Tìm hiểu công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM

nhu cầu lưu lượng tăng mạnh do sự phát triển bùng nổ của các loại hình dịch vụ Internet và các dịch vụ băng thông đã tác động không nhỏ tới việc xậy dựng cấu trúc mạng viễn thông. Việc xây dựng mạng viễn thông thế hệ sau NGN đang được quan tâm như một giải pháp hữu hiệu nhằm thoả mãn nhu cầu mạng lưới trong thời gian tới. Trong cấu trúc NGN mang truyền tải lưu lượng là khâu quan trọng nhất có nhiệm vụ truyền thông suốt lưu lượng lớn trên mạng, trong đó mạng truyền dẫn được xem là huyết mạch chính. Để thoả mãn việc thông suốt lưu lượng và băng tần lớn, các hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM được xem là ứng cử quan trọng cho đường truyền dẫn. Công nghệ WDM đã và đang cung cấp cho mạng lưới truyền dẫn cao trên băng tần lơn sợi đơn mode, nhiều kênh quang truyền đồng thời trên một sợi, trong đó mỗi kênh tương đương với một hệ thống truyền dẫn độc lập tốc độ cao. Công nghệ WDM cho phép các nhà thiết kế mạng lựa chọn được phương án tối ưu nhất để tăng dung lượng đường truyền với chi phí thấp nhất. Cho đến nay hầu hết các hệ thống thông tin quang đường trục có dung lượng cao đều sử dụng công nghệ WDM. Ban đầu từ những tuyến WDM điểm – điểm đến nay đã xuất hiện các mạng với nhiều cấu trúc phức tạp Với nhận thức ấy đề tài “Tìm hiểu công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM” sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn. Báo cáo gồm có 5 chương với nội dung tóm tắt cụ thể như sau: Chương I : Giới thiệu chung về thông tin quang, các nguyên lý ghép kênh trên hệ thống truyền dẫn hai chiều trên hai sợi và một sợi Chương II: Giới thiệu về các thiết bị quang thụ động trong WDM, các thiết bị WDM ghép sợi, một số kỷ thuật SOFT, AWG và những nét mới về công nghệ trong thiết bị Chương III: Giới thiệu về các vấn đề kỷ thuật cần quan tâm đối với hệ thống quang WDM như: Vấn đề ổn định bước sóng, vấn đề xuyên kênh, nhiễu kênh, suy hao, tán sắc-bù sắc và ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến Chương IV: Các công nghệ then chốt của hệ thống WDM như: Công nghệ lọc quang có điều chỉnh bước sóng, công nghệ bộ chuyển phát quang (OTU), công nghệ bộ khuếch đại quan sử dụng sợi quang, công nghệ sợi quang và công nghệ điều khiển giám sát hệ thông WDM Chương V: Giới thiệu chung về mạng WDM

Đại học Công Nghệ Thông Tin Đại học Quốc Gia Tp.HCM Đề tài: Tìm hiểu cơng nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM Các thành viên nhóm Nguyễn Tiến Thành – 08520354 Phạm Ngọc Sơn – 08520317 Nguyễn Vũ An – 08520517 Hoàng Mạnh Hưng – 08520165 Dương Sơn Thông – 08520391 Giáo viên ThS Ngô Hán Chiêu Mục lục Mục lục THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ WDM 10 I: Sự phát triển công nghệ WDM 10 II: Giới thiệu hệ thống thông tin quang 11 III: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng tham số 15 1: Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng 15 1.1: Truyền dẫn hai chiều hai sợi: 15 1.2: Truyền dẫn hai chiều sợi 16 2: Các tham số 18 Chương II: CÁC THIẾT BỊ QUANG THỤ ĐỘNG TRONG WDM 20 I: Các thiết bị WDM vi quang 21 1: Các lọc thiết bị 22 1.1 Bộ tách hai bước sóng 24 1.2: Bộ tách lớn hai bước sóng 25 1.3: Thiết bị kết hợp ghép tách bước sóng (MUX-DEMUX): 26 2: Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc: 29 2.1 Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc: 29 2.2 Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc: 30 2.2.1 Mở đầu 30 2.2.2 Cách tử nhiễu xạ phẳng 31 2.2.3 Ứng dụng cách tử nhiễu xạ phẳng: 33 2.2.4 Cách tử hình long chảo 35 2.2.5 Cách tử Bragg: 36 II CÁC THIẾT BỊ WDM GHÉP SỢI 38 III MỘT SỐ KỸ THUẬT KHÁC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GHÉP WDM 41 Bộ ghép bước sóng dùng cơng nghệ phân phối chức quang học SOFT 41 1.1 Nguyên lý chung 41 1.2 Bộ ghép nhân kênh dùng cách tử: 42 1.3 Thiết kế ghép n bước sóng 43 AWG nét công nghệ thiết bị WDM 46 Chương III: MỘT SỐ VẤN ĐỀ KỶ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 49 I: Số kênh sử dụng khoảng cách kênh 50 1: Khả cơng nghệ có thành phần quang hệ thống, cụ thể 50 2: Khoảng cách kênh, số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách là: 50 II: Vấn đề ổn định bước sóng nguồn quang yêu cầu độ rộng nguồn phát 57 1: Ổn định bước sóng nguồn quang 57 2: Yêu cầu độ rộng nguồn phát 57 III: Xuyên nhiễu kênh tín hiệu quang 58 IV: Suy hao – Quỹ công suất hệ thông WDM 58 V: Tán sắc – Bù tán sắc 59 IV: Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến 62 Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering): 63 Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering): 64 Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation): 65 Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation): 67 Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing): 67 Phương hướng giải ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến: 69 VII: Bộ khuếch đại EDFA số vấn đề sử dụng EDFA mạng WDM 69 Tăng ích động điều chỉnh EDFA: 70 Tăng ích phẳng EDFA: 72 Tích luỹ tạp âm sử dụng khuếch đại EDFA: 73 Chương IV: CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG WDM 74 Công nghệ khuếch đại quang sử dụng sợi quang pha trộn ERBIUM (EDFA) 74 I Cấu tạo nguyên lý hoạt động EDFA 74 2: Đặc tính EDFA 77 2.1: Đặc tính khuếch đại 77 2.2: Đặc tính tạp âm nhiễu 78 2.3: EDAF hệ thống ghép kệnh theo bước sóng 82 Chương V: Mạng WDM 84 I: Phân cấp mạng WDM 84 II Hai kiểu chuyển mạch WDM 86 Mạng WDM chuyển mạch kênh quang 86 Mạng WDM chuyểm mạch gói: 87 III Điểm mút mạng WDM 88 Điểm nút OXC: 88 Điểm nút OADM: 91 IV Phân phối định tuyến bước sóng mạng WDM 93 Kênh bước sóng kênh bước sóng ảo 93 Chọn đường mạng WDM 95 V: Bảo vệ mạng WDM 96 Bảo vệ kiểu 1+1 lớp SDH 96 Bảo vệ đoạn ghép kênh: 97 VI WDM SDH 97 VII Mạng quang hỗn hợp quang điện 98 VIII Vấn đề phi tuyến mạng quang WDM 99 IX Thiết kế cấu trúc mạng WDM 99 V Mạng Ring tự phục hồi ghép bước sóng 101 Mở đầu 101 Cấu trúc SHR/WDM đơn hướng 101 2.1 Cấu trúc mạng Ring có nút: 101 2.2 Cấu trúc nút: 102 2.3: Quan hệ số lượng nút số lượng bước sóng 104 Cấu trúc SHR/WDM hai hướng 104 So sánh SHR/ADM SHR/WDM 106 KẾT LUẬN 108 Viết tắt ADM AG AN AOTF APD AWGM ATM ADP AW C DCA DEMUX DSF DXC DLE DWDM FBG EDFA FDM FFWF GMPLS GW IP ISDN LAN LC LCP LCG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt Add/drop multiplexer Bộ ghép kênh xen kẽ Auxiliary Graph Dựng đồ thị phụ Acces Node Nút truy nhập Acousto Optic Bộ lọc quang Turnable Filter có điều chỉnh Avalanche Photodiode Điốt quang thác Arrayed - Wavelength Bộ ghép kênh lưới quang Grating Multiplexer dẫn sóng kiểu dàn Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền khơng đồng Avalanche Photo Diode Điốt quang thác Available Wavelength Bước sóng khả dụng Core Đường trục Distinct Channel Assignment Gán kênh riêng biệt Demultiplexer Bộ giải ghép kênh Dispersion Shifted Fiber Sợi dịch tán sắc Digital Cross Connect Nối chéo số Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang Differential Wavelength Ghép kênh chia bước Division Multiplexer sóng vi sai Fibre Grating Lưới sợi quang Erbium doped fiber amplifer Khuếch đại sợi quang trộn erbium Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số First Fit Wavelength First Thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng Generalized Multiple Protocol Chuyển mạch nhãn đa Label Swithching giao thức tổng quát Gateway Cổng Internet Protocol Giao thức internet Integrated service digital network Mạng số liên kết dịch vụ Local Area Network Mạng cục Logical Connection Kết nối logic Least Congested Path Định tuyến đường nghẽn Logical Connection Graph Hướng kết nối logíc biểu đồ LF Largest First LEC Least Converter First LL Least Loaded LSP Label Swithched Path LSR Label Swithching Router LU Least Used M∑ Max-Sum MESH MPLS NP- Mesh Multi Protocol Label Swithching Subset of class NP problem complete NZ-DSF Non-Zero Dispersion Shifted Fiber OADM OC O/E/O Och OLA OXC OTDM Optical add/drop multiplexer Optical Circulator Optical/Electrical/ Optical Optical Channel Optical Line Amplifier Optical Cross Connect Optical Time Division Multiplex RWA Routing and Wavelength Assignment Synchronous Digital Hierarchy Sequential Graph Coloring Synchronous Optical Network Sub-Network Connection Protection Synchronous Transport Module Static Wavelength Routing Space Optical Switch SDH SGC SONET SNCP STM SWR SOS TAW Total wavelength and Available wavelength Thuật tốn gán bước sóng từ bậc lớn Chuyển đổi bước sóng theo thứ tự cao Thuật tốn gán bước sóng dựa tải Luồng chuyển mạch nhãn Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn Gán bước sóng dựa bước sóng sử dụng Thuật tốn gán bước sóng dựa tổng dung lượng lớn Dạng lưới Chuyển mạch nhãn đa giao thức Tập hợp lớp tốn NP mà xem khó giải Sợi quang dịch chuyển tán sắc khác không Bộ ghép kênh xen/rẽ quang Bộ đấu vòng quang Quang/ Điện/ Quang Kênh quang Khuếch đại đường quang Nối chéo quang Ghép kênh quang phân chia thời gian Định tuyến gán bước sóng Phân cấp số đồng Tơ màu đồ thị Mạng quang đồng Bảo vệ kết nối mạng Modun truyền tải đồng Bộ định tuyến bước sóng tĩnh Chuyển mạch quang khơng gian Tổng bước sóng bước sóng khả dụng TDM Time Division Multiplexing Thr TSI WADM Thr - Protecting Threshold Time Slot Interchanger Wavelength Add- Drop Multiplexer WC WDM WGR Wavelegth Converter Wavelength Division Multiplex Waveguide Grating Router WP WR WRS OSC DFK DFF SMF DCF CBFG OA OADM OXC OMS-DP Wavelength Path Wavelength Router Wavelength Router Switch Optical Supervision Chanel Dispersion Shifted Fiber Dispersion Flattened Fiber Single Mode Fiber Dispersion Compensating Fiber Chirper Bargg Fiber Grating Optical Amplifier Optical Add Drop Multiplexer Optical Cross Connect Optical Multiplexer Section Dedicated Protection Optical Multiplexer Section Shared Protection Optical Multiplexer Section Routing and Wavelength Assignment Static Lightpath Establishment Wavelength conveter Awave Relative Capacity Loss Routing and Channel Assignment Wavelength Reservation Wavelength Router Network OMS-SP OMS RWA SLE WCA RCL RCA Rsv WRN Ghép kênh phân chia theo thời gian Ngưỡng bảo vệ Trao đổi khe thời gian Bộ nhập tách bước sóng Bộ chuyển đổi bước sóng Ghép kênh chia bước sóng Bộ định tuyến lưới quang dẫn sóng Đường bước sóng Bộ định tuyến bước sóng Khố định tuyến bước sóng Kênh giám sát quang Sợi dịch tán sắc Sợi tán sắc phẳng Sợi đơn mode Sợi bù tán sắc Cách tử Bargg Khuếch đại quang Bộ xen tách quang Kết nối chéo quang Bảo vệ dùng riêng mức đoạn ghép kênh quang Bảo vệ dùng chung mức đoạn ghép kênh quang Đoạn ghép kênh quang Định tuyến gán bước sóng Thiết lập luồng quang tĩnh Bộ chuyển đổi bước sóng Tổn thất dung lượng tương đối Định tuyến gán kênh Gán bước sóng đặt trước Mạng định tuyến bước sóng LỜI NĨI ĐẦU Thời gian gần đây, nhu cầu lưu lượng tăng mạnh phát triển bùng nổ loại hình dịch vụ Internet dịch vụ băng thông tác động không nhỏ tới việc xậy dựng cấu trúc mạng viễn thông Việc xây dựng mạng viễn thông hệ sau NGN quan tâm giải pháp hữu hiệu nhằm thoả mãn nhu cầu mạng lưới thời gian tới Trong cấu trúc NGN mang truyền tải lưu lượng khâu quan trọng có nhiệm vụ truyền thơng suốt lưu lượng lớn mạng, mạng truyền dẫn xem huyết mạch Để thoả mãn việc thơng suốt lưu lượng băng tần lớn, hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM xem ứng cử quan trọng cho đường truyền dẫn Công nghệ WDM cung cấp cho mạng lưới truyền dẫn cao băng tần lơn sợi đơn mode, nhiều kênh quang truyền đồng thời sợi, kênh tương đương với hệ thống truyền dẫn độc lập tốc độ cao Công nghệ WDM cho phép nhà thiết kế mạng lựa chọn phương án tối ưu để tăng dung lượng đường truyền với chi phí thấp Cho đến hầu hết hệ thống thơng tin quang đường trục có dung lượng cao sử dụng công nghệ WDM Ban đầu từ tuyến WDM điểm – điểm đến xuất mạng với nhiều cấu trúc phức tạp Với nhận thức đề tài “Tìm hiểu cơng nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM” giúp hiểu rõ Báo cáo gồm có chương với nội dung tóm tắt cụ thể sau: Chương I : Giới thiệu chung thông tin quang, nguyên lý ghép kênh hệ thống truyền dẫn hai chiều hai sợi sợi Chương II: Giới thiệu thiết bị quang thụ động WDM, thiết bị WDM ghép sợi, số kỷ thuật SOFT, AWG nét công nghệ thiết bị Chương III: Giới thiệu vấn đề kỷ thuật cần quan tâm hệ thống quang WDM như: Vấn đề ổn định bước sóng, vấn đề xuyên kênh, nhiễu kênh, suy hao, tán sắc-bù sắc ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến Chương IV: Các công nghệ then chốt hệ thống WDM như: Cơng nghệ lọc quang có điều chỉnh bước sóng, cơng nghệ chuyển phát quang (OTU), công nghệ khuếch đại quan sử dụng sợi quang, công nghệ sợi quang công nghệ điều khiển giám sát hệ thông WDM Chương V: Giới thiệu chung mạng WDM Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ WDM I: Sự phát triển công nghệ WDM Công nghệ mạng quang trở thành nhân tố quan trọng phát triển mạng viễn thông Yêu cầu băng tần sử dụng lớn hệ tất yếu nhu cầu truyền thông liệu ngày Trong hai thập kỷ qua, cơng nghệ truyền tải quang WDM có phát triển vượt bậc Sự phát triển có nhờ công nghệ chế tạo linh kiện quang Những thành tựu cơng nghệ góp phần tạo nên hệ thống WDM dung lượng lớn ngày Theo thời gian, xuất phát từ nhu cầu thực tế, hệ thống WDM ngày trở nên phức tạp Ở góc độ nào, phức tạp hệ thống WDM chức thiết bị Nhờ có chức mà cấu hình hệ thống WDM chuyển từ đơn giản cấu hình điểm- điểm sang cấu hình phức tạp Ring Mesh Các hệ thống WDM xuất từ cuối năm 1980 sử dụng hai kênh bước sóng vùng 1310nm 1550nm thường gọi hệ thống WDM băng rộng Đầu năm 1990 xuất hệ thống WDM hệ hai sử dụng phần tử WDM thụ động, gọi hệ thống WDM băng hẹp từ đến kênh Các kênh nằm cửa sổ 1550nm với khoảng cách kênh 400GHz Đến năm 1990 có hệ thống WDM mật độ cao (DWDM) sử dụng từ 16 đến 40 kênh với khoảng cách kênh từ 100 đến 200 GHz Các hệ thống tích hợp chức xen rẽ quản lý mạng Các hệ thống WDM ban đầu sử dụng với khoảng cách kênh lớn Việc lắp đặt hệ thống WDM chi phối lý kinh tế Việc nâng cấp thiết bị đầu cuối để khai thác lực WDM có chi phi thấp việc lắp đặt cáp sợi quang Sự xuất khuếch đại quang EDFA chuyển hầu hết hệ thống WDM sang cửa sổ 1530 nm đến 1565nm Các hệ thống WDM lắp đặt gần sử dụng kênh quang có khoảng cách kênh hẹp từ 25 GHz đến 50 GHz Nhu cầu băng tần mạng tăng gần 100%/một năm tiếp tục gia tăng vài chục năm Việc giảm giá thành nhà cung cấp hết ứng dụng phổ cập Internet đòi hỏi băng tần lớn tiếp tục đẩy mạnh 10 Hình 5.9 Kênh bước sóng kênh bước sóng ảo mạng WDM Chọn đường mạng WDM Hình 5.10 kết cấu vật lý mạng WDM Những khung chữ nhật thể điểm đầu cuối quang, hình trịn ma trận chuyển mạch quang (nút OXC), đường nét đậm thể cho đường kết nối quang, đường nét đứt thể cho kênh quang Từ hình vẽ thấy, kênh quang khơng có đường kết nội dùng chung dùng bước sóng, kênh quang B®A, C®D, hình vẽ sử dụng bước sóng l3 Do có vấn đề sử dụng trùng lặp bước sóng mạng WDM Hình 5.10 biểu thị kết cấu logic mạng này, kênh logic mạng đại diện cho kênh quang thực tế Vấn đề phân phối bước sóng quang xét từ định nghĩa tốn học biểu thị quan hệ tuyến tính, hàm mục tiêu tối ưu có nhiều dạng, ví dụ mạng kiểu chuyền mạch gói, mục tiêu tối ưu hố trễ nhóm bình qn nhỏ nhất, lưu 95 lượng lớn kênh quang nhỏ Trong mạng kiểu chuyển mạch kênh, mục tiêu tối ưu hố bao gồm số bước sóng mạng lớn Do vấn đề phân phối bước sóng quang gặp nhiều khó khăn, vấn đề đạt tối ưu cần có thời gian tính tốn tăng theo quy mô vấn đề với hàm số mũ, dùng mạng có quy mơ tương đối lớn, thời gian tính tốn q dài mà ý nghĩa thực tế V: Bảo vệ mạng WDM Bảo vệ kiểu 1+1 lớp SDH Vấn đề phõn phối bước súng quang xột từ định nghĩa toỏn học cú thể biểu thị quan hệ tuyến tớnh, hàm mục tiờu tối ưu cú nhiều dạng, vớ dụ mạng kiểu chuyền mạch gúi, mục tiờu tối ưu hoỏ cú thể trễ nhúm bỡnh quõn nhỏ nhất, lưu lượng lớn trờn kờnh quang nhỏ Trong mạng kiểu chuyển mạch kờnh, mục tiờu tối ưu hoỏ bao gồm số bước súng ớt mạng lớn Do vấn đề phõn phối bước súng quang gặp nhiều khú khăn, vấn đề đạt tối ưu cần cú thời gian tớnh toỏn tăng theo quy mụ vấn đề với hàm số mũ, vỡ dựng mạng cú quy mụ tương đối lớn, thỡ thời gian tớnh toỏn quỏ dài mà cú thể ý nghĩa thực tế Ở phương thức bảo vệ này, toàn thiết bị hệ thống như: đầu cuối SDH, tách/ghép kênh, khuyếch đại quang, đường dây cáp quang cần phải có phận dự phịng, đầu phát tín hiệu SDH nối bắc cầu cố định hệ thống công tác hệ thống bảo vệ, đầu thu giám sát trạng thái tín hiệu SDH thu từ hệ thống WDM, chọn tín hiệu thích hợp Phương thức có tính tin cậy cao giá thành cao Trong hệ thống WDM, chuyển đổi kênh SDH khơng có quan hệ với chuyển đổi kênh khác, tức Tx1 hệ thống cơng tác WDM có cố, chuyển đổi sang hệ thống bảo vệ WDM Tx2 tiếp tục làm việc hệ thống công tác WDM Một phát thấy thời gian khởi động việc chuyển giao, phải hồn thành chuyển giao bảo vệ 50ms - Bảo vệ kiểu 1: n lớp SDH 96 Hệ thống WDM dựa bước sóng, thực thi bảo vệ 1: n lớp SDH Trong hình 5.13, Tx11, Tx21, ,Txn1 dùng chung đoạn bảo vệ, với Tx1 cấu thành quan hệ bảo vệ 1: n Tiếp tục vậy, Tx1m, Tx2m, ,Txnm dùng chung đoạn bảo vệ, với Txpm cấu thành quan hệ bảo vệ 1: n Trong hệ thống WDM, chuyển đổi lẫn kênh SDH khơng có quan hệ với thay đổi kênh khác, tức hệ thống công tác WDM Tx11 chuyển đổi sang hệ thống bảo vệ WDM Tx12, , Tx1m tiếp tục làm việc hệ thống WDM Một phát thấy thời gian khởi động chuyển giao, chuyển giao bảo vệ phải hồn thành 50ms Bảo vệ đoạn ghép kênh: Công nghệ bảo vệ + kênh quang, mà không bảo vệ đường dây đầu cuối Tại đầu phát đầu thu sử dụng phân nhánh quang x khoá quang Ở đầu thu chọn đường cho tín hiệu quang Đặc điểm khố quang tổn hao nhỏ, suốt khu vực khuếch đại bước sóng tốc độ nhanh VI WDM SDH Hiện tín hiệu lớp thuê bao khách hàng hệ thống WDM ứng dụng thực tế dựa SDH, tức hệ thống SDH Nx 2,5 Gbit/s, khơng có nghĩa hệ thống WDM truyền tải tín hiệu SDH Một đặc điểm quan trọng hệ thống WDM không quan hệ với dịch vụ, nghĩa suốt dịch vụ Nó gánh tải khn dạng tín hiệu, PDH, SDH tín hiệu IP, ATM tương lai Điểm giống SDH WDM xây dựng môi trường vật lý sợi quang, sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn Nhưng chúng khác chất, WDM hệ thống gần môi trường vật lý (sợi quang, cáp quang) hơn, ghép kênh miền quang, ứng dụng điểm đến điểm, cộng thêm OXC, OADM cấu thành mạng hình sao, mạng vịng Ring hay mạng mắt lưới SDH công nghệ “mạng truyền dẫn đồng quang” thực thi lớp mạch điện So với cơng nghệ WDM, tín hiệu SDH, PDH ATM giống nhau, dich vụ mà hệ thống WDM truyền tải Cũng tức SDH WDM quan hệ lớp thuê bao khách hàng lớp phục vụ Việc ứng dụng công nghệ WDM có khách hàng hệ thống SDH, thực tế có lực truyền tải nhiều tín hiệu khách hàng Theo tiến triển phát triển mạng, 97 WDM truyền tải ngày nhiều tín hiệu khác nhau, ngày có nhiều khách hàng, hình thành mạng đa dịch vụ thực Theo phát triển mạng quang cuối mạng quang đối mặt trực tiếp với mạng dịch vụ IP, ATM khn dạng tín hiệu khác xuất hiện, lúc không cần dùng SDH phương tiện truyền dẫn Trên sở dựa vào chia gói dựa vào giao thức tế bào, tổng đài số định tuyến cao tốc kết nối trực tiếp với tiếp thiết bị WDM thông qua mạng quang, vào mạng tốc độ STM - 16, thiết bị đấu ghép song song SDH ứng dụng cho âm thoại số liệu có tốc độ thấp khơng cần thiết Nhưng mục tiêu lâu dài Có thể tin tưởng rằng: SDH tiếp tục tồn thời gian dài, nước có lưu lượng khơng lớn, sử dụng chuyển mạch kênh VII Mạng quang hỗn hợp quang điện Trong mạng quang lý tưởng, tín hiệu từ điểm nút nguồn đến điểm nút đích diễn miền quang, hạn chế công nghệ linh kiện có lực xử lý điểm nút mạng quang có hạn, khơng thể hồn thành việc biến đổi bước sóng quang chức nhớ, chức có ý nghĩa quan trọng việc vận hành mạng quang Do từ góc độ thực dụng người ta đề suất sách lược xử lý điện có hạn chế điểm nút, tức dùng xử lý điện để hoàn thành chức việc xử lý quang hồn thành được, từ lực vận hành mạng quang WDM phạm vi sử dụng mở rộng Do có quan điểm phương hướng phát triển mạng WDM Quan điểm thứ nên phát triển theo hướng mạng thơng tin tồn quang WDM, tất việc xử lý tín hiệu diễn hồn tồn miền quang, từ khắc phục hiệu ứng nghẽn, thực truyền dẫn quang suốt Quan điểm thứ hai nên theo hướng mạng hỗn hợp quang điện phần lớn chức nối chéo điểm nút chức ghép kênh tách nhập thiết bị điện tử thực Phải thừa nhận rằng, so với công nghệ điện tử, công nghệ quang chưa phát triển hồn thiện, cịn nhiều vấn đề tồn tại, đưa phần chức để công nghệ điện tử thực nhanh Nhưng bản, phương án mạng hỗn hợp quang điện chưa khắc phục triệt để hiệu ứng nghẽn, phương án để giải nhiều vấn đề mạng thông tin tương lai mạng thơng tin quang WDM Đương nhiên ngồi việc giải vấn đề phát hiện, việc thực mạng thông tin quang then chốt thực hồn thiện cơng nghệ tái sinh tín hiệu quang cách thực sự, hàm ý suốt tồn quang gì; có cần thiết truyền dẫn xử lý tất tín hiệu 98 suốt miền quang hay không, loại suốt tuyệt đối thực chăng; có phải cần thiết khơng vấn đề tranh luận VIII Vấn đề phi tuyến mạng quang WDM Hạn chế vật lý kênh tín hiệu thơng tin gồm loại: hạn chế băng tần hạn chế công suất Xét từ tình hình nay, kênh quang rõ ràng khơng phải bị hạn chế băng tần, công suất bị giới hạn chặt chẽ Biều chủ yếu hạn chế chỗ cơng suất tín hiệu quang vượt mức độ định, ảnh hưởng xấu phi tuyến tính gây tăng lên nhanh Hiện nay, số bước sóng mạng WDM khơng phải nhiều, thường sợi quang có khoảng 16 - 32 bước sóng tín hiệu, khoảng cách kênh tương đối lớn, ảnh hưởng phi tuyến tính tính tồn hệ thống rõ rệt Nếu số bước sóng tiếp tục tăng lên, xuất tổng công suất tín hiệu sợi quang tăng lên, khoảng cách bước sóng tín hiệu giảm xuống, can nhiễu tính phi tuyến ngày nghiêm trọng, cơng suất tín hiệu quang bước sóng khơng tăng, điều tất nhiên dẫn đến tính hệ thống giảm Hơn nữa, vấn đề tồn đương kết nối truyền dẫn, mà tồn điểm nút mạng Hiện giải vấn đề loại phi tuyến tính sợi quang cách tăng tiết diện hữu dụng của sợi quang chủ yếu nhất, trọng điểm nghiên cứu trước mắt vấn đề IX Thiết kế cấu trúc mạng WDM Kết cấu mạng WDM bao gồm lớp: thức kết cấu vật lý, thứ hai kết cấu logic Do đó, vấn đề thiết kế tồn mạng biến thành vấn đề tối ưu hoá lớp Trong q trình tối ưu hố lớp này, phải xét tới hạn chế hỗ trợ lẫn Nhất thiết kế kết cấu lơgic, phải xét tới yếu tố đặc tính lớp lớp quang WDM kết cấu vật lý, cần xét tới đặc tính ứng dụng dịch vụ vận hành lớp Nói chung trước xây dựng mạng thiết kế xong kết cấu vật lý, việc thiết kế xét tới yếu tố lưu lượng, nói chung có tính cố định tương đối lớn, xây dựng không thay đổi Dịch vụ vận hành mạng không cố định, mà dịch vụ khác yêu cầu kết cấu mạng khác nhau, thiết kế kết cấu lơgic trở thành quan trọng 99 Có kiểu kết cấu logic: kiểu coi WDM kênh truyền dẫn lớn tạo thành mạng, có lưu lượng dịch vụ kênh (đặc tính truyền dẫn nó), thiết kế kết cấu mạng chủ yếu xét đến tối ưu hoá ma trận lưu lượng, phân bố lưu lượng đồng đều, giảm mức nghẽn Một kiểu khác coi WDM mạng kết cấu phân lớp, lớp có chức định, chức lớp gần bổ trợ tạo điều kiện cho nhau, lớp ảnh hưởng đến lớp gần kề Khi thiết kế kết cấu logíc xem xét tới đặc tính lớp (kết cấu vật lý) lớp (lớp ứng dụng) Do thiết kế kết cấu logic cần xem xét không đơn giản lưu lượng dịch vụ mà cần phải xem xét hạn chế số lượng bước sóng ghép cơng nghệ ghép kênh Khi thiết kế kết cấu logíc, đề cập đến nhiều tiêu tối ưu hoá mạng, hệ số sử dụng lực chuyển mạch điểm nút, tỷ lệ nghẽn lớn mạng, trễ truyền dẫn bình quân, hệ số ghép kênh bước sóng Trong nghiên cứu thiết kế số kết cấu logíc có, xét đến tiêu mà bỏ qua tiêu quan trọng khác, bỏ qua tiêu đề mạng liên quan đến ứng dụng lớp Do đó, việc nghiên cứu thiết kế kết cấu logíc xét đến nhiều loại tiêu tối ưu hoá điều kiện số hạn chế cố hữu mạng WDM có ý nghĩa quan trọng Khi thiết kế kết cấu, có quan hệ với định tuyến phân phối bước sóng (RAW) RAW vấn đề nghiên cứu ứng dụng quan trọng, giải vấn đề làm để tạo thành kênh quang chuyển tải tín hiệu thông qua kết nối chéo quang thiết bị khác, phân phối hợp lý bước sóng cho kênh sử dụng, làm cho với tài nguyên có hạn cung cấp dung lượng thơng tin lớn Vấn đề RAW phận tạo thành: đường mà điểm nút nguồn tìm đến điểm nút đích; hai phân phối bước sóng đường đó, số bước sóng có hạn, xây dựng kênh quang cho đôi điểm nút Vấn đề RAW chia làm RAW động RAW tĩnh Nói chung RAW động yêu cầu xem xét xây dựng kết nối quang đến ngẫu nhiên, RAW tĩnh trước xét đến việc phân phối định tuyến bước sóng biết kết nối quang muốn xây dựng 100 V Mạng Ring tự phục hồi ghép bước sóng Mở đầu Mạng Ring thơng tia quang, thông htường cặp sợi truyền tín hiệu số có tốc độ bít 155,52 Mbit/s (STM-1), 622 Mbit/s (STM-4), 2,5 Gbit/s (STM-16) Các nút mạng Ring có chức xen/rẽ luông nhánh PDH SDH> Liên hệ nút thông qua luồng nhánh hệ thống quản lý phải sử dụng địa nút để trao đổi tin tức Địa nút thể bit cuối byte K1 Như mặt lý thuyết mạng Ring có tối đa 16 nút Tuy nhiên thực tế yêu cầu đồng nên số nút 16 Loại mạng Ring ký hiệu SHR/ADM Muốn tăng tốc độ truyền cặp sợi, thí dụ nâng từ 2,5 Gbit/s lên 10 Gbit/s giải pháp kinh tế dùng công nghệ ghép kênh bước sóng quang Mạng Ring trường hợp ký hiệu SHR/WDM Trong phần trìng bày cấu trúc mạng, số bước sóng ghép quan hệ với tổng số nút mạng số lượng nút tối đa Cấu trúc SHR/WDM đơn hướng 2.1 Cấu trúc mạng Ring có nút: Hình 5.16 thể SHR/WDM có nút Các nút nối với đầy đủ Cấu hình có phương thức bảo vệ 1+1 101 Hình 5.16 Mạng Ring ghép bước sóng có nút Ở trạng thái bình thường tín hiệu quang từ nút truyền đến nút thu theo bước sóng riêng sợi hoạt động sợi dự phịng Lúc chuyển mạch quang nút đặt vào phía sợi hoạt động Khi sợi quang bi đứt chuyển mạch quang nút chuyển sang sợi dự phịng Tổng số bước sóng sử dụng mạng Ring 12 2.2 Cấu trúc nút: Hình 5.17 thể cấu trúc nút (nút B) Số thiết bị sử dụng nút gồm: lọc bước sóng (MWF); thiết bị ghép bước sóng (WDM); thiết bị đầu cuối quang hoạt động dự phòng; chuyển mạch quang ´ (OS); coupler tách quang; khuếch đại quang (OA) điều khiển chuyển mạch quang (OSC) 102 Hình 5.17 Cấu trúc nút Các luồng nhánh PDH từ tổng đài từ thiết bị ghép đưa đến ghép SDH để ghép thành tốc độ bit STM-N; qua chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang (E/O); qua tách quang để chia công suất quang sợi quang đầu vào thành hai sợi đầu ra, sợi chiếm nửa công suất vào; sợi đầu chia công suất đến ghép bước sóng WDM Đầu vào WDM có bước sóng khác từ chia quang đưa đến bước sóng thứ tư từ lọc hướng đưa tới bước sóng ghép thành luồng ánh sáng chung truyền sợi hoạt động sợi dự phòng Chuyển mạch quang OSC phía thu tiếp xúc với đầu tương ứng lọc bước sóng cuối sợi hoạt động để thu bước sóng tương ứng Tín hiệu quang vào chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện (O/E) Tín hiệu điện vào tách để chuyển tốc độ bít STM-N thành tốc độ bít thấp luồng nhánh đưa vào tổng đài thiết bị tách PDH Tốc độ bít truyền sợi quang n lần tốc độ bít thiết bị ghép SDH, n số lượng bước sóng đầu vào WDM Trong trường hợp mạng Ring có nút n = Bộ khuếch đại quang sử dụng khoảng cách nút vượt cự ly cho phép Bộ ghép SDH mối nút M-1, M tổng số nút mạng Ring Trong sơ đồ nút phải sử dụng ghép SDH, thiết bị đầu cuối quang dự phòng 103 2.3: Quan hệ số lượng nút số lượng bước sóng Từ điều trình bày cho thấy, nút nối đầy đủ với số bước sóng cần sử dụng m số lượng nút mạng Ring M xác định theo biểu thức sau đây: m = M(M-1) (5.1) Như vậy, số nút tăng số lượng bước sóng tăng nhanh Số lượng bước sóng ghép tách nút m’ xác định theo biểu thức sau đây: m’ = 2(M-1) (5.2) Muốn giảm số lượng bước sóng dùng mạng Ring phải sử dụng cấu hình truyền hai hướng Cấu trúc SHR/WDM hai hướng Trong cấu hình này, sử dụng phương thức bảo vệ 1+1, nghĩa hai sợi hoạt động hai sợi dự phòng Từ nút nối đến nút khác mạng cần sử dụng bước sóng để phát sợi thu sợi khác Thí dụ nút A nối với nút B lab truyền từ A tới B sợi bên trong, lba truyền từ B đến A sợi bên ngồi Hai bước sóng Ngồi bước sóng xen/ rẽ cịn có bước sóng nối chuyển tiếp từ hướng sang hướng kia Thí dụ nút A có lbd nối từ hướng Tây sang hướng Đông, ldb nối từ hướng Đông sang hướng Tây, hai bước sóng 104 Hình 5.18 Cấu hình SHR/WDM hai Trong cấu hình hai hướng này, sử dụng bước sóng khác Tại mối nút cần dùng bước sóng để nối với nút cịn lại mạng Để chuyển mạch bảo vệ đứt cáp hỏng nút trạm phải có hệ thống chuyển mạch quang (khơng có hình vẽ) để chuyển bước sóng hai sợi bị đứt sang hai sợi dự phòng hướng bên nút Mối quan hệ số bước sóng m cần sử dụng mạng số nút M sau: m = M(M-1)/2 (5.3) Hiện thiết bị WDM, dùng cách tử số bước sóng tối đa ghép 50 Vậy số nút cực đai mạng 10 phía thu dùng lọc điều chỉnh để tách bước sóng Số lượng tối đa bước sóng mà lọc tách tỷ số tổng phạm vi điều chỉnh lọc khoảng cách tối thiểu kênh để đảm bảo xuyên âm bé Thí dụ tổng phạm vi điều chỉnh bộlọc 200 GHz (khoảng 1,5 nm quanh bước sóng 1550 nm) khoảng kênh 50 GHz dung lượng hệ thống kênh Bộ lọc nút cần tách M-1 bước sóng tổng số M(M-1)/2 bước sóng 105 mạng Thí dụ SHR/WDM có 10 nút lọc nút cần tách bước sóng tổng số 45 bước sóng Cơng nghệ chế tạo lọc tách hàng chục bước sóng số hàng trăm bước sóng mạng So sánh SHR/ADM SHR/WDM Bảng 5.1 thống kê số liệu so sánh đặc tính hệ thống SHR/ADM SHR/WDM Danh mục so sánh SHR/ADM SHR/WDM Khối tách /xen tín hiệu STM-1 Kênh quang truyền qua sợi Số thiết bị đầu cuối nhiều Tốc độ phát thấp cao Nâng cấp khó khăn, đắt dễ dàng Yếu tố hạn chế số nút mạng bị hạn chế dung lượng ADM số lượng bước sóng ghép Chuyển đổi O/E tín hiệu nút qua có khơng cần lớn nhỏ Trễ truyền dẫn Sự khác chủ yếu SHR/ADM SHR/WDM chỗ: SHR/ADM tách/ghép tín hiệu điện STM-1 luồng nhánh, SHR/WDM tách/ghép trực tiếp kênh quang (bước sóng quang) So với SHR/ADM SHR/WDM cần nhiều thiết bị điện tử hơn, SHR/WDM có chức năn giống mạng có cấu bảo vệ 1+1 SHR/WDM nâng cấp tới n ´ 2,5 Gbit/s (n số bước sóng sử dụng SHR/WDM) sợi quang truyền dẫn 2,5 Gbit/s mà không cần sử dụng thêm sợi Hạn chế chủ yếu SHR/WDM số lượng bước sóng sử dụng, số nút SHR/WDM số nút SHR/ADM Trễ truyền dẫn SHR/WDM 106 ngắn so với SHR/ADM có cự ly, khơng cần xử lý tín hiệu điện tách trạm thu cuối 107 KẾT LUẬN Truyền dẫn dung lượng cao theo hướng sử dụng cơng nghệ WDM có sức hút mạnh nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng hàng đầu giới Đã có hàng loạt tuyến truyền dẫn vận hành khai thác theo cơng nghệ này, chi phí đầu tư tính ổn định có nhiều điểm hẳn so với ghép kênh truyền thống TDM, mà nhu cầu dung lượng ngày cao Khi nâng cấp hệ thống thơng tin quang theo cơng nghệ WDM, có nhiều vấn đề cần phải xem xét, nhu cầu dung lượng, cấu hình hợp lý cấu hình tối ưu Mỗi mục nhỏ đồ án tốn kỹ thuật, địi hỏi phải có giải pháp tối ưu tồn diện Vấn đề mật độ ghép bước sóng, ITU-T ban hành chuẩn tần số khoảng cách ghép kênh, trở nên lạc hậu so với cơng nghệ tách/ghép bước sóng nay, mà khoảng cách ghép bước sóng hệ thống WDM giảm xuống 25 GHz Công nghệ khuếch đại quang sợi đời, mở chặng cho thơng tin quang nói chung cho thơng tin WDM nói riêng, giải vấn đề suy hao, quỹ công suất mà khơng cần lặp 3R cồng kềnh, chi phí lớn đáp ứng tốc độ thông tin thấp Thêm vào đó, module bù tán sắc DCM “nhúng” vào thiết bị WDM, làm cho hệ thống WDM có thêm nhiều hứa hẹn Khi kênh bước sóng đạt đến tốc độ 10 Gbit/s nữa, nhờ đạt tốc độ Tbit/s sợi đơn mode SSMF thơng thường Với thời gian nghiên cứu tìm hiểu thực tế mạng lưới, tìm hiểu cơng nghệ WDM cịn hạn chế, đề cập luận văn thực nhỏ bế, mang tính chất tìm hiểu, tập dượt Công nghệ truyền dẫn WDM thực tế chưa triển khai nước sta, lại cơng nghệ cịn mới, thời kỳ mà có nhiều đột biến giải pháp, công nghệ cho thiết bị Tuyến truyền dẫn quang Bắc-Nam nước ta giữ vai trò quan trọng an ninh quốc gia phát triển kinh tế, xã hội Do vậy, việc thảo luận, nghiên cứu - triển khai phương án tăng dung lượng tuyến cáp quang trục Bắc-Nam cơng nghệ WDM có ý nghĩa thiết thực Từ suy nghĩ em mong muốn tìm hiểu “cơng nghệ ghép kênh quang WDM” để sau đóng góp phần cơng sức nhỏ bé xây dựng đất nước Em mong có hội để tiếp tục nghiên cứu sâu vấn đề 108 Tài liệu tham khảo “Kỷ thuật thông tin quang – nguyên lý bản kỷ thuật tiên tiến” Nhà xuất khoa học “Hệ thống thông tin quang sử dụng kỷ thuật WDM” Tập bưu viễn thơng số Một số website tài liệu mạng 109 ... WRN Ghép kênh phân chia theo thời gian Ngưỡng bảo vệ Trao đổi khe thời gian Bộ nhập tách bước sóng Bộ chuyển đổi bước sóng Ghép kênh chia bước sóng Bộ định tuyến lưới quang dẫn sóng Đường bước sóng. .. cao sử dụng công nghệ WDM Ban đầu từ tuyến WDM điểm – điểm đến xuất mạng với nhiều cấu trúc phức tạp Với nhận thức đề tài ? ?Tìm hiểu cơng nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM? ?? giúp hiểu rõ Báo... dùng riêng mức đoạn ghép kênh quang Bảo vệ dùng chung mức đoạn ghép kênh quang Đoạn ghép kênh quang Định tuyến gán bước sóng Thiết lập luồng quang tĩnh Bộ chuyển đổi bước sóng Tổn thất dung lượng