Nghiên cứu mô hình triển khai dịch vụ VoIP trên môi trường mạng hỗn hợp PSTN CORE NGN

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa Hà NộI Hoàng Anh sơn Kỹ thuật Wdm khả áp dụng việt nam Chuyên ngành : Điện Tử - Viễn Thông Luận văn thạc sĩ : §iƯn Tư - ViƠn Th«ng Ng-êi h-íng dÉn khoa hoc : TS Nguyễn vũ sơn Hà Nội - 10/2004 Mở đầu Trong năm gần đà chøng kiÕn sù ph¸t triĨn ch-a tõng cã vỊ nhu cầu sử dụng băng thông truyền dẫn, điều đà sản sinh l-ợng thông tin lớn truyền tải mạng tạo nhiều áp lực cho mạng Băng tần truyền dẫn trở thành tài nguyên quý giá hết Bên cạnh độ tin cậy mạng vấn đề đ-ợc đặt với nhà cung cấp mạng, điều làm cho mạng truyền dẫn trở nên cồng kềnh, phức tạp với nhiều chế bảo vệ khôi phục l-u l-ợng, dẫn đến việc sử dụng băng tần hiệu Để đáp ứng yêu cầu trên, sợi quang đ-ợc xem môi tr-ờng lý t-ởng cho việc truyền tải l-u l-ợng cực lớn Có hai giải pháp để mở rộng dung l-ợng truyền dẫn sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian (TDM) tăng số l-ợng b-ớc sóng truyền sợi quang (WDM) Ghép kênh theo thời gian kỹ thuật đà đ-ợc hoàn thiện, tốc độ truyền dẫn đạt tới 10Gbps đạt cao Tuy nhiên với tốc độ bit lớn nh- mức độ phức tạp thiết bị ghép kênh thiết bị điều chế làm cho chi phí sản xuất trở nên cao, ảnh h-ởng tham số truyền dẫn đến tiêu hệ thống tăng tốc độ bit, tán sắc sợi quang làm giảm cự ly đoạn lặp đáng kể độ rộng xung phát hẹp, tăng công suất phát làm tăng ảnh h-ởng hiệu ứng phi tuyến làm ảnh h-ởng tới chất l-ợng truyền dẫn Khi tốc độ truyền dẫn từ 10Gbps trở lên ảnh h-ởng tán sắc phân cực mode làm thay đổi tiêu hệ thống giới hạn cự ly truyền dẫn Trong hệ thống thông tin điểm nối điểm thông th-ờng tr-ớc đây, sợi quang trun dÉn mét b-íc sãng, víi mét ngn ph¸t quang ë phÝa ph¸t, mét bé t¸ch sãng quang ë phÝa thu Víi hƯ thèng nh- vËy, d¶i phỉ cđa tÝn hiƯu quang trun qua sỵi thùc tÕ rÊt hĐp so với dải thông mà sợi truyền dẫn quang cã thĨ trun dÉn víi suy hao nhá Mét ý t-ëng hoµn toµn cã lý cho r»ng cã thĨ truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu quang từ ngn quang kh¸c cã c¸c b-íc sãng ph¸t kh¸c cho nguồn thông tin độc lập Kỹ thuật ghÐp kªnh theo b-íc sãng WDM sÏ thùc hiƯn ý t-ởng này, b-ớc sóng mang kiểu l-u l-ợng khác nh- tốc độ STM-n SDH, ATM Ethernet Gigabit , điều cã nghÜa lµ hƯ thèng WDM cã giao diƯn më Đặc điểm làm cho WDM thích ứng linh hoạt môi tr-ờng l-u l-ợng hoà trộn mẫu l-u l-ợng thay đổi Do WDM trở thành công nghệ tất yếu mạng truyền dẫn, hay cụ thể công nghệ tạo lớp mạng quang t-ơng lai Hiện giới đà có nhiều nhà cung cÊp thiÕt bÞ WDM nhSiemens, Alcatel, Nortel, NEC, Fujitsu , việc lựa chọn thiết bị từ nhà cung cấp để sử dụng có hiệu tuyến thông tin đ-ờng trục quốc gia sở mạng cũ vấn đề quan trọng cần phải đặt Việt Nam, đà nâng cấp dung l-ợng đ-ờng trục Hà Nội TP.Hồ Chí Minh lên tốc độ 20Gbps sử dụng kỹ thuật WDM Việc triển khai kỹ thuật mạng truyền dẫn đ-ợc thúc đẩy nhanh chóng tuyến đ-ờng trục tuyến nội tỉnh, nơi nhu cầu l-u l-ợng gia tăng nhanh chóng Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả giới thiệu đến bạn đọc cách hệ thống từ nguyên lý kỹ thuật ghép kênh theo b-ớc sóng, phân tích thông số quan trọng triển khai hệ thống WDM đến ph-ơng pháp thiết kế lựa chọn giải pháp phù hợp xây dựng c¸c tun trun dÉn quang WDM ë n-íc ta Nội dung đề tài chia làm bốn ch-ơng: Ch-ơng I: Cơ sở ghép kênh theo b-ớc sóng - Đề cập đến nguyên lý từ đến đại đà đ-ợc sử dụng thiết bị quang ghép b-ớc sóng Ch-ơng II: Một số thông số cần quan tâm hệ thống thông tin quang ghép b-ớc sóng Phân tích yếu tố ảnh h-ởng đến hệ thống thông tin quang ghép b-ớc sóng Ch-ơng III: Các phần tử hệ thống thông tin quang ghép b-ớc sóng - Đề cập đến thiết bị mạng WDM Ch-ơng IV: Ph-ơng pháp thiÕt kÕ tun trun dÉn quang ghÐp b-íc sãng – Khảo sát trạng tuyến viễn thông đ-ờng trục n-ớc ta Phân tích yêu cầu thực thiÕt kÕ tun trun dÉn quang ghÐp b-íc sãng §Ị xuất giải pháp nâng cao dung l-ợng tuyến trục sử dụng thiết bị truyền dẫn quang WDM Do điều kiện có hạn, đề tài đ-a ph-ơng pháp thiết kế mà không vào xây dựng tuyến thông tin cụ thể, sở áp dụng vào dự án mở rộng dung l-ợng triển khai thiết bị WDM tuyến đ-ờng trục n-ớc ta Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 2004 Hoàng Anh Sơn Ch-ơng I: Cơ sở ghép kênh theo b-ớc sóng 1.1 Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc Các thiết bị quang theo nguyên lý tán sắc góc bao gồm: lăng kính, cách tử quang, cách tử Bragg Theo nguyên tắc này, b-ớc sóng khác đ-ợc tách thành h-ớng khác theo nguyên tắc tán sắc góc 1.1.1 Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc Trong giai đoạn đầu kỹ thuật WDM ng-ời ta th-ờng dùng lăng kính để làm phần tử tán sắc góc Do t-ợng chiết suất phụ thuộc vào b-ớc sóng ánh sáng tức n = n () nên chùm tia sáng có b-ớc sóng khác đầu vào bị lăng kính phân thành tia sáng đơn sắc khác theo h-ớng khác đầu theo định luật Sneel (sự phụ thuộc chiết suất vật liệu làm lăng kính theo b-ớc sóng) di dn sin A  * d  cosr / cosi A (1.1) Với: i ã i góc tới r i ã i góc ló ã A góc đỉnh lăng kính Hình1.1 Tán sắc dùng lăng kính ã n chiết suất vật liệu làm lăng kính Nh-ợc điểm: tán sắc dùng làm lăng kính mức độ tán sắc thấp nên khó tách đ-ợc b-ớc gần Vì ng-ời ta dùng lăng kính tr-ờng hợp tách b-ớc sóng hai cưa sỉ trun dÉn kh¸c (vÝ dơ mét b-íc sãng 1 ë cưa sỉ 1300nm; 2 thc cưa sổ 1550nm) 1.1.2 Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc 1.1.2.1 Nguyên lý sử dụng cách tử làm phần tử tán sắc góc Do nh-ợc điểm không tách đ-ợc tia sáng có b-ớc sóng gần nên lăng kính ngày không đ-ợc sử dụng công nghệ WDM nữa, thay vào ng-ời ta sử dụng cách tử nhiễu xạ làm phần tử tán sắc góc Cách tử đ-ợc cấu tạo bao gồm nhiều rÃnh, bề mặt rÃnh đ-ợc phủ lớp phản xạ, số l-ợng rÃnh cách tử lên tới vài nghìn rÃnh 1nm Khi rọi ánh sáng lên bệ mặt cách tử, t-ợng nhiễu xạ tức t-ợng tia sáng lệch khỏi ph-ơng truyền thẳng gặp cách tử có t-ợng giao thoa tia sáng bị phản xạ bề mặt cách tử làm cho ánh sáng bị nhiễu xạ theo góc riêng biệt thoả mÃn ph-ơng trìng sau: sin + sin = m dn Với: ã n chiết suất lớp phản xạ phủ bề mặt cách tử ã góc cách tử ã góc nhiễu xạ t-ơng ứng ã d b-ớc cách tử ã b-ớc sóng tia sáng ã m bậc nhiễu xạ (1.2) Cách tử n 1, , n Hình 1.2 Sử dụng cách tử để tách b-ớc sóng Ph-ơng trình cho thấy rõ ràng góc nhiễu xạ phụ thuộc vào b-ớc sóng  cđa ¸nh s¸ng tíi Nh- vËy cịng gièng nh- lănh kính, ánh sáng không đơn sắc đầu vào, sau qua cách tử đ-ợc tách thành tia sáng đơn sắc đầu theo góc khác Khác với lăng kính, cách tử nhiễu xạ cho góc tán sắc lớn Khi giải ghép kênh (tách b-ớc sóng) cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều b-ớc sóng từ sợi quang đ-ợc tách thành tia đơn sắc t-ơng ứng với b-ớc sóng đ-ợc truyền sợi theo góc khác Trái lại, ghép kênh, số kênh b-ớc sóng 1, 2, , N đến từ h-ớng khác đ-ợc kết hợp thành h-ớng đ-ợc đ-a tới truyền dẫn sợi quang 1.1.2.2 Cách tử vi quang Các thiết bị ghép kênh dùng cách tử nh- phần tử tách-ghép b-ớc sóng sử dụng cho thiết bị mà sợi đơn mode sợi vào đơn mode-sợi đa mode Nói chung, ghép kênh giải ghép kênh sử dụng cách tử bao gồm phần chính: phần tử vào (là mảng sợi sợi truyền dẫn với thành phần thu-phát); phần tử hội tụ quang; phần tử tán sắc góc grating Hình 1.3 cấu hình đơn giản thép kênh Finke Trong đó, đầu mảng sợi quang đ-ợc đặt tiêu cự thấu kính tròn, phần tử tán sắc góc grating đ-ợc đặt tiêu cự bên thấu kính Bộ giải ghép kênh thực tế loại đà thực tách từ đến kênh với suy hao khoảng 1,2 đến 1,7 dB (triển vọng tách đ-ợc 10 kênh) Đầu mảng sợi Thấu kính tròn Cách tử 1 2 3 4 1  3 4 H×nh 1.3 Sơ đồ tách ghép kênh grating Finke Hình 1.4 tách kênh cấu tạo gồm lăng kính chiết suất gradient đặt tr-ớc phần tử tán sắc góc cách tử phẳng Bộ tách kênh đà đ-ợc chế tạo để tách kênh với suy hao từ 0,9 đến dB Trên hình 1.5, đầu mảng sợi quang đ-ợc đặt tr-ớc khe đà đ-ợc quang khắc mặt cách tử phản xạ phẳng đặt vuông góc với rÃnh cách tử G-ơng lõm có tác dụng làm thay đổi h-ớng tia đa b-ớc sóng phân kỳ thành tia song song quay trở lại cách tử, tia đến cách tử bị tán sắc phản xạ trở lại g-ơng, phản xạ lần nữa, tạo ảnh vùng mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị b-ớc sóng Cấu trúc có hệ số hội tụ truyền đạt 1; vậy, hiệu suất ghép cao, đặc biệt sử dụng g-ơng parabol quang sai nhỏ, gần Số l-ợng kênh ghép thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ nguồn quang: từ năm 1993 đà ghép đ-ợc kênh (đối với nguồn LED), 22 kênh (đối với nguồn Laser); sử dụng kỹ thuật cắt phổ nguồn phát LED để nâng cao số kênh ghép ghép tới 49 kênh Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen cđa thiÕt bÞ ghÐp rÊt nhá (