intTypePromotion=1
ADSENSE

Đồ án Tốt nghiệp: Tìm hiểu kỹ thuật định tuyến và gán bước sóng trong hệ thống WDM

Chia sẻ: Trạc Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

11
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài có cấu trúc gồm 4 chương trình bày Tổng quan về hệ thống thông tin quang; giới thiệu về hệ thống WDM; định tuyến và gán bước sóng trong hệ thống WDM; mô phỏng định tuyến cho đường đi ánh sáng lightpath. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án Tốt nghiệp: Tìm hiểu kỹ thuật định tuyến và gán bước sóng trong hệ thống WDM

  1. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Huyền Trang đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, đồng thời động viên trong thời gian em nghiên cứu đề tài này. Em xin cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng đã nhiệt tình dạy dỗ, cung cấp trang bị cho em những kiến thức quí báu trong suốt thời gian vừa qua, cám ơn các bạn đã góp những ý kiến chân thành góp phần giúp em hoàn thành đồ án. Trong thời gian thực hiện đồ án khá ngắn, mặc dù có nhiều cố gắng nhưng đồ án không khỏi tránh những thiếu sót. Kính mong các thầy cô giáo trong khoa cùng các bạn tận tình chỉ bảo và góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng Tháng 06 Năm 2013 Sinh viên thực hiện Trần Văn Thời SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang i
  2. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................v DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU ............................................................ vii LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. ....................2 1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ....................................................................................2 1.2. GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN QUANG ........................................................3 1.2.1. Sự phát triển của thông tin quang ...............................................................3 1.2.2. Cấu trúc và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang ............4 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG WDM. ........................................................6 2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ....................................................................................6 2.2. NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM ............6 2.2.1. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng ..............................................6 2.2.2. Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng ...............................................................................................................................10 2.2.2.1. Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng........................................10 2.2.2.2 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng. .........................................11 2.3. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM ...........................12 2.3.1. Thiết bị xen /rẽ quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) ..............12 2.3.1.1. Cấu trúc song song ...............................................................................13 2.3.1.2. Cấu trúc nối tiếp ...................................................................................14 2.3.1.3. Cấu trúc OADM cấu hình lại ...............................................................16 2.3.2. Bộ ghép tín hiệu (Coupler) .........................................................................17 2.3.2.1. Nguyên lý hoạt động .............................................................................18 2.3.2.2. Ứng dụng ..............................................................................................19 2.3.3. Bộ định tuyến bước sóng ............................................................................19 2.3.4. Thiết bị đấu nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) ....................20 2.3.4.1. Chức năng của bộ đấu nối chéo OXC ..................................................20 2.3.4.2. Cấu trúc của bộ đấu nối chéo OXC .....................................................21 2.3.4.3. Phân loại bộ đấu nối chéo OXC ...........................................................22 SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang ii
  3. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM 2.3.5. Bộ biến đổi bước sóng. ...............................................................................22 2.3.5.1. Chế tạo bằng phương pháp quang-điện ...............................................23 2.3.5.2. Chế tạo bằng phương pháp cửa quang ................................................24 2.3.5.3. Chế tạo bằng phương pháp giao thoa ..................................................25 2.3.5.4. Chế tạo bằng phương pháp trộn bốn bước sóng ..................................26 2.3.6. Bộ khuếch đại quang ..................................................................................26 2.3.7. Bộ lọc ...........................................................................................................28 2.3.7.1. Bộ lọc chọn bước sóng .........................................................................28 2.3.7.2. Bộ lọc điều chỉnh được .........................................................................29 CHƯƠNG 3 ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG ..............................................32 TRONG HỆ THỐNG WDM ......................................................................................32 3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..................................................................................32 3.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG (ROUTING AND WAVELENGTH ASSIGNMENT - RWA). ................................................32 3.3. ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG .........................................................................34 3.4. ĐỊNH TUYẾN (ROUTING) ............................................................................35 3.4.1. Giới thiệu ....................................................................................................35 3.4.2. Phân loại định tuyến ..................................................................................36 3.4.3. Lí thuyết đồ thị ............................................................................................37 3.4.3.1. Đồ thị vô hướng. ...................................................................................38 3.4.3.2. Đồ thị có hướng. ...................................................................................38 3.4.3.3. Đồ thị hỗn hợp ......................................................................................39 3.4.3.4. Ví dụ......................................................................................................39 3.4.4. Các thuật toán cơ bản trong định tuyến ....................................................40 3.4.4.1. Thuật toán trạng thái liên kết LSA .......................................................40 3.4.4.1.1. Bài toán ..........................................................................................40 3.4.4.1.2. Thuật toán ......................................................................................41 3.4.4.1.3. Chứng minh ...................................................................................41 3.4.4.1.4. Các bước thực hiện ........................................................................41 3.4.4.1.5. Ví dụ về thuật toán Dijkstra ..........................................................42 3.4.4.2. Thuật toán định tuyến vectơ khoảng cách DVA ...................................43 3.4.4.2.1. Thuật toán ......................................................................................44 SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang iii
  4. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM 3.4.4.2.2.Chứng minh ....................................................................................45 3.4.5. Kết luận .......................................................................................................46 3.5. GÁN BƯỚC SÓNG ..........................................................................................46 3.6. SỰ THIẾT LẬP ĐƯỜNG ẢO (VIRTUAL PATH) ......................................48 3.7. GIẢI THUẬT CHO VẤN ĐỀ ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG VỚI LƯU LƯỢNG MẠNG THAY ĐỔI DRWA ..........................................................49 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG ĐỊNH TUYẾN CHO ĐƯỜNG ĐI ÁNH SÁNG LIGHTPATH ...............................................................................................................51 4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..................................................................................51 4.2. GIỚI THIỆU VỀ NGÔN NGỮ VISUAL C++ ..............................................51 4.3. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN .................................................................................51 4.4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ..................................................................................53 4.5. KẾT LUẬN .......................................................................................................56 KẾT LUẬN ..................................................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang iv
  5. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A APD Avalanche Photodiode Diod tách sóng quang thác lũ AS Autonomous System Hệ thống độc lập ATM Asynchronous Transfer Mode Kiểu truyền bất đồng bộ B BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến vùng biên C CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã D DVA Distance Vector Algorithm Thuật toán Vector khoảng cách DWDM Dense WDM WDM mật độ cao E EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi có pha tạp Erbium EIGRP Enhanced IGRP Giao thức IGRP nâng cấp I IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao thức định tuyến bên trong ISDN Itegrated Servise Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ L LD Diod Laser LED Light Emitting Diode Diod phát quang LP Lightpath Đường đi ánh sáng LSA Link State Algorithm Thuật toán trạng thái liên kết O SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang v
  6. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM OADM Optical Add/Drop Multipler Bộ ghép kênh xen/rớt quang OLT Optical Line Terminator Thiết bị đầu cuối quang OXC Optical Cross Connect Bộ kết nối chéo quang P PIN Positive Intrinsic Negative R RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RWA Routing & Wavelength Assignment Định tuyến và gán bước sóng S SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn T TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian W WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước song SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang vi
  7. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sự gia tăng lưu lượng dữ liệu và tiếng nói qua các năm. ..........................2 Hình 1.4: Quá trình phát triển của thông tin sợi quang. ...........................................4 Hình 2.1: Các cửa sổ có suy hao thấp sử dụng trong WDM. ....................................8 Hình 2.2: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM. ................................8 Hình 2.3: Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng. .........................................10 Hình 2.4: Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng. ...........................................11 Hình 2.5: Vai trò của bộ OADM. ...............................................................................12 Hình 2.6: Cấu trúc OADM song song. .......................................................................14 Hình 2.7: Cấu trúc OADM ghép nối tiếp. .................................................................14 Hình 2.8: Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng mạng sử dụng OADM nối tiếp. 15 Hình 2.9: Cấu trúc OADM kết hợp. ..........................................................................16 Hình 2.10: Cấu trúc OADM có thể cấu hình lại. ......................................................17 Hình 2.11: Bộ ghép hình sao 8×8. ...............................................................................18 Hình 2.12: Sơ đồ bộ định tuyến bước sóng. ..............................................................20 Hình 2.13: Cấu trúc OXC sử dụng chuyển mạch phân chia theo không gian. .....21 Hình 2.14: Bộ OXC 4×4 sử dụng bộ SLA..................................................................22 Hình 2.15: Các bộ chuyển đổi bước sóng quang- điện. ............................................24 Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi bước sóng theo phương pháp cửa quang. ....................................................................................................................25 Hình 2.17: Biến đổi bước sóng bằng điều chế pha sử dụng SLA có gắn bộ lọc MZ. .......................................................................................................................................25 Hình 2.18: Chuyển đổi bước sóng bằng kỹ thuật trộn bốn bước sóng. ..................26 Hình 2.19: Bộ khuếch đại EDFA. ...............................................................................27 Hình 2.20: Bộ lọc màng mỏng điện môi. ....................................................................29 Hình 2.21: Nguyên lý hoạt động của bộ lọc Fabry-Perot.........................................29 Hình 2.22: Hàm truyền đạt của bộ lọc Fabry-Parot. ...............................................30 Hình 3.1: Điều kiện tính liên tục bước sóng ..............................................................33 SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang vii
  8. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Sự phân chia các băng sóng trong WDM. ..................................................7 Bảng 2.2: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM. ....................................................10 SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang viii
  9. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống thông tin quang ra đời cùng với những ưu điểm vượt trội của nó đã và đang áp dụng rộng rãi trên mạng lưới thông tin toàn cầu. Hiện nay, các hệ thống thông tin quang truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu của mạng số tích hợp dịch vụ ISDN. Vì thế, hệ thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về tốc độ truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấp cao. Đối với hệ thống thông tin quang, môi trường truyền dẫn chính là sợi quang, nó thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thông tin từ phía phát tới phía thu. Định tuyến và gán bước sóng trở thành chức năng không thể thiếu được trong mạng quang WDM. Vấn đề đặt ra là định tuyến đường đi cho ánh sáng và gán bước sóng cho nó trên mỗi tuyến như thế nào để đạt được một mạng tối ưu. Trong đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày về đề tài định tuyến và gán bước sóng trong hệ thống WDM (Routing and Wavelength Assignment). Đồ án được chia thành bốn chương:  Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin quang.  Chương 2: Giới thiệu về hệ thống WDM.  Chương 3: Định tuyến và gán bước sóng trong hệ thống WDM.  Chương 4: Mô phỏng định tuyến cho đường đi ánh sáng lightpath. Đề tài “Tìm hiểu kỹ thuật định tuyến và gán bước sóng trong hệ thống WDM” của đồ án này đã phân tích sự cần thiết của chức năng định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM, trở thành chức năng không thể thiếu trong việc điều hành mạng quang. Phương pháp nghiên cứu của đề tài: dựa vào chức năng của định tuyến và gán bước sóng trong WDM, thực hiện mô phỏng chức năng định tuyến trong mạng. Ánh sáng đi trong sợi quang phải đi qua nhiều node mạng trung gian để tới node đích, tức là qua các tuyến trung gian. Việc định tuyến với tiêu chí tối ưu hàm mục tiêu là các tham số quen thuộc như băng thông, độ trễ, chi phí tuyến,... Vì thế dùng thuật toán tìm đường ngắn nhất Dijkstra để thực hiện mô phỏng định tuyến tối ưu mạng. SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 1
  10. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. 1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất nhanh. Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet. Số người sử dụng truy cập Internet ngày càng tăng và thời gian mỗi lần truy cập thường kéo dài gấp nhiều lần cuộc nói chuyện điện thoại. Chúng ta đang hướng tới một xã hội mà việc truy cập thông tin có thể được đáp ứng ở mọi lúc, mọi nơi chúng ta cần. Mạng internet và ATM ngày nay không đủ dung lượng để đáp ứng cho nhu cầu băng thông trong tương lai. Hình 1.1: Sự gia tăng lưu lượng dữ liệu và tiếng nói qua các năm. Kĩ thuật thông tin quang có thể được xem là vị cứu tinh của chúng ta trong việc giải quyết vấn đề trên. Bởi vì hệ thống thông tin quang ra đời với những khả năng vượt trội của nó: băng thông khổng lồ (gần 50Tbps), suy giảm tín hiệu thấp (khoảng 0.2dB/km), méo tín hiệu thấp, đòi hỏi năng lượng cung cấp thấp, không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ, khả năng bảo mật cao… Vì vậy thông tin quang được xem là kĩ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng. Các hệ thống thông tin quang không chỉ đặc biệt phù hợp với các tuyến thông tin đường dài, trung kế mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và trong tương lai. Vì vậy việc phát triển và xây dựng hệ thống thông tin sợi quang là cần thiết cho nhu cầu phát triển thông tin trong tương lai. SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 2
  11. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM 1.2. GIỚI THIỆU VỀ THÔNG TIN QUANG Khác với thông tin hữu tuyến hay vô tuyến - các loại thông tin sử dụng các môi trường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn và không gian như hình 1.2 - thì thông tin quang là hệ thống truyền tin qua sợi quang như hình 1.3. Điều đó có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang. Tại nơi nhận, nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu. Hình 1.2: Thông tin hữu tuyến Hình 1.3: Thông tin quang 1.2.1. Sự phát triển của thông tin quang Các phương tiện sơ khai của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người về chuyển dộng, hình dáng và màu sắc sự vật qua đôi mắt. Tiếp đó một hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng, các đèn hiệu. Sau đó, năm 1791, VC. Chape phát minh một máy điện báo quang. Thiết bị này sử dụng khí quyển như là một môi trường truyền dẫn, do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện về thời tiết. Để giải quyết hạn chế này, Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến có khả năng thực hiện thông tin giữa những người gởi và người nhận ở xa nhau. Đầu năm 1880, A.G. Bell- người phát minh ra hệ thống điện thoại đã nghĩ ra một thiết bị quang thoại có khả năng biến đổi dao động máy hát thành ánh sáng. Tuy nhiên, sự phát triển tiếp theo của hệ thống này đã bị bỏ bê do sự xuất hiện hệ thống vô tuyến. Sự nghiên cứu hiện đại về thông tin quang được bắt đầu bằng sự phát minh thành công của Laser năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và Hockham năm 1966 về việc chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp. Bốn năm sau, Kapron đã có thể chế tạo các sợi quang trong suốt có độ suy hao khoảng 20dB/km. Được cổ vũ bởi thành công SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 3
  12. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM này, các nhà khoa học và kĩ sư trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành các hoạt động nghiên cứu và phát triển và kết quả là các công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dải thông, về các Laser bán dẫn… đã được phát triển thành công trong những năm 70, độ tổn thất của suy hao đã được giảm đến 0.18dB/km. Hơn nữa trong những năm 70, Laser bán dẫn có khả năng thực hiện dao động liên tục đã được chế tạo, tuổi thọ của nó ước lượng khoảng 100 năm và cho phép tạo ra cự ly truyền xa hơn với dung lượng truyền lớn hơn mà không cần đến các bộ tái tạo. Cùng với công nghệ chế tạo các nguồn phát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với các hệ thống thông tin cáp kim loại. Hình 1.4: Quá trình phát triển của thông tin sợi quang. 1.2.2. Cấu trúc và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang Mã Thiết bị Bộ Thiết Giải hoá phát lặp bị thu mã Phát quang Sợi Sợi quang Thu quang quang Hình 1.5: Cấu trúc của hệ thống thông tin -Phần phát quang: được cấu tạoquang từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điều khiển liên kết với nhau. Phần tử phát xạ ánh sáng có thể là: Diod Laser (LD), Diod phát quang (LED: Light Emitting Diode). LED dùng phù hợp cho hệ thống thông tin quang có tốc độ bit không quá 200Mbps sử dụng sợi đa mode. LED phát xạ tự phát, ánh sáng không định hướng nên để sử dụng LED tốt trong hệ thống thông tin quang thì nó phải có công suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh. LD khắc phục nhược điểm SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 4
  13. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM của LED, thường sử dụng LD cho truyền dẫn tốc độ cao. LD có nhiều ưu điểm hơn so với LED: phổ phát xạ của LD rất hẹp (khoảng từ 1 đến 4nm nên giảm được tán sắc chất liệu), góc phát quang hẹp (5- 100), hiệu suất ghép ánh sáng vào sợi cao. - Cáp sợi quang: gồm các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài. Có thể chọn các loại sợi sau: sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc, sợi quang đa mode chiết suất giảm dần, sợi quang đơn mode. - Phần thu quang: do bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành. Trong hệ thống thông tin quang, người ta quan tâm nhất đối với các bộ tách sóng quang là các diod quang PIN và diod quang kiểu thác APD được chế tạo từ các bán dẫn cơ bản Si, Ge, InP. Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang còn có các bộ nối quang, các mối hàn, các bộ chia quang và các trạm lặp. Tất cả tạo nên một tuyến thông tin hoàn chỉnh. Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng LED hoặc laser bán dẫn. Cả hai nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ thống thông tin quang, với tín hiệu quang đầu ra có tham số biến đổi tương ứng với sự thay đổi của dòng điều biến. Bước sóng làm việc của nguồn phát quang cơ bản phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, đoạn sợi quang ra của nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang khai thác trên tuyến. Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ đuợc lan truyền dọc theo sợi quang để tới phần thu quang. Khi truyền trên sợi dẫn quang, tín hiệu thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên. Bộ tách sóng quang ở phần thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới. Tín hiệu quang được biến đổi trở lại thành tín hiệu điện. Các Photodiod PIN và Photodiod thác APD đều có thể sử dụng làm các bộ tách sóng quang trong các hệ thống thông tin quang. Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu quang là độ nhạy thu quang. Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có các trạm lặp quang đặt trên tuyến. Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã được sử dụng để thay thế cho các thiết bị trạm lặp quang. SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 5
  14. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gắn Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG WDM. 2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG Kĩ thuật mạng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Mutiplexing) được coi là cuộc cách mạng về băng thông trong mạng xương sống Internet và hơn thế nữa. Nhu cầu băng thông đang gia tăng một cách nhanh chóng với nhiều ứng dụng mới phong phú, chẳng hạn như thương mại điện tử, video theo yêu cầu, các công việc đòi hỏi hoạt động đồng bộ trên toàn cầu. Để thích ứng với sự phát triển không ngừng đó và thoả mãn yêu cầu tính linh hoạt về thay đổi mạng, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã được nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đưa vào ứng dụng như kĩ thuật TDM, CDM. Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM được ưa chuộng hơn cả. Điều này là do công nghệ TDM có chi phí kĩ thuật và thiết bị lắp đặt hệ thống tương đối cao, đặc biệt trong TDM gây lãng phí một số kênh thông tin khi mỗi khe thời gian được dự trữ ngay cả khi không có dữ liệu để gửi và phía thu khó khăn khi phân biệt các khe thời gian thuộc về kênh nào để giải ghép kênh tín hiệu. Bên cạnh đó, ghép kênh phân chia theo mã CDM còn tồn tại những hạn chế về kĩ thuật như tốc độ điều chế và suy hao trong mã hoá cũng như giải mã cao. WDM là tiến bộ rất lớn trong công nghệ truyền thông quang, nó cho phép tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ bit đường truyền cũng như không cần dùng thêm sợi dẫn quang. Với WDM, mỗi kênh với một bước sóng khác nhau và các bước sóng ánh sáng này không ảnh hưởng lẫn nhau bởi vì chu kì dao động của các các kênh khác nhau là hoàn toàn độc lập nhau. Khác với hệ thống TDM, mỗi phần tử kênh WDM có thể hoạt động ở tốc độ bất kì và mỗi kênh cũng có thể mang đầy dung lượng của mỗi bước sóng. Chương này sẽ trình bày rõ nguyên lí hoạt động của hệ thống WDM và các thành phần của nó. 2.2. NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM 2.2.1. Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng Trong hệ thống thông tin quang thì tồn tại 3 cửa sổ truyền sóng là 3 vùng bước sóng có suy hao nhỏ nhất đó là: Vùng 1: có bước sóng λ = 0.8÷0.9 nm: có hệ số suy hao αmin = 2 ÷ 3 dB/km, là vùng dành cho sợi đa mode chiết suất nhảy bậc SI (Step Index) và chiết suất biến đổi SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 6
  15. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM GI (Graded Index), được dùng cho các hệ thống có cự ly truyền dẫn ngắn với tốc độ truyền khoảng vài chục Mb/s. Vùng 2: có bước sóng λ = 1÷1.3 nm: có αmin = 0,35 dB/km, lúc này tán xạ vật liệu không còn, được sử dụng cho các sợi đa mode GI và các sợi đơn mode và dùng cho các hệ thống truyền dẫn cự ly xa khoảng mấy chục km với tốc độ hàng Gb/s. Vùng 3: là vùng có bước sóng nằm trong khoảng   1,5  1, 7nm ; có hệ số suy hao αmin=0.16dB/km, được dùng chủ yếu cho sợi đơn mode, dùng cho các hệ thống có cự ly truyền dẫn hàng trăm km với tốc độ lên đến hàng ngàn Gb/s. Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng WDM có thể ghép nhiều bước sóng truyền trên một sợi quang mà không cần tăng tốc độ truyền dẫn trên một bước sóng. Công nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ làm việc của sợi quang trong khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675 nm. Khoảng bước sóng này được chia ra làm các băng hoạt động như trong Bảng 2.1. Bảng 2.1: Sự phân chia các băng sóng trong WDM. Băng sóng Mô tả: Phạm vi bước sóng(nm) Băng O Ban đầu: Original 1260÷1360 Băng E Mở rộng: Extended 1360÷1460 Băng S Ngắn: Short 1460÷1530 Băng C Tiêu chuẩn: Conventional 1530÷1565 Băng L Dài: Long 1565÷1625 Băng U Cực dài: Untra-long 1625÷1675 Trong hệ thống WDM thì thường sử dụng các bước sóng nằm trong các vùng có suy hao thấp như trên được thể hiện rõ hơn trong Hình 2.1. Định nghĩa WDM (Wavelength Division Multiplexing): WDM là phương thức ghép kênh quang theo bước sóng, cho phép ghép nhiều sóng quang có bước sóng khác nhau nhờ vào một bộ ghép kênh MUX (Multiplexing) rồi truyền trên 1 sợi quang. Tại đầu thu thì các bước sóng khác nhau sẽ được tách ra nhờ vào một bộ giải ghép kênh DEMUX (Demultiplexing) ở đầu bên kia của sợi quang. SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 7
  16. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM Hình 2.1: Các cửa sổ có suy hao thấp sử dụng trong WDM. Nguyên lý hoạt động của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng được minh hoạ như trong Hình 2.2. Tx1 Rx1 Sợi quang Tx2 Rx2 DE MUX MUX TxN Khuếch đại tín hiệu RxN Phát tín Ghép tín Tách tín Thu tín hiệu hiệu hiệu hiệu Hình 2.2: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM. Phần phát tín hiệu: Hệ thống WDM sử dụng các nguồn phát quang là các Laser có độ rộng phổ hẹp, phát ra các bước sóng ổn định, mức công suất đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng dịch tần phải nằm trong giới hạn cho phép. Ghép/tách tín hiệu: Bộ ghép các bước sóng quang OMUX có nhiệm vụ ghép các bước sóng khác nhau λ1, λ2, λ3,…, λN từ các nguồn quang khác nhau thành một luồng ánh sáng chung để truyền qua sợi quang. Bộ ghép kênh quang này phải có suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu ở đầu ra của bộ ghép kênh ít bị suy hao, giữa các kênh phải có khoảng bảo vệ nhất định để tránh nhiễu sang nhau. Bộ tách tín hiệu quang ODEMUX có nhiệm vụ phân luồng tín hiệu thu được thành các kênh có bước sóng khác nhau và đi đến đầu thu riêng. Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao, tán sắc hay các hiệu ứng phi tuyến mà mức độ ảnh hưởng của mỗi yếu tố phụ thuộc vào loại sợi được sử dụng trong hệ thống. SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 8
  17. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM Thu tín hiệu: Các hệ thống WDM sử dụng các bộ tách sóng quang là các bộ PIN (Positive Intrinsic Negative) hoặc Diode quang thác APD (Avalanche Photo- Diode) để biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, nó phải tương thích với bộ phát cả về bước sóng và đặc tính điều chế. Khi N kênh tại tốc độ bit B1, B2, …, BN được truyền đồng thời qua sợi có độ dài L, thì B.L = (B1+ B2+…+ BN)L. Khi tốc độ bit đồng đều, tức B1=B2=…=BN thì dung lượng của hệ thống sẽ tăng lên với hệ số N. Dung lượng cực đại của các tuyến WDM phụ thuộc vào khoảng cách cho phép giữa các kênh. Khoảng cách tối thiểu là khoảng cách mà đảm bảo được khả năng chống nhiễu xuyên kênh giữa các kênh. Các kênh tần số (hay bước sóng) của các hệ thống WDM đã được chuẩn hoá bởi ITU_T thì khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz, hệ thống WDM hiện tại (có sử dụng bộ khuếch đại quang sợi pha tạp EDFA- Erbium Doped Fiber Amplifier) hoạt động trong băng C và L thì sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗi băng. Như vậy, nếu giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền mà sử dụng công nghệ WDM thì cũng đủ làm tăng băng thông truyền trên một sợi quang lên 64 lần. Hệ thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng lỏng CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) và kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng lỏng CWDM: là kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng mà trong đó khoảng cách giữa các kênh liên tiếp nhau lớn hơn 20 nm và độ rộng phổ của một kênh là 2500 Ghz. Bước sóng của laser thay đổi theo nhiệt độ nhưng đối với kỹ thuật này không cần bộ làm mát vì khoảng cách giữa các kênh liền nhau lớn. Kỹ thuật CWDM mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với hệ thống cần ít bước sóng. Khi dung lượng của hệ thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tăng lên. Điều này làm cho kỹ thuật CWDM khó có thể đáp ứng được nhu cầu. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM đã khắc phục điều đó. DWDM là kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng mà khoảng cách giữa các kênh quang liền nhau truyền trên sợi quang là 0,8 nm tại vùng tần số 1550 nm và độ rộng phổ của một kênh tầm 100 Ghz. Hiện nay, người ta còn có thể ghép được các bước sóng mà khoảng cách giữa các kênh là 0,4 và 0,2 nm và độ rộng phổ lần lượt là 50 và 20 Ghz. Khi độ rộng SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 9
  18. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM phổ của bước sóng giảm xuống thì có nhiều yêu cầu cần phải giải quyết như: nhiệt độ của Laser phát phải ổn định, các thiết bị tách ghép phải hoạt động chính xác hơn. Những yêu cầu này làm cho giá thành của các thiết bị DWDM tăng lên rất nhiều so với các thiết bị của hệ thống CWDM. Việc so sánh giữa CWDM và DWDM được minh họa như trong Bảng 2.2. Bảng 2.2: Bảng so sánh giữa CWDM và DWDM. CWDM DWDM Khoảng cách bước sóng ≈20 nm ≈0,8nm Độ rộng phổ 2500 Ghz 100 Ghz Điều khiển môi trường Không Có Nguồn Laser DFB (không làm mát) DFB (làm mát) Tốc độ dữ liệu/ kênh 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s Tốc độ bít tập trung 40 Gbit/s 320 Gbit/s Giá thành kênh Thấp Cao 2.2.2. Các phương pháp truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng Có hai phương pháp thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép kênh quang theo bước sóng WDM, đó là truyền dẫn WDM đơn hướng và song hướng. 2.2.2.1. Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng là: ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng 1, 2, ..., i qua bộ ghép/tách kênh được ghép lại với nhau thành một luồng tín hiệu truyền dẫn theo một chiều trên một sợi. Cũng sợi quang đó, ở hướng về các bước sóng i+1, i+2,..., N được truyền dẫn theo chiều ngược lại. Phương pháp này chỉ cần sử dụng một sợi quang cũng có thể thiết lập được một hệ thống truyền dẫn cho cả chiều đi và chiều về. Phương pháp này được biểu diễn trong Hình 2.3. Tx1 Rx1 λ1, λ2,…, λi Tx2 Rx2 DE MUX MUX λi+1, λi+2,…, λN TxN RxN Hình 2.3: Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng. SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 10
  19. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM 2.2.2.2 Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng. Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng là: tất cả kênh quang trên cùng một sợi quang được ghép lại thành một luồng tín hiệu và được truyền theo cùng một hướng. Ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng 1 ,  2 ,...., λN qua bộ ghép kênh được ghép lại với nhau thành một luồng tín hiệu và truyền dẫn theo một chiều trên một sợi quang đến đầu thu. Ở đầu thu, bộ giải ghép bước sóng quang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau trong luồng tín hiệu thu được để đến các đầu thu riêng rẽ. Ở hướng ngược lại, có nguyên lý truyền giống như nguyên lý truyền ở hướng đi nhưng truyền trên một sợi quang riêng biệt khác. Phương pháp truyền dẫn đơn hướng được biểu diễn trong Hình 2.4. Tx1 Rx1 λ1, λ2,…, λN Tx2 Rx2 DE MUX MUX EDFA λ1, λ2,…, λN EDFA TxN RxN Hình 2.4: Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng. Hai phương pháp truyền dẫn đều có ưu nhược điểm riêng. Giả sử công nghệ hiện tại cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, thì có thể so sánh hai phương pháp như sau: Đầu tiên là về dung lượng: phương pháp truyền hai hướng trên hai sợi có dung lượng cao gấp đôi so với phương pháp truyền hai hướng trên một sợi, nhưng số sợi quang cần dùng lại nhiều gấp đôi. Tiếp theo là khi có sự cố đứt cáp thì hệ thống truyền hai hướng trên hai sợi không cần cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động vì cả hai đầu liên kết đều có khả năng nhận biết tức thời sự cố. Bên cạnh đó, khi thiết kế mạng: hệ thống song hướng khó thiết kế hơn do phải xét đến các yếu tố xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng truyền trên một sợi quang hơn hệ thống đơn hướng, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không sử dụng chung một bước sóng. SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 11
  20. Tìm Hiểu Kỹ Thuật Định Tuyến Và Gán Bước Sóng Trong Hệ Thống WDM Cuối cùng là bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng. Nhưng do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song hướng giảm một nửa theo mỗi chiều, nên các bộ khuếch đại của hệ thống song hướng sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với hệ thống đơn hướng. 2.3. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM Cấu trúc hệ thống ghép kênh quang theo bước sóng WDM bao gồm các thiết bị sau: phần tử phát và thu, thiết bị xen rẽ, thiết bị đấu nối chéo quang, bộ biến đổi bước sóng, bộ định tuyến, bộ khuếch đại quang. Sau đây, sẽ tìm hiểu về một số loại thiết bị được sử dụng trong hệ thống WDM. 2.3.1. Thiết bị xen /rẽ quang OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) Bộ xen/rẽ quang được sử dụng trong các hệ thống WDM khi hệ thống đó cần tách ra hoặc ghép vào một hoặc nhiều kênh mà vẫn phải bảo toàn tính nguyên vẹn của các kênh khác. Vai trò của bộ xen/rẽ quang có thể được làm rõ thông qua ví dụ sau: Node A Node B Node C a Add/Drop Node A Node B Node C b Add/Drop Hình 2.5: Vai trò của bộ OADM. Xét một mạng gồm ba nút A, B, C. Nút A trao đổi thông tin với nút C thông qua nút B, giả thiết rằng, các tuyến liên kết hoàn toàn song công. Giả sử yêu cầu lưu lượng như sau: giữa A và B có một bước sóng, giữa A và C có ba bước sóng. Các hệ thống WDM điểm nối điểm được triển khai để cung cấp nhu cầu lưu lượng này. Có hai giải pháp như trong Hình 2.5. Giải pháp 1: Có hai hệ thống điểm nối điểm, một giữa A và B, một giữa B và C. Mỗi liên kết điểm-điểm sử dụng một thiết bị đầu cuối OLT ở cuối liên kết (thiết bị đầu cuối đường quang OLT-Optical Line Terminator là thiết bị được dùng ở đầu cuối của một liên kết điểm nối điểm để ghép và giải ghép các bước sóng. OLT gồm 3 phần tử: bộ tiếp sóng, bộ ghép các bước sóng và bộ khuếch đại). Mỗi nút có bốn bước sóng, do SVTH: Trần Văn Thời – Lớp: CCVT03A Trang 12
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2