intTypePromotion=1

Mạng thông tin quang. Chương 3: mạng thông tin quang ghép bước sóng

Chia sẻ: Le Quy Vien | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

0
143
lượt xem
41
download

Mạng thông tin quang. Chương 3: mạng thông tin quang ghép bước sóng

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ khi ra đời các mạng truyền tải ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng cao cho các ứng dụng mới. Công nghệ truyền tải đang phải đối mặt với phải giải quyết vấn đề băng thông tăng nhanh liên tục cùng với sự phát triển của Internet, WWW. Các ứng dụng đa phương tiện (video theo yêu cầu, truyền hình tương tác, ...) đòi hỏi tốc độ cao, băng thông lớn

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Mạng thông tin quang. Chương 3: mạng thông tin quang ghép bước sóng

  1. Môn học tín chỉ: MẠNG THÔNG TIN QUANG Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
  2. NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Tổng quan mạng thông tin quang  Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT Chương 2: Các thành phần cơ bản của mạng thông tin quang  Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT Chương 3: Mạng thông tin quang ghép bước sóng  Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT Chương 4: Mạng định tuyến bước sóng  Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT Chương 5: Công nghệ mạng quang thế hệ sau  Giảng viên: T.S Trần Thiện Chính - Học viện CNBCVT 2 20/03/2012
  3. CHƯƠNG 3: MẠNG THÔNG TIN QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (WDM) 3.1. Mạng truyền tải quang ghép bước sóng 3.2. Các hệ thống thông tin quang ghép bước sóng 3.3. Cấu trúc mạng quang ghép bước sóng 3.4. Tính phi tuyến của hệ thống thông tin quang WDM 3.5. Các kỹ thuật ghép kênh quang 3 20/03/2012
  4. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG 3.1.1. Sơ lược công nghệ mạng truyền tải quang  Từ khi ra đời các mạng truyền tải ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng cao cho các ứng dụng mới. Công nghệ truyền tải đang phải đối mặt với phải giải quyết vấn đề băng thông tăng nhanh liên tục cùng với sự phát triển của Internet, WWW. Các ứng dụng đa phương tiện (video theo yêu cầu, truyền hình tương tác, ...) đòi hỏi tốc độ cao, băng thông lớn Công nghệ truyền tải quang mới có thể hỗ trợ cho các nhu cầu băng thông này.  Dựa vào công nghệ được sử dụng cho lớp vật lý, các mạng truyền tải được phân biệt theo ba thế hệ: + Mạng truyền tải thế hệ thứ nhất: Là các mạng truyền tải xuất hiện trước khi xuất hiện công nghệ sợi quang, các mạng này dựa vào sợi cáp đồng hoặc sóng vô tuyến để truyền tải 4 20/03/2012
  5. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) + Mạng truyền tải thế hệ thứ hai: Sử dụng sợi cáp quang theo các kiến trúc truyền thống. Sợi quang được sử dụng vì có băng thông lớn, tỷ lệ lỗi thấp, độ tin cậy cao, có khả năng bảo quản dễ dàng, … Mặc dù hiệu suất hoạt động của thế hệ thứ hai có thể được cải thiện với việc triển khai sử dụng sợi quang, nhưng hiệu suất của các mạng này bị giới hạn bởi tốc độ tối đa của các thiết bị điện tử được sử dụng trong các bộ chuyển mạch và các nút mạng (khoảng vài Gigabit/s). Hiện tượng này tạo nên các “thắt nút cổ chai” trong mạng + Mạng truyền tải thế hệ thứ ba: Để đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng tăng của các ứng dụng mới, các giải pháp đã được triển khai để khai thác băng thông rộng lớn có sẵn có trong sợi cáp quang (khoảng 30 THz trong vùng có suy hao thấp của sợi quang đơn mode ở xung quanh vùng bước sóng 1.550 nm), các mạng truyền tải thế hệ thứ 3 ra đời. Mạng truyền tải thế hệ thứ 3 được thiết kế như một mạng toàn quang để tránh hiện tượng “nút thắt cổ chai điện”. Trong mạng này, thông tin được truyền qua mạng hoàn toàn trong miền quang 5 20/03/2012
  6. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Trong mạng truyền tải quang thế hệ thứ hai, vấn đề định tuyến, chuyển mạch  và xử lý thông minh đều được điều khiển ở lớp quang. Băng thông sợi quang được khai thác hiệu quả hơn bằng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM). Với công nghệ WDM, băng thông sợi quang được chia thành số lượng lớn các kênh theo các bước sóng khác nhau, Bên cạnh cung cấp băng thông rất lớn, các mạng WDM còn có đặc tính trong suốt với dữ liệu, do đó các mạng WDM có thể chấp nhận dữ liệu ở dạng tốc độ bit và định dạng bất kỳ Trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ WDM trên sợi quang đã  phát triển mạnh mẽ và bắt đầu được đưa vào sử dụng rộng rãi, trên thế giới đã hình thành cao trào nghiên cứu mạng thông tin quang. Mỹ (đại diện cho khu vực Bắc Mỹ), liên minh Châu Âu, Nhật Bản đều thi nhau triển khai nghiên cứu công nghệ mạng quang. Quá trình nghiên cứu trên thế giới cho thấy mạng thông tin quang dựa trên công nghệ WDM đã được chú ý rộng rãi và trở thành công nghệ truyền tải chủ chốt trong các mạng truyền tải quang ngày nay 6 20/03/2012
  7. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.2. Mạng truyền tải quang  Mạng truyền tải quang (OTN) bao gồm các phần tử mạng quang (ONE) kết nối với nhau bằng các liên kết sợi quang, có khả năng thực hiện chức năng truyền dẫn, ghép kênh, định tuyến, quản lý, giám sát và khôi phục mạng khi xảy ra sự cố với các kênh quang  Phần tử mạng ONE là phần tử có các chức năng xử lý truyền tải tín hiệu ở một hoặc nhiều lớp mạng. Quá trình nghiên cứu về OTN với các chức năng mạng quang hoàn chỉnh đã được thực hiện ở nhiều lĩnh vực như: kiến trúc mạng OTN, cấu trúc và cách ghép tín hiệu OTN, đặc tính chức năng thiết bị OTN, quản lý OTN, đặc tính lớp vật lý OTN 3.1.2.1. Kiến trúc mạng OTN  Ngày nay, mạng viễn thông không ngừng phát triển. Những yếu tố như ứng dụng mới, định dạng thông tin mới và cách truyền tải thông tin, ... làm cho kiến trúc mạng luôn thay đổi 7 20/03/2012
  8. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) ITU-T đã đưa ra hai khuyến nghị mô tả về mạng của OTN trên cơ sở những  yếu tố cơ bản như công nghệ truyền tải, khoảng cách, ứng dụng Khuyến nghị G.872 mô tả cấu trúc phân lớp, mối quan hệ giữa lớp chủ và lớp  phục vụ, tô pô mạng, chức năng các lớp mạng (bao gồm truyền tín hiệu, ghép tín hiệu, định tuyến giám sát, khôi phục mạng khi xảy ra sự cố) Khuyến nghị G.873 nêu các ứng dụng của mạng OTN, bao gồm các kết nối  với mạng khác Ngoài ra, khuyến nghị G.Ason cũng bắt đầu được nghiên cứu về các vấn đề  mạng chuyển mạch quang tự động (ASON), mạng này có khả năng thực hiện thiết lập và chuyển mạch tự động các kết nối kênh quang. Khuyến nghị G.Optperf nghiên cứu về vấn đề giám sát lỗi trong mạng OTN, đưa ra những thông số yêu cầu tương ứng về kiến trúc OTN Từ góc độ vật lý, kiến trúc mạng có thể phân theo 3 dạng  8 20/03/2012
  9. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) + Mạng truyền tải đường dài: Mạng truyền tải đường dài là phần lõi của toàn thể kiến trúc mạng, kết nối nhiều mạng đô thị với nhau. Ứng dụng của mạng này là truyền tải, do vậy vấn đề cần quan tâm của mạng đường dài là băng thông + Mạng truy nhập (AN): Mạng truy nhập đứng về phía khách hàng và nằm ngoài biên của mạng lõi. Nó được đặc trưng bởi tính đa dạng về giao thức, kiến trúc mạng và trải rộng trên nhiều tốc độ truyền tải khác nhau + Mạng đô thị (MAN): Mạng đô thị đóng vai trò chuyển tiếp giữa mạng đường dài và mạng truy nhập. Mạng MAN có nhiều thuộc tính giống như mạng truy nhập (tính đa dạng về giao thức và tốc độ kênh truyền). Để đảm bảo được chức năng chuyển tiếp, mạng MAN phải có khả năng đáp ứng nhu cầu tăng băng thông truyền tải của mạng đường dài. Mặt khác, nó cũng phải đáp ứng nhu cầu gia tăng không ngừng về số lượng kết nối và kỹ thuật truy cập của mạng AN 9 20/03/2012
  10. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.2.2. Kết cấu liên kết mạng quang  Bất kỳ mạng thông tin nào cũng có hai loại liên kết đó là liên kết vật lý và liên kết logic (còn gọi là liên kết ảo). Trong đó, liên kết vật lý mô tả kết cấu vật lý của nút mạng còn liên kết logic mô tả phân bố dịch vụ giữa hai nút mạng  Liên kết vật lý: Liên kết vật lý của mạng tức là quan hệ kết nối vật lý giữa các điểm nút của mạng. Nó là tập hợp của các nút mạng và các sợi quang. Trong thời kỳ đầu, khi kỹ thuật WDM mới phát triển, liên kết điểm-điểm là phương thức ứng dụng duy nhất. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật nút mạng, các OADM và OXC đã cho phép thực hiện các loại liên kết vật lý khác nhau. Ngoài phương thức kết nối đơn giản điểm - điểm, liên kết vật lý còn có các loại kết nối khác như: kết nối hình sao, hình vòng, hình cây và hình mạng lưới  Liên kết logic: Là sự phân bố dịch vụ giữa các điểm nút của mạng. Nó quan hệ mật thiết với liên kết vật lý, thường có các loại liên kết logic như: hình sao, kiểu cân bằng, hình lưới. Với hỗ trợ của OXC, liên kết logic sẽ linh động hơn 10 20/03/2012
  11. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Như vậy giữa liên kết vậy lý và liên kết logíc có sự phân biệt như sau:  + Cơ sở của liên kết vật lý là sự kết nối vật lý giữa các điểm nút mạng. Cơ sở thiết kế của liên kết logic là quan hệ kết nối logic giữa các điểm nút mạng, mà cơ sở thực hiện là quan hệ kết nối vật lý giữa các điểm nút + Trong mạng quang, liên kết logic phản ánh kết nối lớp kênh quang của mạng truyền tải và chức năng xử lý. Độ phức tạp của liên kết có quan hệ trực tiếp với số lượng điểm nút, số lượng bước sóng ghép, chức năng và kết cấu của mạng + Thiết kế liên kết vật lý có mục đích là nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ mạng, quá trình thiết kế được thực hiện sao cho phân bố địa lý của điểm nút mạng và quan hệ kết nối vật lý giữa các điểm nút là tối ưu. Mục đích thiết kế liên kết logic là dựa vào liên kết vật lý đã có để nâng cao chỉ tiêu vận hành và kinh doanh mạng tối ưu hoá chức năng mạng của lớp kênh quang 11 20/03/2012
  12. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.3. Sự ra đời của công nghệ WDM  Trước hết, đó là sự gia tăng liên tục về dung lượng mạng. Nhân tố chính cho sự gia tăng này là sự phát triển nhanh chóng của Internet và world wide web. Bên cạnh đó là các nhà kinh doanh ngày nay dựa vào các mạng tốc độ cao để thực hiện việc kinh doanh. Các mạng này được dùng để kết nối các văn phòng trong một công ty, cũng như giữa các công ty phục vụ cho việc giao dịch thương mại. Ngoài ra còn có sự tương quan giữa việc tăng nhu cầu và giá thành băng thông của mạng. Các công nghệ tiên tiến đã thành công trong việc giảm giá thành của băng thông. Điều này lại thúc đẩy sự phát triển của nhiều ứng dụng mới sử dụng nhiều băng thông và các cấu hình hiệu quả hơn  Thứ hai, bãi bỏ và phá vỡ sự độc quyền trong lĩnh vực viễn thông. Việc phá bỏ tính độc quyền trong lĩnh vực viễn thông đã kích thích sự cạnh tranh trong thị trường, điều này dẫn đến việc giảm giá thành cho những người sử dụng và triển khai nhanh hơn những kỹ thuật và dịch vụ mới 12 20/03/2012
  13. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Thứ ba, sự thay đổi thể loại lưu lượng chiếm ưu thế trong mạng. Ngược lại với  lưu lượng thoại truyền thống, nhiều ứng dụng mới dựa trên dữ liệu ngày càng phát triển. Tuy nhiên, nhiều mạng truyền tải hiện nay đã được xây dựng chỉ để hỗ trợ hiệu quả cho lưu lượng thoại chứ không phải là lưu lượng dữ liệu. Do đó, việc thay đổi thể loại lưu lượng là nguyên nhân thúc đẩy những nhà cung cấp dịch vụ kiểm tra lại cách thức xây dựng mạng, kiểu dịch vụ phân phối và trong nhiều trường hợp cần kiểm tra cả mô hình kinh doanh tổng thể của họ Các nhân tố trên đã dẫn đến sự ra đời và phát triển của mạng quang dung  lượng cao. Trong thập niên 90, sợi cáp quang đã được lắp đặt như một mạng xương sống liên kết các mạng con và trở thành nền tảng hạ tầng viễn thông. Việc sử dụng kỹ thuật ghép kênh thời gian (TDM), có thể truyền thông tin với tốc độ 2,5 Gbps trên một sợi cáp quang và với việc triển khai các thiết bị có số lượng gấp 4 lần, có thể đạt được tốc độ 10 Gbps. Đứng trước việc nhu cầu băng thông ngày càng tăng, các nhà cung cấp có 3 giải pháp khả thi đó là: 13 20/03/2012
  14. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.3.1. Giải pháp lắp đặt sợi cáp quang mới  Phương pháp này đơn giản và không cần phát triển công nghệ, chỉ đơn thuần là tăng số lượng sợi quang và thiết bị, tốc độ truyền dẫn vẫn giữ nguyên  Giải pháp này có thể lựa chọn nếu trên tuyến truyền dẫn cần tăng băng thông đã có sẵn số lượng sợi quang chưa dùng và khoảng cách tuyến truyền dẫn là đủ ngắn để không cần dùng các bộ lặp, bộ khuếch đại  Nếu khoảng cách truyền dẫn xa, khi đó chi phí sẽ tăng vọt vì mỗi hệ thống lắp thêm đều cần một số lượng bộ lặp, bộ khuếch đại, … như hệ thống cũ  Chi phí trung bình để lắp đặt thêm một sợi cáp được ước tính khoảng 70.000 USD/dặm. Hơn nữa, sợi quang đơn mode đang sử dụng có một số giới hạn liên quan đến chi phí và độ trễ  Bởi vậy việc lắp đặt sợi cáp mới là một giải pháp không thực tế đối với các nhà cung cấp 14 20/03/2012
  15. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.3.2. Giải pháp đầu tư vào TDM để đạt tốc độ bit cao hơn  Giải pháp này tập trung vào việc tăng tốc độ truyền dẫn trên sợi quang. Khi tiếp tục sử dụng phương thức truyền dẫn truyền thống này, cần phải xem xét 2 vấn đề: trước và trong khi truyền tín hiệu trên sợi quang  Tuy nhiên, trước khi chuyển thành tín hiệu quang để truyền đi, các linh kiện điện tử có khả năng xử lý với tốc độ bit tối đa là bao nhiêu ?  Thực tế hiện nay cho thấy, ở đa số các mạng truyền dẫn, linh kiện điện tử có khả năng đáp ứng tốt đối với các tín hiệu ở tốc độ 2,5 Gbps hoặc 10 Gbps  Như vậy giải pháp này chưa giải quyết trọn vẹn bài toán tăng băng thông. Các mô phỏng ở phòng thí nghiệm đã cho thấy các linh kiện điện tử có khả năng hoạt động ở tốc độ 40 Gbps hoặc 80 Gbps  Để TDM có thể đạt được những tốc độ cao hơn, các phương pháp tách/ghép trong miền quang, được gọi là ghép kênh theo thời gian trong miền quang (OTDM) đang được tích cực triển khai 15 20/03/2012
  16. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy OTDM có thể ghép  được các luồng tín hiệu 10 Gbps thành các luồng tín hiệu 250 Gbps. Nhưng khi đó, việc truyền dẫn trên sợi quang vấp phải một số vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn như: tán sắc màu, tán sắc phân cực, … STM-64/OC-192 (10 Gbps) đang trở thành một giải pháp cho các nhà cung  cấp muốn có dung lượng cao hơn Tuy nhiên, có một số vấn đề quan trọng đã hạn chế khả năng ứng dụng của  giải pháp này đó là phần lớn các sợi quang đang sử dụng là sợi quang đơn mode (SMF) có độ tán sắc cao trong vùng bước sóng 1550 mm, làm cho việc truyền dẫn STM-64/OC-192 rất khó khăn Thực chất, tán sắc ảnh hưởng đến các thiết bị STM-64 nhiều hơn 16 lần so với  ảnh hưởng của nó đến các thiết bị STM-16. Vì vậy, truyền dẫn STM-64 đòi hỏi hoặc là loại sợi cáp có thể bù lại sự tán sắc, hoăc là lắp đặt toàn bộ cáp mới có tán sắc bằng không (NZDSF), điều này sẽ cao hơn 50% so với cáp SMF 16 20/03/2012
  17. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Công suất truyền lớn trong trường hợp tốc độ bit cao tạo nên các hiệu ứng  quang phi tuyến làm giảm chất lượng tín hiệu. Tóm lại, TDM cũng không thể là giải pháp truyền dẫn cho các mạng tương lai 3.1.3.3. Giải pháp ứng dụng kỹ thuật WDM  Giải pháp này tập trung ghép nhiều bước sóng để cùng truyền nhiều tín hiệu trên một sợi quang, mà không cần tăng tốc độ truyền dẫn trên một bước sóng  Công nghệ WDM có thể mang đến giải pháp hoàn thiện nhất trong điều kiện công nghệ hiện tại: + Thứ nhất, nó vẫn giữ tốc độ xử lý của các linh kiện điện tử ở mức 10 Gbps, đảm bảo thích hợp với sợi quang hiện tại + Thứ hai, công nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ hoạt động của sợi quang trong vùng bước sóng 1260 nm đến 1675 nm. Vùng bước sóng này được chia thành nhiều kênh bước sóng hoạt động như trong Bảng 3.1 17 20/03/2012
  18. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Bảng 3.1: Phân chia các kênh bước sóng Băng bước sóng Phạm vi bước sóng Băng O 1260 nm ÷ 1360 nm Băng E 1360 nm ÷ 1460 nm Băng S 1460 nm ÷ 1530 nm Băng C 1530 nm ÷ 1565 nm Băng L 1565 nm ÷ 1625 nm Băng U 1625 nm ÷ 1675 nm 18 20/03/2012
  19. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) Ban đầu, hệ thống WDM hoạt động ở băng C (vì EDFA hoạt động trong dải  bước sóng này). Về sau, EDFA có khả năng hoạt động ở cả băng C và băng L nên hệ thống WDM hiện tại có thể hoạt động ở cả băng C và băng L Nếu theo chuẩn ITU-T, xét khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 Ghz  (khoảng cách này đảm bảo khả năng chống nhiễu xuyên kênh trong điều kiện công nghệ hiện tại), sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗi băng Như vậy, nếu vẫn giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền dẫn, sử dụng  công nghệ WDM cũng đủ làm tăng băng thông truyền dẫn trên một sợi quang lên 64 lần và khi công nghệ DWDM được triển khai, băng thông sẽ được tăng lên nhiều hơn nữa và có thể đáp ứng cho các ứng dụng mới trong tương lai Tóm lại, để đạt được băng thông lớn hơn, giải pháp WDM/DWDM là giải  pháp lựa chọn hợp lý vừa cho phép tận dụng tối đa băng thông của sợi quang, vừa cho phép tăng băng thông/tốc độ truyền dẫn 19 20/03/2012
  20. 3.1. MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG GHÉP BƯỚC SÓNG (tiếp) 3.1.4. Phương pháp thiết lập ghép bước sóng hệ thống truyền tải quang  Có hai phương pháp cơ bản để thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật WDM đó là truyền dẫn ghép bước sóng quang một hướng và truyền dẫn ghép bước sóng quang hai hướng 3.1.4.1. Hệ thống truyền tải WDM đơn hướng  Hình 3.1 thể hiện sơ đồ thiết lập hệ thống truyền dẫn WDM đơn hướng, đó là sự kết hợp của các tín hiệu có bước sóng khác nhau vào sợi tại một đầu và thực hiện tách chúng để chuyển tới các bộ tách sóng quang ở đầu kia  Để thực hiện hệ thống WDM đơn hướng, cần phải có bộ ghép kênh (MUX) ở đầu phát để kết hợp tín hiệu quang từ các nguồn phát quang khác nhau đưa vào sợi quang. Tại đầu thu, cần phải có bộ tách kênh (DEMUX) để thực hiện tách riêng các kênh quang tương ứng 20 20/03/2012
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2