt luận văn thạc sĩ Trong năm gần đây, với tăng trưởng kinh tế đời sống xã hội, nhu cầu phát triển loại hình dịch vụ điện thoại,phi thoại, Internet đặc biệt loại dịch vụ băng rộng; Đa phương tiện, truyền hình, xử lý ảnh vv…ngày tăng Để thoả mãn nhu cầu cần phải có mạng truyền tải băng rộng gồm hệ thống truyền dẫn lên tới Gbit/s, cự ly truyền dẫn xa, mạng truyền dẫn xa,mạng truyền tải đòi hỏi phải có cấu trúc đại linh hoạt phải thoả mãn nhu cầu truyền tải dịch vụ băng rộng Mạng cần có tổ chức đơn giản phải có chức năng, đảm bảo khả quản lý kênh, định tuyến tính an toàn mạng cao, dễ dàng việc nâng cấp công nghệ mạng phát triển mở rộng tương lai Xuất phát từ nhu cầu trên, luận văn đời để giải vấn đề truyền dẫn hệ thống thơng tin quang Tìm giải pháp tối ưu cho việc thiết kế kiểm tra hệ thống thông tin quang Xây dựng mạng truyền dẫn thông tin sợi quang dung lượng cao ổn định cao Dựa phần mền thiết kế mơ sẵn có nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí có tính xác cao mơ thiết kế Thực tế Việt Nam trung tâm tỉnh đến tỉnh có cự li trung bình khoảng từ 65 – 100 km Do đề tài nghiên cứu luận văn đời với tên : “Thiết kế hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km” có nơi dung sau : - Tìm hiểu Hệ thông tin sợi quang: sợi quang, laser phát, photodiode… - Tìm hiểu nghiên cứu phương thức truyền dẫn hệ thơng tin quang - Tìm hiểu phần mềm mô thiết kế mạng truyền dẫn quang - Dùng hiểu biết để thiết kế mạng thông tin quang không cần phần mềm Thiết kế mô dựa phần mềm PHOTOSS/VPI/Optsim - Thiết kế thực mạng truyền dẫn quang dựa thiết bị truyền dẫn có sẵn hãng Huawei mà Cơng ty Viettel Telecom triển khai ABSTRACT In this thesis, we calculated, simulated fiber optic communication link using Optsim software This results , we designed optical fiber system operation with distances over 100 km and can to 200 km This fiber optical communication with following characteristics:  The system built on three node transmission, consist of node HCM058, node DNI001 and node HCM148 Signal from HCM058 to DNI001 and then transit to HCM 148 with total length distance of transmission is 110 km  The maximum speed of this system can be to 155,52 Mbps corresponding with STM-1 or 63 E1 (1xE1 ~ 2Mbps) Addition this system support four FE (Fast Ethernet 2~100 Mbps)  The system can be support in LAN system, WAN system and other applied  This system allow data transmission of 2G service, 3G service, files transfer, music signal transfer, video signal transfer, FTTH (Fiber To The Home) service, FTTx service… This system can be applied connection information between hospital to hospital, office to office, office to home … The fiber optical communication can be applied to expand bandwide up to 10 Gbps Besides, designing fiber optic communication link can be applied in exploitation its operation Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km MỤC LỤC Mở đầu .1 PHẦN 1: TỔNG QUAN Chương : Hệ thống thông tin Quang .3 1.1 Giới thiệu hệ thông tin sợi quang 1.2 Đặc điểm ánh sáng 1.2.1 Ba đặc tính ánh sáng .5 1.2.2 Sự giao thoa ánh sáng .6 1.3 Sợi quang 1.3.1 Cấu tạo sợi quang .8 1.3.2 Ánh sáng lan truyền sợi quang .8 1.3.3 Phân loại cấu trúc sợi quang 10 1.4 Đặc tính sợi quang .12 1.4.1 Tổn hao sợi quang 12 1.4.2 Tán sắc ánh sáng độ rộng băng truyền dẫn 15 1.5 Linh kiện phát quang (Optical Transmitter ): 16 1.5.1 Cơ chế phát xạ ánh sáng 16 1.5.3 Cơ chế phát xạ ánh sáng chất bán dẫn 17 1.5.3 Cấu trúc linh kiện phát quang .18 1.6 Linh kiện thu quang (Optical Receiver) 22 1.6.1 Cơ chế thu quang .22 1.6.2 Cấu trúc linh kiện thu quang 23 Chương : Thiết kế hệ thống thông tin Quang 25 2.1 Lựa chọn thành phần, thông số 25 2.1.1 Bước sóng 26 2.1.2 Linh kiện phát quang 27 2.1.3 Linh kiện thu quang 27 2.1.4 Bộ tách ghép kênh quang 28 2.1.5 Sợi quang .28 2.2 Lựa chọn khoảng cách đặt trạm lặp tín hiệu 29 2.3 Các thông số cần lưu ý thiết kế 31 2.3.1 Băng Thông thời gian trễ tín hiệu .31 2.3.2 Suy hao đường truyền 31 2.3.3 Giải động 32 2.3.4 Nhiễu tỉ lệ tín hiệu nhiễu, Eye pattern 32 2.4 Lựa chọn kỹ thuật mã hóa tách ghép kênh cho mạng 34 PHẦN : KẾT QUẢ 36 Chương : Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 36 3.1 Mục tiêu : .36 Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km 3.2 Các nhiệm vụ : 36 Chương : Các phần mềm mô thiết kế mạng truyền dẫn quang .38 4.1 Giới thiệu phần mềm 38 4.2 Một số ví dụ mơ hệ thống thơng tin phần mềm 41 4.2.1 Phần mềm mô hệ thống thông tin quang PHOTOSS 41 4.2.2 Phần mềm mô hệ thống thông tin quang VPI .42 4.2.3 Phần mềm mô hệ thống thông tin quang Optsim 44 4.3 Mô hệ thống thông tin phần mềm Optsim 47 4.3.1 Thiết kế mô mô hình .47 4.3.2 Kết mô 53 4.3.2.1 Mô hệ thống làm việc tốc độ 1GHz , bước sóng 1550nm 53 a Đường truyền trục có chiều dài 1km 55 b Đường truyền trục có chiều dài 10km 59 c Đường truyền trục có chiều dài 100km 63 4.3.2.2 Mô hệ thống làm việc tốc độ 10GHz , bước sóng 1550nm 67 a Đường truyền trục có chiều dài 1km .69 b Đường truyền trục có chiều dài 10km 73 c Đường truyền trục có chiều dài 100km 77 Chương : Kết thiết kế mạng truyền dẫn quang 82 5.1 Thiết kế thử mạng truyền dẫn có cự li >100km .82 5.1.1 Lựa chọn cự li tuyến 82 5.1.2 Lựa chọn thông số thiết kế .85 5.1.3 Lựa chọn Thiết bị cho hệ thống thông tin truyền dẫn quang .88 5.2 Kết Thiết kế thử mạng truyền dẫn có cự li >100Km 95 Chương : KẾT LUẬN 102 6.1 Kết thu .102 6.1.1 Sử dụng phần mềm mô hệ thống thông tin sợi quang 102 6.1.2 Từ thiết kế thi công thử hệ thống thông tin sợi quang 102 6.2 Thuận lợi 103 6.3 Khó khăn 103 6.4 Ứng dụng thực tiễn đề tài 103 6.5 Kết luận 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC 107 Các Phương Thức Truyền Dẫn hệ Thống mạng thông tin Quang 107 1.1 Cơ sở chuẩn hóa phương thức truyền dẫn 107 1.2 Metrobus 107 1.3 SONET 109 1.4 Phân cấp số đồng .111 1.5 SHD SONET .113 Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km 1.6 1.7 10 Phân cấp số cận đồng so với đồng .115 Các đặc điểm Phương pháp Truyền dẫn Đồng .122 Các mạch vòng tự hàn gắn (SHR) 124 Hệ thống thông tin ATM 138 Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Mở đầu Các phương thức truyền dẫn tín hiệu gồm có truyền dẫn tín hiệu hữu tuyến truyền dẫn vơ tuyến Truyền tín hiệu hữu tuyến : truyền cáp quang, cáp đồng Truyền tín hiệu vơ tuyến : vệ tinh, viba… Việc sử dụng truyền dẫn vô tuyến vệ tinh, viba … đầu tư tốn nhiều chi phí, triển khai khó khăn, vận hành bảo dưỡng tốn chi phí cao, dung lượng thấp Vài chục năm trước truyền dẫn thông tin chủ yếu dùng phương thức truyền dẫn hữu tuyến cáp đồng, cáp song hành, cáp xoắn cáp đồng trục… Thông tin truyền với phương thức đa phần tín hiệu điện truyền dây dẫn kim loại Nhược điểm bị giới hạn khỏang cách truyền, tốc độ băng thông truyền thông tin Khoảng từ thập niên 1970 trở lại đây, với đời sợi quang Việc truyền dẫn tín hiệu thơng tin sợi quang thay cho tín hiệu điện truyền dây dẫn kim loại truyền thống Trong thời đại thông tin nay, thông tin truyền thơng đóng vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội Lượng thông tin trao đổi hệ thống thông tin ngày tăng lên nhanh Bên cạnh gia tăng số lượng, dạng lưu lượng truyền thông mạng thay đổi Dạng liệu chủ yếu lưu lượng Internet Phần lớn nhu cầu liên quan đến việc truyền liệu tiếng nói Số người sử dụng Internet ngày đông thời gian lần truy cập thường kéo dài nhiều lần gọi điện thoại Bên cạnh đó, doanh nghiệp thường dựa vào mạng tốc độ cao để điều hành công việc Những điều tạo nhu cầu sử dụng băng thông lớn, đường truyền tốc độ cao, tin cậy chi phí thấp Truyền dẫn thơng tin sợi quang đáp ứng u cầu Những tính ưu việt mà hệ thống thông tin sợi quang so với hệ thông tin cáp kim loại truyền thống : - Sợi quang nhẹ sợi cáp kim loại truyền thống - Do sợi dẫn quang vật liệu phi kim loai nên cách điện chống sét đánh lan truyền đường dây hệ thống mạng -1- Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km thường Cấu trúc SHR thuộc hai loại phổ biến khác chế điều khiển bảo vệ cần sử dụng để phục hồi dịch vụ bị gián đoạn Trong SHR đơn hướng (USHR) lưu lượng làm việc chuyển quanh mạng vòng theo hướng (chẳng hạn ngược chiều kim đồng hồ) Hãy tham khảo hình 2.15(a) Lưu lượng từ nút định tuyến theo đường truyền thơng làm việc từ Nút tới Nút (tức đường 1-2-3) Lưu lượng quay tiếp tục theo vòng từ Nút quay Nút theo chiều từ Nút đến Nút 3, sử dụng phần lại vòng làm việc (tức đường 3-4-1) Do vậy, lưu lượng tới Nút Nút theo đường khác Do trình truyền dẫn lưu lượng làm việc bình thường USHR theo chiều dung lượng vòng xác định tổng nhu cầu nút Các USHR gọi "các vịng quay ngược" vịng truyền thơng thứ hai (chỉ để bảo vệ) phát theo chiều ngược với vòng thứ (vòng làm việc) Hình 2.14 Chuyển mạch đường dây so với đầu vịng ngược dùng để phục hồi đường vịng Vì kênh phục vụ định tuyến cách đơn hướng, cần phải có cáp quang để vận chuyển chúng USHR cài đặt theo khái niệm bảo vệ 1:1 + USHR sử dụng vòng riêng biệt làm vòng bảo vệ mà khơng vận chuyển nhu cầu dịch vụ trạng thái bình thường trộn (đấu vịng) kênh bị gián đoạn sang vòng bảo vệ từ phía vịng làm việc thành phần mạng bị hỏng Cấu trúc 1:1/USHR gọi SHR đơn hướng trộn (USHR/L) Tương phản lại, USHR + phân chia tín hiệu sang hai vịng làm việc bảo vệ nút phía phát (có nghĩa bắc cầu đầu cuối), cịn nút phía thu lựa chọn tín hiệu tốt hai tín hiệu dựa tiêu chuẩn chuyển mạch bảo vệ Cấu hình USHR + gọi đường đơn hướng SHR (USHR/P) Lưu ý USHR 1:1 cấu USHR 1:N, có nghĩa vịng truyền thơng bảo vệ cho N vịng truyền thông làm việc dùng chung: USHR 1:N khơng phải loại tự hàn gắn tồn - 127 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Hình 2.15 Các định nghĩa SHR đơn hướng song hướng Như trình bày hình 2.15(b), trường hợp SHR song hướng (BSHR), lưu lượng làm việc theo hai hướng đường nhất; đường sử dụng hai đường truyền thông song song với (hướng hoạt động hướng ngược lại) nút vòng (chẳng hạn Nút Nút 3) Thí dụ, điều kiện bình thường, tín hiệu từ Nút đến Nút định tuyến qua đường 1-2-3, cịn tín hiệu quay từ Nút tới Nút định tuyến qua đường (đường 3-2-1) Vì lưu lượng định tuyến đường nút mà dung lượng dư thừa quanh vịng dùng chung sở tuyến kết nối khơng dành riêng cho tổng u cầu vịng (như trường hợp USHR) Do kênh nghiệp vụ định tuyến song hướng hai nút, cần đến hai cáp quang để vận chuyển kênh nghiệp vụ Một BSHR dùng hai bốn cáp quang, tuỳ thuộc vào việc bố trí dung lượng dư thừa Trong trường hợp BSHR bốn cáp quang (hoặc cấu hình 1:1) vịng truyền thơng thứ hai, lập với vịng thứ nhất, cung cấp để bảo vệ Các kênh làm việc bảo vệ sử dụng vòng truyền thơng khác Các BSHR 1:1 cấu BSHR 1:N, tức vịng truyền thơng bảo vệ dùng cho N vịng truyền thơng làm việc Như đề cập trên, BSHR 1:N loại tự hàn gắn đầy đủ, vậy, mục không thảo luận chúng Trong trường hợp BSHR hai cáp quang, kênh làm việc bảo vệ sử dụng cáp quang với phần dải thông dự phòng để bảo vệ Để cung cấp chức tự hàn gắn, thường nửa dải thông dự phịng để bảo vệ Việc bố trí mạng vịng bảo đảm chuyển mạch bảo vệ đường dây nhờ sử dụng phương pháp TSI để hoà nhập kênh làm việc cáp quang bị hỏng với kênh bảo vệ cáp quang không bị ảnh hưởng Các USHR BVSR cịn phân loại tiếp thành SHR chuyển mạch bảo vệ đường dây đường truyền phù hợp với mức SONET dùng để: (1) vận chuyển tin báo gặp cố (2) xúc phát hoạt động chuyển mạch bảo vệ phép vòng phục hồi cách tự động khỏi cố - 128 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Một cấu trúc SHR chuyển mạch bảo vệ đường dây sử dụng tiêu đề đường dây SONET (chẳng hạn byte K1 K2) để vận chuyển tin báo cố để xúc phát động tác chuyển mạch bảo vệ Động tác chuyển mạch bảo vệ thực lớp đường dây để phục hồi khỏi cố không liên quan đến lớp đường truyền Nó phục hồi yêu cầu đường dây khỏi phương tiện bị cố Các cấu trúc chuyển mạch bảo vệ đường dây xác định cho hai loại USHR BSHR, sử dụng nguyên tắc đấu vòng lưu lượng sang đường bảo vệ Khi vịng bị đứt cần phải có điều khiển chỗvà điều khiển từ xa để thực việc đấu vòng lưu lượng nút nằm hai phía chỗ đứt Hệ thống chuyển mạch bảo vệ đường dây lựa chọn tự nhiên tất BSHR định tuyến yêu cầu BSHR sử dụng nguyên tắc hệ thống điểm - nối - điểm nay, hệ thống sử dụng hệ chuyển mạch bảo vệ đường dây (tức APS) để phục hồi yêu cầu cấu kiện mạng bị hư hỏng Một cấu trúc SHR chuyển mạch bảo vệ đường truyền sử dụng tín hiệu lớp đường truyền (chẳng hạn, đường AIS) để khởi động chuyển mạch bảo vệ Khác với hệ thống chuyển mạch bảo vệ đường dây, hệ thống chuyển mạch bảo vệ đường truyền phục hồi kênh STS VT đầu cuối - tới - đầu cuối Chuyển mạch đường truyền đường đặc trưng độc lập với trạng thái đường khác Mặc dù nút phát cố đường dây, chuyển mạch thực lớp đường truyền cho SHR chuyển mạch đường truyền Với chuyển mạch bảo vệ đường truyền, người ta xác định rõ hai cấp mức mạch vòng: VT STS SHR chuyển mạch bảo vệ đường truyền VT xác định vòng, đường truyền VT chuyển mạch cho xếp lại mạch vòng, SHR chuyển mạch bảo vệ đường STS xác định mạch vòng đường truyền STS chuyển mạch để tái xếp mạch vòng Các vòng chuyển mạch đường truyền STS VT tương ứng sử dụng chủ yếu mạng liên tổng đài mạng đấu vịng Hình 2.16 Miêu tả u cầu kỹ thuật cấu trúc vòng SONET dựa sở định truyền yêu cầu chế điều khiển bảo vệ Sự tiến triển sang BISDN B-ISDN phát triển để điều tiết thể loại khác tín hiệu băng rộng, dựa khái niệm tiêu chuẩn ISDN tiêu chuẩn thông tin quang đồng bộ, hệ thống thơng tin ATM phát triển để cài đặt B-ISDN Mục tiêu chủ yếu BISDN liên kết tất tín hiệu liên tục theo - 129 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km thời gian thực tín hiệu số liệu theo nhóm có phân bố dải tần rộng (cần thiết để cung cấp dịch vụ băng hẹp, phát từ xa, chẳng hạn giám sát từ xa, đầu cuối số liệu, điện thoại fax, dịch vụ băng rộng, chẳng hạn điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình, truyền tín hiệu truyền hình độ nét cao, truyền số liệu tốc độ cao v.v) B-ISDN đòi hỏi phương pháp hiệu để xử lý chung tất dịch vụ nói Hệ thống truyền thơng ATM (phương thức chuyển giao không đồng bộ) đề xuất giải pháp Các khái niệm BISDN phát triển để đáp ứng cách hiệu nhu cầu ngày gia tăng thể loại dịch vụ băng rộng khác Để điều tiết tất loại tín hiệu băng rộng này, dịch vụ thông tin, chẳng hạn thể loại điện thoại video, cần liên kết với loại dịch vụ phân bố, chẳng hạn CATV Ngồi ra, phải có chức cung cấp dịch vụ chế độ kênh, dịch vụ chế độ gói Mặt khác, lại có địi hỏi khả mạng có khả cung cấp dịch vụ giám sát từ xa hoạt động tốc độ truyền dẫn thấp (bit/s) dịch vụ thoại/thị tần hoạt động tốc độ truyền dẫn trung bình/cao (vài chục kbit/s cho thoại vài trăm Mbit/s cho video) Một giải pháp cho việc đề xuất tiêu chuẩn hố loại tín hiệu khác dịch vụ để ứng có hình thức bề ngồi sau đó, tích trữ chúng lại để ghép kênh Các tế bào ATM sử dụng để tiêu chuẩn hố hình thức bề ngồi tín hiệu dịch vụ hệ thống ATDM (ghép kênh không đồng phân chia theo thời gian) sử dụng để ghép nhóm tế bào ATM; hệ thống truyền thông dựa sở tế bào ATM ghép kênh ATDM gọi hệ thống thông tin ATM Hệ thống truyền thông ATM liên kết hệ thống thông tin digital chế độ kênh hoạt động với hệ thống thơng tin chế độ gói Hệ thống thơng tin ATM giống hệ thống thơng tin gói, sử dụng tế bào ATM phương tiện truyền dẫn bản, khác với chuyển mạch gói chỗ đồng thời xử lý tín hiệu thời gian thực tương đương Ngoài ra, hệ thống chuyển mạch gói nói chung sử dụng cách cục mạng LAN, hệ thống ATM thiết kế để sử dụng mạng công cộng định cỡ lớn, khắc phục khó khăn việc gán địa chỉ, điều khiển kết nối lưu trình, chuyển mạch truyền dẫn Mặt khác, so với hệ thống thông tin chế độ kênh (phân bố kênh cho dịch vụ sau thơng qua kênh mà chuyển tín hiệu thơng tin dãy bít liên tục), ATM phân chia tín hiệu mang thơng tin sau nạp chúng vào tế bào ATM để chuyển chúng qua kênh ảo Do vậy, số vấn đề liên quan đến việc thiết lập nối kết, trình báo hiệu, đến truyền dẫn chuyển mạch phát sinh B-ISDSN hay hệ thống thông tin ATM triển khai vào cuối năm 1980, từ đến nghiên cứu nâng cấp Do mục sau xem xét lại vấn đề liên quan đến chúng, dựa điều khoản thuộc BISDN ITU-T Hệ thống thông tin ATM phát triển để cài đặt B-ISDN xem "mạng ATM" Khi xã hội phát triển, ngày có nhiều cơng ty mọc lên, nhu cầu dịch vụ đa phương tiện dịch vụ băng rộng khác gia - 130 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km tăng cách đáng kể Bây ngày có nhiều người sử dụng đầu cuối số liệu, máy tính cá nhân, máy Fax hệ thống hội nghị video, số lượng công ty nhận tham gia vào dịch vụ CATV tăng lên Ngoài ra, nhu cầu dịch vụ điện thoại thấy hình (video), truyền hình độ phân giải cao, truyền số liệu tốc độ cao, dịch vụ giám sát video, truy tìm video, video text băng rộng tiếp tục gia tăng Những dịch vụ kể bao gồm dịch vụ giao lưu dịch vụ phân phối mà số dịch vụ cần đến mạng riêng (do số dịch vụ dịch vụ chế độ kênh, số dịch vụ chế độ gói) Song để làm điều cần phải đầu tư mạnh làm cho thông tin trở nên hiệu Do đó, có nhu cầu liên kết dịch vụ nói thành mạng truyền thông chung cho tất dịch vụ liên kết BISDN - mạng thơng tin số, có khả cung cấp loại hình dịch vụ băng hẹp, chẳng hạn điện thoại, đầu cuối số liệu, giám sát từ xa, facximin, teletext, dịch vụ băng rộng, chẳng hạn điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình, truyền dẫn hình ảnh có độ phân giải cao, truyền số liệu tốc độ cao, giám sát video CATV Do vậy, B-ISDN xem mạng thơng tin mà phát triển từ mạng ISDN băng hẹp sử dụng Cấu hình giao diện khách hàng - mạng (UNI) B-ISDN trình bày hình 2.17, trường hợp thị việc sử dụng điểm chức Tb, Sb R nhóm chức B-NT1, B-NT2, B-TE1, B-TE2, B-TA Trong hình này, trường hợp (a), (b), (c), (d), (e), (f), (i), (j) có cấu hình giống cấu hình ISDN Cũng vậy, trường hợp (g), (h) cho thấy B-NT dung cấp điểm gốc S Sb cách đồng thời Cấu hình vật lýcủa UNI để kết nối điểm trình bày hình 2.18 Trong hình này, (a) thị cấu hình chung loại tập trung hố, cịn (b) thị cấu hình chung loại phân bố Cũng vậy, (c), (d), (e) thị cấu trúc bus hình sao, cấu trúc bus cấu trúc vòng loại phân bố MA hình phối hợp phương tiện, cịn W điểm kết nối MA với Ngoài ra, TE* thị TE tạo cấu trúc kiểu bus SSB thị điểm kết nối TE* MA thiết bị B điểm gốc thuộc loại phi tiêu chuẩn B-NT1 thực chức lớp 1, chẳng hạn điểm cuối đường dây truyền dẫn, xử lý phối ghép truyền dẫn, vận hành bảo dưỡng B-NT2 thực chức lớp lớp có mức cao cấu hình theo phương pháp tập trung phương pháp phân bố Các chức liên quan đến B-NT2 phối hợp phương tiện (MA), tìm kiếm biên giới tế bào, tập trung hố, nhớ đệm ghép kênh, tách kênh, gán nguồn, xử lý phối ghép chức AAL báo hiệu, xử lý giao thức báo hiệu chuyển mạch kết nối bên B-TE thực truyền thông khách hàng với - khách hàng khách hàng - với - máy, kết cuối phối ghép, xử lý giao thức báo hiệu, xử lý nối kết thiết bị khác, lớp lớp có mức cao hơn, kể OAM - 131 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km (a), (b) Trường hợp giao diện vật lý Sb, Tb (c), (d) Trường hợp giao diện vật lý Sb (e), (f) Trường hợp giao diện vật lý Tb (g), (h) Trường hợp S, Sb, Tb đồng tồn (i), (j) Trường hợp Sb, Tb đồng Hình 2.17 Cấu hình vật lý UNI (a) Cấu hình chung loại B-NT2 tập trung hố (Cấu trúc hình sao) (b) Cấu hình chung loại B-NT2 phân bố (c) Cấu trúc bus hình (d) Cấu trúc bus (e) Cấu trúc vòng - 132 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Hình 2.18 Cấu trúc tổng quan vật lý cho phương tiện dùng chung Giao diện mạng B-ISDN Nếu cân nhắc BISDN mạng chuyển tải ATM, đưa khái niệm phân lớp mạng Có nghĩa là, mạng chuyển tải phân lớp thành mạng lớp ATM mạng lớp vật lý Mạng lớp ATM lại chia nhỏ thành lớp kênh ảo lớp đường ảo Điểm nối kết lớp tương ứng - 133 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Hình 2.19 Mối quan hệ mạng phân lớp B-ISDN Cũng vậy, mạng lớp vật lý chia nhỏ thành lớp đường truyền dẫn, lớp đoạn digital lớp đoạn tái tạo Khái niệm mạng phân lớp áp dụng trường hợp mạng dựa tế bào mạng dựa SDH Mối quan hệ lớp mạng B-ISDN trình bày hình 2.19 Trong lớp kênh ảo có cung cấp kết nối kênh ảo (VCC Virtual Channel Connection) để chuyển giao thông tin khách hàng - khách hàng khách hàng - mạng mạng - mạng Do VCC thiết lập điểm chuẩn Tb Sb tế bào liên quan đến kết nối VCC chuyển giao qua kênh Trong lớp đường ảo có cung cấp nối kết đường ảo (VPC - Virtual Path Connection) để chuyển giao thông tin khách hàng - khách hàng, khách hàng - mạng mạng - mạng Do vậy, VPC cấu hình nhờ kết nối liên tục kênh kết nối VP, VPC, khách hàng - khách hàng thiết lập điểm chuẩn Tb Sb Ngoài ra, tế bào liên quan đến VPC chuyển giao đường Mạng lớp vật lý mạng truyền dẫn đồng bộ, kết hợp với mạng lớp phương tiện truyền dẫn: có nghĩa lớp đường truyền dẫn đường VC-4 trường hợp phân lớp dựa SDH; lớp đoạn digital lớp đoạn tái tạo tương ứng đoạn ghép kênh đoạn tái tạo Các đặc trưng tín hiệu dịch vụ B-ISDN - 134 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km B-ISDN có mục đích kết hợp tất dịch vụ hữu vào mạng truyền thơng tương lai Do vậy, cung cấp dịch vụ băng hẹp, chẳng hạn điện thoại, đầu cuối số liệu, fasimile, soạn thảo văn từ xa, đọc số đo từ xa, videotex, bưu điện tử, teletex Ngồi ra, có khả cung cấp dịch vụ băng rộng, chẳng hạn điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình truyền số liệu tốc độ cao, facsimile màu, CATV, phân phối HDTV, âm nhạy cảm cao, thư truyền hình, giám sát video, truyền chương trình chiếu phim độ phân giải cao videotex băng rộng Những dịch vụ BISDN bao gồm tất dịch vụ có đặc tính khác Có nghĩa là, dịch vụ tương tác chẳng hạn điện thoại điện thoại thấy hình dịch vụ thơng báo chẳng hạn bưu điện tử bưu hình ảnh dịch vụ truy tìm để tra cứu vẽ văn bao gồm Các dịch vụ dịch vụ thơng tin mà tín hiệu dịch vụ chuyển giao theo hai chiều, song bên cạnh đó, chúng cịn có dịch vụ phân phối chiều, chẳng hạn dịch vụ CATV Những đặc trưng bật tín hiệu dịch vụ B-ISDN phạm vi phân bố dải thơng rộng Trong tín hiệu cấu hình ISDN băng hẹp phân bố quanh tín hiệu thoại việc phân bố tốc độ tín hiệu BISDN bao gồm lớp digital khác, tín hiệu video khác tín hiệu truyền số liệu tốc độ cao Do đó, đứng quan điểm tốc độ truyền dẫn, tín hiệu dịch vụ chiếm băng tần rộng từ vài bit/s tín hiệu giám sát từ xa tới tín hiệu video với vài trăm Mbit/s Ngồi ra, thời gian sử dụng phạm vi từ số liệu tốc độ thấp, có độ dài vài giây, tới dịch vụ video có độ dài vài giờ, dịch vụ thoại có độ dài vài ba phút Như mơ tả, B-ISDN có khả cung cấp dịch vụ băng rộng tới nhiều Mbit/s, tần số mà sử dụng phân bố thời gian sử dụng có phạm vi rộng Đặc tính phân bố khác tín hiệu dịch vụ B-ISDN tín hiệu liên tục, chẳng hạn tiếng nói hình ảnh, "sống chung" với tín hiệu nhóm, chẳng hạn số liệu đầu cuối Các tín hiệu tiếng nói hình ảnh trở thành tín hiệu tốc độ bít nhờ phương pháp số hố Tuy nhiên, tín hiệu số liệu khác tín hiệu với tốc độ bít biến đổi rộng Mặt khác, tín hiệu hình ảnh âm địi hỏi xử lý theo thời gian thực, trường hợp số liệu khơng cần - 135 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Hình 2.20 Phân bố dịch vụ B-ISDN Do khác vậy, chuyển mạch truyền dẫn tín hiệu dịch vụ B-ISDN trở nên khó mà thực Vì lý đó, chuyển mạch gói lý tưởng tốc độ thấp số liệu nhóm, đó, tín hiệu tiếng nói hình ảnh chuyển mạch kênh thích hợp Ngồi ra, tín hiệu thoại, chuyển mạch phân chia thời gian phát từ lâu thích hợp cả, cịn tín hiệu video tốc độ cao chuyển mạch kênh phân chia theo khơng gian Vì vậy, tìm hệ thống truyền dẫn có khả trao đổi với tín hiệu tốc độ thấp/cao tín hiệu liên tục/ nhóm khó khăn Tốc độ số liệu kênh Nền tảng kỹ thuật B-ISDN Như đề cập trước đây, dịch vụ B-ISDN cung cấp có đặc điểm khác nhau, số công nghệ địi hỏi để thực hố BISDN Thứ nhất, xử lý tốc độ cao công nghệ môi trường, truyền dẫn băng rộng công nghệ chuyển mạch băng rộng; chúng yêu cầu tín hiệu dịch vụ băng rộng tốc độ cao sử dụng rộng rãi Vả lại, việc cải thiện công nghệ thiết bị xử lý video cần thiết dịch vụ B-ISDN loại dịch vụ video khác Hơn nữa, công nghệ mạng thông tin vấn đề cần thiết, dịch vụ tốc độ thấp/tốc độ cao cung cấp dịch vụ chế độ gói đồng tồn Những cơng nghệ phát triển nâng cấp liên tục nhằm đáp ứng cách đầy đủ nhu cầu dịch vụ băng rộng ngày tăng Thứ nhất, công nghệ thông tin quang nâng cao; suy hao cáp sợi quang giảm xuống thấp 0,5 dB/Km giá phần tử xạ/thu ánh sáng sụt xuống nhanh chóng; Hơn nữa, cơng nghệ mạch tích hợp cơng nghệ chế tạo cấu kiện tiên tiến Các phần tử Silíc lưỡng cực GaAs phát triển cách thành cơng có khả thực việc xử - 136 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km lý tốc độ cao (hàng trăm Mbit/s Gbit/s) CMOS có khả xử lý mức 150 Mbit/s Ngồi ra, cơng nghệ phần mềm m p tiến triển cách thành công tạo điều kiện để điều khiển tốc độ cao, hoạt động chuyển mạch tốc độ cao trở nên Việc nén, chuyển đổi tái tạo tín hiệu dịch vụ khác trở nên dễ dàng phát triển công nghệ xử lý tín hiệu Vả lại, việc thu thập, thay đổi xử lý tín hiệu dịch vụ trở nên dễ dàng nhờ phát triển cơng nghệ máy tính Qua việc sử dụng cơng nghệ nói trên, với công nghệ VLSI, thiết bị đầu cuối khách hàng hiệu phát triển Thêm vào đó, thiết bị đầu cuối B-ISDN sử dụng cho thiết bị video khác triển khai cách thành công sử dụng với monitor TV chất lượng cao, với camera video có độ nhạy cao Mặt khác, hoạt động tiêu chuẩn hoá ISDN, theo sáng kiến ITU-T năm 1980, ảnh hưởng đến nhiều hoạt động nghiên cứu liên kết loại tín hiệu dịch vụ khác việc số hoá mạng thơng tin đóng góp vào phát triển cơng nghệ thơng tin Dựa vào vấn đề nói trên, hệ thống thơng tin ATM có khả cung cấp dịch vụ B-ISDN có nét đặc trưng khác Điều dẫn đến phát triển công nghệ liên kết dịch vụ B-ISDN Nguyên tắc BISDN Như trình bày trước đây, BISDN khái niệm đưa để thoả mãn nhu cầu dịch vụ băng rộng ngày gia tăng Các mục đích BISDN thiết lập mạng số có khả liên kết cung cấp hình loại dịch vụ băng rộng khác thông qua việc sử dụng truyền dẫn tốc độ cao, chuyển mạch tốc độ cao, xử lý tín hiệu, máy tính, phần mềm cơng nghệ cấu kiện Vả lại, thông qua BISDN, dịch vụ giao lưu phân phối dịch vụ chế độ kênh chế độ nhóm cung cấp Thêm vào đó, dịch vụ băng hẹp dịch vụ băng rộng cung cấp cách đồng thời Để đạt mục đích nói trên, BISDN phải có khả hỗ trợ nối kết truyền thông bán cố định cố định nối kết điểm - nối - điểm đa điểm - nối - điểm nối kết dành dùng dấu riêng/cố định; Như vậy, BISDN cần phải có khả thơng minh để mở rộng cải tiến dịch vụ để quản lý hoạt động, bảo dưỡng điều khiển mạng cách hiệu Cấu trúc B-ISDN phải cho khơng cản trở phát triển công nghệ phát triển phương pháp thực hố tương lai Ngồi ra, phải có khả đáp ứng nhu cầu khách hàng phát triển mạng mà phát sinh lần Hơn nữa, dựa khái niệm ISDN, tiêu chuẩn giao diện phối ghép giao thức cần phải thiết lập cách phù hợp BISDN dùng ATM để thực hành chức ATM hệ thống truyền thơng phân chia hình loại dịch vụ khác nhau, xếp chúng vào tế bào ATM có kích thước cuối cùng, chuyển chúng nhờ ATDM Hơn nữa, thiết lập đường ảo kênh ảo để chuyển giao tế bào ATM - 137 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Do đó, thơng qua việc sử dụng ATM, thực kết nối mạng có độ linh hoạt cao phân bố dải thông biến đổi Cùng với đó, ATM có khả chuyển giao thơng tin số liệu qua loại phương tiện vật lý mạng chuyển tải khác nhau, xác định cách độc lập với phương tiện chuyển tải lớp vật lý 10 Hệ thống thông tin ATM ATM hệ thống truyền thông để thực BISDN ATM hệ thống chuyển giao kiểu gói có hình thức đặc biệt, sử dụng ATDM Trong BISDN, thông tin chuyển nhờ luồng liên tục gói có kích thước khơng đổi Các gói có kích thước cố định gọi tế bào ATM Do thơng tin dịch vụ bố trí vào tế bào ATM, sau chuyển theo kích thước khơng đổi Và sau đó, tín hiệu truyền dẫn BISDN tạo nên ATDM với tế bào ATM Đồng thời ATDM phương pháp ghép kênh thống kê, thực việc phân chia theo thời gian để ghép tế bào ATM số kênh tới cách không đồng Nếu sử dụng ATM, dung lượng kênh nghiệp vụ tính theo số lượng tế bào ATM Cho nên vượt dung lượng truyền dẫn thông tin biểu thị số lượng tế bào ATM Việc phân phối dung lượng truyền dẫn xác định theo dung lượng yêu cầu khả phân phối có thơng qua thương lượng với mạng thơng tin q trình thiết lập gọi ATM - hệ thống kiểu liên kết - thiết lập kênh ảo để chuyển giao thông tin dịch vụ Mỗi kênh ảo thiết lập, số hiệu nhận dạng nối kết gán nối kết giải toả, số hiệu nhận dạng huỷ bỏ Trình tự xếp tế bào ATM kênh ảo chức lớp ATM dự kiến trước Thông tin báo hiệu thiết lập nối kết chuyển giao tế bào ATM riêng biệt Hệ thống ATM xác định rõ mơ hình chuẩn giao thức phân lớp để chuyển giao thơng tin cách có hệ thống động Các lớp giao thức sử dụng lớp ATM, lớp ứng dụng ATM (AAL) lớp mức cao Lớp AAL ánh xạ tín hiệu dịch vụ sang khu vực trường tin tế bào ATM, lớp ATM thực chức tạo đầu đề tế bào ATM để chuyển giao trường tin cách suốt Lớp vật lý thực chức chuyển đổi tế bào ATM thành hàng bít sau đó, chuyển chúng Kích thước tế bào ATM 53 byte Nó phân chia thành mào đầu byte đường bao trường tin 48 byte (hình 2.21(a) Chức chủ yếu mào đầu tế bào nhận dạng tế bào thuộc kênh ảo (trong số tế bào ATM) diện luồng thơng tin ATDM Đó chức VPI (phần tử nhận dạng đường ảo) VCI (phần tử nhận dạng kênh ảo) rõ (b) (c) hình 2.21 - 138 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Hình 2.21 Cấu trúc tế bào ATM Đồng thời, đường ảo có nghĩa bó kênh ảo sử dụng chung đường mào đầu tế bào phân loại thành loại trường tin (PT) thị thẩm quyền tế bào cung cấp khả điều khiển sửa sai mào đầu Nó cịn cung cấp thêm chức điều khiển luồng chung cho mào đầu tế bào giao diện UNI Cấu trúc chức BISDN Mơ hình cấu trúc chức chung ISDN băng rộng giống ISDN băng hẹp Có nghĩa mặt cấu hình tiêu chuẩn, nhóm chức điểm gốc, hai cấu trúc Nó B-ISDN hình thành sở khái niệm ISDN Mơ hình cấu trúc B-ISDN trình bày hình 1.74 Cấu trúc ISDN băng rộng bao gồm khả mức cao khả mức thấp Khả mức cao chức liên quan đến thiết bị đầu cuối (TE) khả mức thấp bao gồm khả ISDN băng hẹp dựa khả băng rộng, 64 bit/s, khả báo hiệu liên tổng đài - 139 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Hình 2.22 Mơ hình cấu trúc B-ISDN Cấu hình tiêu chuẩn B-ISDN trình bày hình 2.23 Hình 2.23 Cấu hình tiêu chuẩn B-ISDN Điểm gốc Sb Tb, nhóm chức bao gồm B-TE1, B-TE2 B-TA, B-NT1, B-NT2 Trong hình 2.23, thiết bị đầu cuối (B-TE) có chứa B-TE1, BTE2 B-TA Cũng vậy, B-NT2 B-NT1 tương ứng nằm mạng B-IDN dành riêng B-ISDN cơng cộng Để thị điểm gốc nhóm chức mình, B có nghĩa B-ISDN - 140 - Lý lịch trích ngang: Họ tên: Đỗ Hữu Quốc Ngày, tháng, năm sinh: 04/04/1978 Nơi sinh: Trà Vinh Địa liên lạc: 1A/1 Lê Trực, Phường 1, Quận 6, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO Thời gian Quá trình đào tạo Địa điểm 1996 - 2001 Sinh viên lớp 96ĐT5 Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp HCM (Điện khí hóa Cung cấp điện) Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Học viên Cao học lớp VLKT2007 Đại học Bách Khoa Tp HCM Sinh viên lớp 99ĐKC 1999 - 2002 2007 - 2009 Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian Q trình cơng tác Địa điểm 2001 -2002 Công ty Điện tử TCL Biên Hịa – Đồng Nai 2005 -2009 Tổng Cơng ty Viễn Thơng Qn Đội Thành phố Hồ Chí Minh ... ánh sáng truyền sợi quang Vì đề tài nghiên cứu thiết kế triển khai mạng thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km đời -2- Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km PHẦN 1: TỔNG... dài Hệ thống thuê bao Ứng dụng Đường trục ngắn Hệ thống nhánh Đường thuê bao - 24 - Thiết kế Hệ thống thông tin sợi quang làm việc cự li 100 km Chương : Thiết kế hệ thống thông tin Quang Trong việc. .. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG LÀM VIỆC Ở CỰ LI 100 KM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Tìm hiểu tổng quan hệ thống thông tin quang. Xây dựng mạng truyền dẫn thông tin sợi quang dung lượng