Nghiên cứu công nghệ coherent wdm pon và phân tích đánh giá hệ thống coherent wdm pon (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Đặng Đức Mạnh NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ COHERENT WDM-PON VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG COHERENT WDM-PON Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thơng Mã số: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2018 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS Hồng Văn Võ Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Phản biện 2: TS Nguyễn Ngọc Minh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Ngày nay, nhu cầu xã hội truyền thông với nhiều dịch vụ băng rộng/tốc độ cao, dịch vụ hội tụ, đa phương tiện tương tác ngày lớn Để đáp ứng nhu cầu đó, mạng truyền thơng, mạng truy nhập nhân tố quan trọng, cần phải có khả linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn, đa dịch vụ đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin xã hội Hiện nay, mạng truy nhập quang thụ động PON sử dụng, mang lại hiệu cao, đáp ứng phần nhu cầu trao đổi thông tin xã hội Tùy thuộc vào công nghệ sử dụng mà mạng PON có nhiều loại như: APON/BPON, EPON, GPON (các mạng PON sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian - TDM-PON) mạng PON dựa phương thức ghép kênh quang theo bước sóng (WDM-PON) Trong đó, WDMPON với khả tạo nên dung lượng lớn so với mạng TDM-PON Chính vậy, nhà mạng khắp giới bắt đầu quan tâm đến giải pháp WDM-PON giải pháp cho mạng truy nhập quang nước ta tương lai Một giải pháp công nghệ mạng truy nhập có khả truyền tải tốc độ siêu cao chất lượng truyền dẫn cao, có khả kéo dài cự ly thơng tin có khả đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin xã hội tại, sử dụng cơng nghệ thông tin quang Coherent kết hợp với WDM-PON gọi cơng nghệ Coherent WDM-PON (CO WDM-PON) Đó giải pháp công nghệ truy nhập truyền tải thông tin xã hội tương lai Chính vậy, ngày nhà khoa học, hãng sản xuất thiết bị tập trung nghiên cứu chế tạo công nghệ truy nhập quang CO WDM-PON với khả tạo nên dung lượng lớn chất lượng truyền dẫn cao so với mạng TDM-PON Đồng thời, nhà mạng khắp giới Việt Nam, bắt đầu xem xét ứng dụng giải pháp CO WDM-PON cho mạng truy nhập Để nắm bắt công nghệ truy nhập quang CO WDM-PON cung cấp sở ứng dụng công nghệ cho mạng truy nhập băng rộng Việt Nam, học viên chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu cơng nghệ Coherent WDM-PON phân tích đánh giá hệ thống Coherent WDM-PON” Để thực mục tiêu trên, đề tài luận văn gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan công nghệ PON Chương 2: Nghiên cứu cơng nghệ Coherent WDM-PON Chương 3: Phân tích đánh giá hệ thống Coherent WDM-PON CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ PON 1.1 Vai trị vị trí mạng truy nhập quang Với ưu việt tốc độ cao, băng thông rộng chất lượng truyền dẫn cao, mạng truy nhập quang (AON PON) giải vấn đề tắc nghẽn băng thông mạng truy nhập kiến trúc mạng viễn thông, bên nhà cung cấp dịch vụ, điểm kết cuối, điểm truy nhập bên công ty cung cấp dịch vụ, hay khu vực tập trung thuê bao 1.2 Cấu hình thành phần mạng mạng truy nhập quang 1.2.1 Cấu hình mạng truy nhập quang Về bản, cấu hình mạng truy nhập quang hỗ trợ cấu trúc truy nhập sau: - Cấu trúc sợi quang tới tủ đấu dây (FTTCab) - Cấu trúc sợi quang tới tòa nhà hay đến vỉa hè (FTTB/C) - Cấu trúc sợi quang tới tận nhà (FTTH) 1.2.2 Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang Trong bao gồm module bản: - Đầu cuối đường quang (OLT) - Mạng phối dây quang (ODN) - Khối mạng quang (ONU) - Module chức phối hợp (AF) 1.2.3 Các thành phần mạng mạng truy nhập quang  Khối chức OLT  Khối chức ONU/ONT  Khối chức ODN  Khối chức tự thích nghi 1.3 Các kiến trúc mạng truy nhập quang 1.3.1 FTTCab - Cáp quang tới tủ đấu dây 1.3.2 FTTB - Cáp quang tới tòa nhà 1.3.3 FTTC - Cáp quang tới vỉa hè 1.3.4 FTTH - Cáp quang tới tận nhà 1.4 Các công nghệ truy nhập quang thụ động PON 1.4.1 Khái niệm PON 1.4.2 Mơ hình khối chức PON 1.4.2.1 Mơ hình PON Hình 1: Mơ hình mạng quang thụ động (PON) 1.4.2.2 Các khối chức PON a Khối OLT - Khối lõi PON - Khối kết nối chéo - Khối dịch vụ b Khối ONU - Khối lõi PON - Khối dịch vụ c Khối ODN - Bộ tách/ghép quang - Mạng cáp quang thuê bao 1.4.3 Các công nghệ PON a APON/BPON b EPON c GPON (Gigabit PON) d WDM-PON 1.5 Kết luận chƣơng Trong chương luận văn nghiên cứu kiến trúc vai trị mạng truy nhập quang với cơng nghệ mạng quang chủ động (AON) mạng quang thụ động (PON) Trong mạng AON việc phân phối tín hiệu, mạng quang chủ động sử dụng thiết bị sử dụng điện để phân tích liệu chuyển mạch, router multiplexer Trong đó, mạng PON sử dụng thiết bị splitter khơng cần cấp nguồn, có giá thành rẻ đặt đâu, không phụ thuộc điều kiện môi trường, không cần phải cung cấp lượng cho thiết bị phịng máy trung tâm phía người dùng Kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang giảm chi phí cho thiết bị CO cho phép nhiều người dùng (thường 32) chia sẻ chung sợi quang Vì vậy, cơng nghệ PON nhiều nhà cung cấp dịch vụ quan tâm, công nghệ GPON lựa chọn nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn khu vực Malaysia, Đài Loan, Ấn Độ, Singapore, Việt Nam, Trung Quốc triển khai công nghệ Tuy nhiên, nắm bắt GPON không đáp ứng yêu cầu băng thông lâu dài doanh nghiệp người tiêu dùng Đó lý cho nhà cung cấp dịch vụ ngày tăng quan tâm đến WDM-PON, với khả sử dụng hiệu băng thông tiết kiệm WDM-PON cung cấp giải pháp hoàn hảo tương lai 1Gbps cho thuê bao đủ để hỗ trợ hầu hết ứng dụng dịch vụ 6 CHƢƠNG - CÔNG NGHỆ COHERENT WDM-PON 2.1 Công nghệ WDM-PON Thông thường mạng quang thụ động PON truyền bước sóng gọi đa ghép kênh phân chia theo thời gian PON (TDM-PON) cung cấp dải băng thông rộng cáp quang với chi phí lắp đặt bảo dưỡng hệ thống thấp Giải pháp WDM-PON giải pháp tối ưu hỗ trợ ghép bước sóng sở hạ tầng mạng, tính suốt vốn có khơng bị tổn thất cơng suất chia 2.1.1 Kiến trúc WDM-PON 2.1.1.1 Kiến trúc tổng quát a Sơ đồ kiến trúc Hình 1: Kiến trúc WDM-PON b Các khối chức Kết cuối đường quang OLT  Khối mạng quang ONU/ONT  Mạng phân phối quang ODN - Bộ tách/ghép quang - Mạng cáp quang thuê bao 2.1.1.2 Một số kiến trúc cụ thể a PON hỗn hợp (CPON-Composite PON) b Kiến trúc WDM-PON đa tầng dựa AWG c So sánh kiến trúc khác WDM-PON 2.1.2 Các giao thức WDM-PON Gần đây, giao thức điều khiển WDM-PON bắt đầu nghiên cứu, giao thức quản lý bước sóng hay quản lý băng thơng đề xuất bước Ngoài giao thức truyền thông bản, gán thuật tốn phân bổ băng thơng động (DBA) khơng gán khe thời gian mà gán bước sóng cho OLT ONU cần thiết 2.1.2.1 MPCP mở rộng WDM IPACT Các giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) giao thức MAC thông qua EPON, mà khe thời gian để truyền hướng lên ONU 2.1.2.2 Giao thức WDM-PON DBA với kiến trúc SUCCES-DWA PON Kiến trúc SUCCESS-DWA PON sử dụng laser điều chỉnh OLT lọc ONU, OLT truyền thơng tới ONU 2.1.3 Dịch vụ WDM-PON 2.1.3.1 Sự hội tụ dịch vụ Sự hội tụ thoại, liệu video WDM-PON đơn dự kiến giảm chi phí thúc đẩy việc tạo dịch vụ 2.1.3.2 Kiến trúc WDM-PON cung cấp dịch vụ Triple play 2.1.4 Các giải pháp mạng WDM-PON 2.1.4.1 Chồng lấn mạng 2.1.4.2 Chồng lấn dịch vụ 2.1.4.3 WDM/TDM PON lai ghép 2.2 Công nghệ Coherent 2.2.1 Khái niệm thông tin quang coherent Trong kỹ thuật thông tin quang truyền thống, người ta thường sử dụng công nghệ IM-DD, tức sử dụng cơng nghệ điều chế cường độ ánh sáng phía phát tách sóng quang trực tiếp phía thu 2.2.2 Cấu trúc thành phần chức hệ thống thơng tin quang Coherent Hình 2: Sơ đồ hệ thống thông tin quang coherent 2.3 Công nghệ Coherent WDM-PON 2.3.1 Tổng quan công nghệ Coherent WDM-PON Công nghệ Coherent WDM-PON (CO-WDM-PON) tích hợp công nghệ: công nghệ WDM-PON công nghệ quang Coherent Chính vậy, cơng nghệ CO- WDM-PON kế thừa ưu việt công nghệ Coherent WDM-PON 2.3.2 Mơ hình hệ thống Coherent WDM-PON Hình 3: Mơ hình hệ thống CO-WDM-PON điển hình 2.3.3 Các khối chức hệ thống Coherent WDM-PON 2.3.3.1 Các khối thu/phát Coherent hệ thống thông tin quang CO Heterodyne WDM-PON 2.3.3.2 Các khối thu/phát Coherent hệ thống thông tin quang CO Homodyne WDM-PON 2.4 Kết luận chƣơng Chương 2, luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp WDM-PON Đó giải pháp mang lại hiệu cao hỗ trợ ghép bước sóng sở hạ tầng mạng, tính suốt vốn có, khơng bị tổn thất cơng suất chia Đồng thới, chương luận văn tập trung nghiên cứu cơng nghệ Coherent WDM-PON (CO-WDM-PON) tích hợp công nghệ: công nghệ WDM-PON công nghệ quang Coherent Chính vậy, cơng nghệ COWDM-PON kế thừa ưu việt công nghệ Coherent WDM-PON Để thấy ưu việt CO-WDM-PON, chương tập trung phân tích đánh giá hệ thống Coherent WDM-PON so với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON 10 CHƢƠNG - ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG CO WDM-PON 3.1 Tổng quan hệ thống DDO WDM-PON 3.1.1 Kiến trúc hệ thống DDO WDM-PON Hệ thống DDO WDM-PON hệ thống WDM-PON mà biến đổi điện quang biến đổi quang điện OLT ONU/ONT sử dụng kỹ thuật điều chế quang trực tiếp tách sóng quang trực tiếp Hình 1: Mơ hình hệ thống DDO-WDM-PON điển hình 3.1.2 Các khối chức hệ thống DDO WDM-PON Hệ thống DDO-WDM-PON có khối chức là: khối đầu cuối đường quang OLT, khối mạng quang ONU/ONT, mạng phân phối quang ODN, khối ghép kênh quang MUX khối tách kênh quang DMUX 3.2 Tổng quan hệ thống GPON GPON (Gigabit Passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON mở rộng từ chuẩn BPON G.983 cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi tiêu chuẩn hóa quản lý 3.2.1 Cấu trúc hệ thống GPON Bản chất công nghệ GPON công nghệ truy nhập quang thụ động PON, tốc độ hoạt động lên tới hàng Gb/s Do đó, cấu hình hệ thống GPON bao gồm OLT, ONU, chia quang sợi quang 11 UNI SNI Spliter ONU OLT ONU Hình 2: Kiến trúc mạng GPON 3.2.2 Chức khối mạng GPON Chức khối OLT, ONU ODN GPON hoàn toàn tương tự OLT, ONU ODN PON mục 1.4.2.2 chương 3.2.3 Các thông số kỹ thuật - Về tốc độ truyền dẫn - Các thông số kỹ thuật khác 3.2.4 Kỹ thuật truy nhập phương thức ghép kênh Kỹ thuật truy nhập sử dụng phổ biến hệ thống GPON đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) TDMA kỹ thuật phân chia băng tần truyền dẫn thành khe thời gian Những khe thời gian ấn định trước cho khách hàng phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao sử dụng Phương thức ghép kênh GPON ghép kênh song hướng Dải bước sóng 1550 nm dùng cho băng thơng chiều xuống từ OLT, dải bước sóng 1310 nm truyền theo chiều lên ONT 3.3 So sánh hệ thống CO WDM-PON với hệ thống DDO WDM-PON 3.3.1 So sánh cấu tạo 3.3.1.1 So sánh cấu tạo biến đổi điện quang 3.3.1.2 So sánh cấu tạo biến đổi quang điện 3.3.2 So sánh dung lượng truyền dẫn 3.3.3 So sánh chất lượng truyền dẫn 3.3.3.1 So sánh chất lượng truyền dẫn biến đổi điện quang 3.3.3.2 So sánh chất lượng truyền dẫn biến đổi quang điện 12 3.4 So sánh hệ thống CO WDM-PON với hệ thống GPON 3.4.1 So sánh cấu tạo 3.4.2 So sánh dung lượng truyền dẫn 3.4.3 So sánh chất lượng truyền dẫn 3.4.3.1 So sánh chất lượng truyền dẫn biến đổi điện quang 3.4.3.2 So sánh chất lượng truyền dẫn biến đổi quang điện 3.5 So sánh ứng dụng hệ thống CO WDM-PON với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON Như trình bày phần 3.3 3.4, hệ thống CO WDM-PON hệ thống thơng tin khơng có dung lượng lớn nhiều so với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON mà cịn có chất lượng truyền dẫn cao nhiều so với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON Do đó, để so sánh ứng dụng hệ thống CO WDM-PON với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON, trước hết xem xét phát triển dịch vụ lưu lượng truyền tải Thế giới từ đưa khả ứng dụng hệ thống CO WDM-PON với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON 3.5.1 Xu hướng phát triển dịch vụ Ngày nay, giới bước sang kỷ nguyên kinh tế tri thức, thơng tin động lực thúc đẩy phát triển xã hội Do đó, nhu cầu truyền thông ngày lớn với nhiều dịch vụ băng rộng, tích hợp đa phương tiện đời sống kinh tế – xã hội quốc gia kết nối toàn cầu 3.5.1.1 Phát triển dịch vụ băng rộng 3.5.1.2 Tích hợp dịch vụ thoại liệu 3.5.1.3 Tích hợp dịch vụ truyền thơng quảng bá viễn thông 3.5.1.4 Phát triển dịch vụ đa phương tiện 3.5.1.5 Phát triển dịch vụ tương tác 13 3.5.2 Xu hướng phát triển lưu lượng Thoại hình thức thơng tin xuất từ lâu ngày lưu lượng thoại vào trạng thái ổn định mà q trình phát triển khó có đột biến Trong đó, xã hội lồi người chuyển sang xã hội thông tin, nhu cầu trao đổi số liệu lớn nên lưu lượng số liệu ngày cao Sự đời phổ biến mạng Internet khiến cho nhu cầu trao đổi thông tin tăng, dẫn đến bùng nổ lưu lượng Internet 3.5.3 So sánh ứng dụng hệ thống CO WDM-PON với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON 3.6 Kết luận chƣơng Trong chương 3, luận văn tìm hiểu hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON, so sánh, đánh giá ưu điểm hệ thống CO WDM-PON so với hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON Cấu tạo hệ thống CO WDM-PON phức tạp cấu tạo hệ thống DDO WDM-PON GPON chi phí chế tạo điều chế quang CO WDM-PON cao so DDO WDM-PON GPON Tuy nhiên, dung lượng chất lượng truyền dẫn hệ thống CO WDMPON lớn nhiều dung lượng chất lượng truyền dẫn hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON 14 KẾT LUẬN Một giải pháp công nghệ mạng truy nhập có khả truyền tải tốc độ siêu cao chất lượng truyền dẫn cao, có khả kéo dài cự ly thơng tin có khả đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin xã hội tại, sử dụng cơng nghệ thơng tin quang Coherent kết hợp với WDM-PON gọi công nghệ Coherent WDM-PON (CO WDM-PON) Đó giải pháp cơng nghệ truy nhập truyền tải thông tin xã hội tương lai Chính vậy, em chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là: “Nghiên cứu cơng nghệ Coherent WDM-PON phân tích đánh giá hệ thống Coherent WDM-PON” Nội dung đề tài luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan cơng nghệ PON: chương luận văn tìm hiểu Vai trị vị trí mạng truy nhập quang, Cấu hình thành phần mạng mạng truy nhập quang, Các kiến trúc mạng truy nhập quang Các công nghệ mạng truy nhập quang thụ động PON Chương 2: Công nghệ Coherent WDM-PON: chương luận văn nghiên cứu vấn đề: 1) Công nghệ WDM-PON với nội dung sau: Kiến trúc WDM-PON bao gồm kiến trúc tổng quát, số kiến trúc cụ thể, giao thức WDM-PON, giải pháp mạng WDM-PON; 2) Công nghệ Coherent: khái niệm thông tin quang coherent, cấu trúc thành phần chức hệ thống thông tin quang Coherent; 3) Công nghệ Coherent WDM-PON: Tổng quan công nghệ Coherent WDM-PON, mơ hình hệ thống khối chức hệ thống Coherent WDM-PON Chương 3: Đánh giá hệ thống Coherent WDM-PON: sở tìm hiểu hệ thống DDO WDM-PON GPON, luận văn phân tích so sánh hệ thống CO WDM-PON với hệ thống DDO WDM-PON mặt: so sánh cấu 15 tạo, so sánh chất lượng truyền dẫn; phân tích so sánh hệ thống CO WDMPON với hệ thống GPON mặt so sánh cấu tạo, dung lượng truyền dẫn chất lượng truyền dẫn Cấu tạo hệ thống CO WDM-PON phức tạp cấu tạo hệ thống DDO WDM-PON GPON chi phí chế tạo điều chế quang ngồi CO WDM-PON cao so DDO WDM-PON GPON Tuy nhiên, dung lượng chất lượng truyền dẫn hệ thống CO WDM-PON lớn nhiều dung lượng chất lượng truyền dẫn hệ thống DDO WDM-PON hệ thống GPON Đánh giá chung, em hoàn thành nội dung đề tài theo đề cương duyệt Tuy nhiên, với lực thời gian hạn chế nên luận văn tốt nghiệp em tránh khỏi khiếm khuyết Em mong muốn nhận bảo, góp ý chân thành Thầy Cô giáo bạn để hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên ... thống thông tin quang coherent 2.3 Công nghệ Coherent WDM- PON 2.3.1 Tổng quan công nghệ Coherent WDM- PON Cơng nghệ Coherent WDM- PON (CO -WDM- PON) tích hợp công nghệ: công nghệ WDM- PON công nghệ. .. nghiên cứu cơng nghệ Coherent WDM- PON (CO -WDM- PON) tích hợp công nghệ: công nghệ WDM- PON công nghệ quang Coherent Chính vậy, cơng nghệ COWDM -PON kế thừa ưu việt công nghệ Coherent WDM- PON Để... CO -WDM- PON, chương tập trung phân tích đánh giá hệ thống Coherent WDM- PON so với hệ thống DDO WDM- PON hệ thống GPON 10 CHƢƠNG - ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG CO WDM- PON 3.1 Tổng quan hệ thống DDO WDM- PON