TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM Giáo viên hướng dẫn: KS LÊ ĐÌNH CÔNG Sinh viên thực : LÊ VĂN HÙNG Lớp 46K – ĐTVT Vinh, tháng - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: ……………………………………………………………………………………………… Khoá:………………………Khoa: Công Nghệ Đầu đề đồ án: Ngành: Điện tử - Viễn thông …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Nội dung phần thuyết minh tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………………………………………………… …… ….…… …………………………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………………………………… ……… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… Họ tên giảng viên hướng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………………………………………………………………………………………… Ngày hoàn thành đồ án:………………………………………………………………………………………………… Chủ nhiệm Bộ môn Ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng Cán phản biện năm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên:………………………………………………………………………………………………… Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Điểm:……………….(bằng chữ:………………………… ) Ngày tháng năm 2010 Giáo viên hướng dẫn: Lê Đình Công Đồ án tốt nghiệp Đại học LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đất nước ta với hội nhập toàn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thông tin tăng mạnh Sự bùng nổ mạng internet hàng loạt dịch vụ yêu cầu băng thông rộng đời truyền hình cáp, truyền hình độ phân giải cao, truyền hình hội nghị, mạng riêng ảo VPN, mạng WAN vvv Lĩnh vực viễn thông đem lại lợi nhuận cao nên nhiều doanh nghiệp đầu tư, khai thác cung cấp dịch vụ viễn thông tạo nên thị trường sôi động Tuy nhiên xây dựng mạng truyền dẫn với khoảng cách lớn phạm vi rộng nhà khai thác viễn thông làm Tập đoàn bưu viễn thông Việt Nam VNPT nhà khai thác viễn thông Việt Nam xây dựng mạng lưới viễn thông rộng khắp tỉnh thành nước mở rộng kết nối quốc tế Trong mạng truyền dẫn quang đường trục Bắc - Nam đóng vai trò quan trọng, nơi tập trung truyền tải lưu lượng nước Lưu lượng truyền dẫn qua mạng đường trục tăng nhanh từ luồng 2,5 Gbps sở đến đạt tới 240 Gbps Để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn dung lượng lớn, tốc độ cao, tuyến quang đường trục Bắc - Nam áp dụng công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo bước sóng quang WDM Cùng với phát triển khoa học công nghệ kỹ thuật hình thành nhiều mạng lưới truyền dẫn thông tin với nhiều phương thức khác Trong hệ thống thông tin quang với việc sử dụng sợi quang để truyền dẫn ngày phổ biến, chiếm ưu dần thay hệ thống truyền dẫn cáp đồng ưu điểm vượt trội Hệ thống thông tin quang ứng dụng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) sử dụng rộng rãi, công nghệ then chốt cho việc hướng tới mạng toàn quang tương lai Xuất phát từ điều em chọn lĩnh vực để nghiên cứu đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm có ba chương chính: CHƯƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG III: BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI WDM Qua thời gian học tập, nghiên cứu, hướng dẫn tận tình thầy cô giáo trường Đại học Vinh, em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên, hiểu biết thời gian có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn bè để đồ án hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Công Nghệ trường Đại học Vinh, bạn bè lớp 46K – ĐTVT Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo KS Lê Đình Công tận tình bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 10 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hùng Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: Lê Văn Hùng Lớp : 46K – ĐTVT Khoa : Công Nghệ Khóa : 2005 – 2010 Tên đề tài: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM Nội dung đồ án: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang Chương 2: Hệ thống thông tin quang ghép kênh bước sóng WDM Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải WDM Ngày giao đề tài: …… …/………/ 2010 Ngầy nộp đồ án:…………/………/ 2010 Ngày…… tháng…… năm 2010 Giáo viên hướng dẫn: Lê Đình Công Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ 12 DANH SÁCH BẢNG BIỂU 13 BẢNG CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Giới thiệu chung .1 1.2 Lịch sử phát triển 1.3 Mô hình hệ thống thông tin quang 1.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin quang 1.5 Phân loại hệ thống thông tin quang 1.5.1 Phân loại theo dạng tín hiệu 1.5.2 Phân loại theo phương pháp điều biến giải điều biến tín hiệu quang 1.5.3 Phân loại theo tốc độ cự ly truyền dẫn 1.6 Đặc điểm hệ thống thông tin quang 1.6.1 Ưu điểm .6 1.6.2 Nhược điểm .8 1.7 Ứng dụng hệ thống thông tin quang 1.8 Các kỹ thuật ghép kênh quang 10 1.8.1 Giới thiệu chung 10 1.8.2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số quang OFDM .11 1.8.3 Kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM 12 1.8.4 Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM 14 1.9 Kết cuối chương .18 CHƯƠNG 19 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 19 2.1 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) 19 2.2 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống WDM .20 2.3 Phân loại hệ thống WDM .20 2.3.1 Hệ thống WDM đơn hướng 21 2.3.2 Hệ thống WDM song hướng 21 2.4 Các thành phần hệ thống WDM 22 2.4.1 Bộ phát quang 22 2.4.1.1 Yêu cầu nguồn quang sử dụng hệ thống WDM 22 2.4.1.2 Điốt phát quang LED (Light Emitted Diode) 23 2.4.1.3 Laser điốt LD (Laser Diode) 24 2.4.1.4 LASER hồi tiếp phân bố (DFB) .27 2.4.1.5 LASER phân bố phản xạ Bragg (DBR) 29 2.4.2 Bộ thu quang 29 2.4.2.1 Photodiode PIN .30 2.4.2.2 Diode thác quang APD (Avalanche Photo Diode) 31 Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC 2.4.2.3 Đặc tính kỹ thuật PIN APD 32 2.4.3 Bộ ghép tách kênh quang 33 2.4.3.1 Coupler (Bộ ghép/tách tín hiệu) 34 2.4.3.2 Bộ lọc quang 36 2.4.3.3 Bộ lọc Fabry-Perot 39 2.4.3.4 Bộ lọc Mach-Zehnder 42 2.4.3.5 Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF) 44 2.4.4 Bộ xen rẽ quang OADM 45 2.4.5 Bộ nối chéo quang OXC 48 2.4.6 Bộ khuếch đại quang .49 2.4.6.1 Giới thiệu chung 49 2.4.6.2 Bộ khuếch đại quang EDFA 51 2.4.6.3 Phân loại EDFA theo cấu hình bơm laser .54 2.4.6.4 Phân loại EDFA theo theo ứng dụng .55 2.4.6.5 Ưu nhược điểm EDFA 55 2.4.7 Sợi quang 56 2.4.7.1 Cấu trúc sợi quang 56 2.4.7.2 Phân loại sợi quang .57 2.4.7.3 Nguyên lý truyền ánh sáng sợi quang 61 2.3.3.4 Các thông số sợi quang .64 2.5 Ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến hệ thống WDM 67 2.5.1 Giới thiệu chung 67 2.5.1.1 Định nghĩa .67 2.5.1.2 Phân loại ứng phi tuyến 68 2.5.2 Hiệu ứng tán xạ Raman (SRS): .68 2.5.3 Hiệu ứng tán xạ (SBS) 69 2.5.4 Hiệu ứng Brillouin tự điều pha (SPM) 69 2.5.5 Hiệu ứng điều chế xuyên pha (XPM) .70 2.5.6 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM) 71 2.5.7 Giải pháp khắc phục hiệu ứng phi tuyến sợi quang 71 2.5.7.1 Phương án - tạo khoảng cánh kênh tín hiệu 72 2.5.7.2 Phương án - tạo khoảng cánh kênh tín hiệu không 72 2.5.7.3 Phương án - tạo phần khoảng cánh kênh tín hiệu 72 2.6 Kết cuối chương .72 CHƯƠNG 73 BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG WDM 73 3.1 Bảo vệ mạng truyền tải quang WDM 73 3.1.1 Mục đích bảo vệ 73 3.1.2 Sự cần thiết việc bảo vệ lớp quang 73 3.1.3 Các khái niệm bảo vệ 74 3.1.3.1 Bảo vệ riêng 76 3.1.3.2 Bảo vệ chia sẻ 76 3.1.3.3 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang .77 3.1.3.4 Bảo vệ kênh quang 77 Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM phân tích cấu trúc tô – pô đường thẳng, vòng ring, lưới (mesh) Hai cấu hình vòng ring mesh thu hút quan tâm chủ yếu nhà thiết kế Sau nghiên cứu hoạt động liên kết mạng với nhau, liên kết với tầng khác bên (như SDH, ATM,IP…) Đối với cấu hình đường thẳng ta áp dụng trực tiếp kỹ thuật bảo vệ tuyến riêng/chia sẻ Mặc dù bảo vệ cấu hình tiềm tàng nhiều nguy đứt tuyến cáp hay cố thiết bị nên sử dụng giai đoạn đầu thử nghiệm chưa phát triển dung lượng mà không sử dụng mạng qui mô lớn Các phương thức bảo vệ 1+1/1:1 SONET/SDH Điểm khác biệt bảo vệ WDM SDH chỗ xuất cố sợi hoạt động chuyển mạch đầu thu tương ứng phía phát Trong SDH hai đầu thu biết trạng thái sợi bảo vệ Nút A Nút A L2 L1 L2 L4 L3 L4 L3 a) Nút B Nút B b) L1 Hình 26 Kiến trúc ring ảo cải tiến (a) OC- DPRing, (b) OMS - SPRing Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 97 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM Các kiến trúc OCh – DPRing OCh – SPRing thực thi bảo vệ lớp kênh quang Các kiến trúc OMS – DPRing OMS – SPRing thực thi bảo vệ lớp đoạn ghép kênh quang nên tất kênh quang chặng bảo vệ đồng thời xuất cố OCh – DPRing sử dụng chuyển mạch quang để chuyển mạch lưu lượng lên sợi bảo vệ xảy cố không yêu cầu báo hiệu Cấu hình chống lại cố chặng đơn, cố đa chặng, hay cố nút trung gian tuyến hoạt động có nhược điểm chung yêu cầu chi phí đắt so với giải pháp khác Trường hợp OC – DPRing bốn sợi cho phép tái sử dụng bước sóng tổng số bước sóng giảm xuống yêu cầu chuyển mạch bảo vệ hai đầu cuối để tránh xung đột bước sóng sợi bảo vệ xảy cố OCh – DPRing sử dụng hai sợi để truyền tải lưu lượng theo hai hướng Trong điều kiện bình thường, sợi mang bước sóng khác (λ1 thuận chiều kim đồng hồ, λ2 ngược chiều kim đồng hồ) Nếu đoạn hay nút bị cố nút kế cận định tuyến lại bước sóng cho đoạn cung bù Cấu hình OMS – SPRing phải thiết kế bảo vệ riêng cho chặn nên đắt tính khả thi Cấu hình OMS – SPRing bảo vệ chia sẻ nên cho phép sử dụng tài nguyên hiệu OMS – SPRing truyền lưu lượng hai sợi, sợi cấp phát nửa tổng số bước sóng cho kênh hoạt động, nửa lại dự phòng bảo vệ kênh hoạt động sợi Nếu đoạn hay nút bị cố, nút kế cận sử dụng chuyển mạch 2×2 định tuyến lại kênh hoạt động truyền qua đoạn cung lên kênh bảo vệ sợi truyền ngược hướng bước sóng hoạt động OMS – SPRing ring WDM hai hướng chặng có bốn sợi quang, cặp sợi quang dùng để truyền lưu lượng hoạt động, cặp sợi quang dành cho dự phòng bảo vệ cho cặp hoạt động Khi xảy cố sử dụng chuyển mạch nhanh 2×2 hai nút kế cận với cố chuyển mạch bảo vệ để nối vòng lưu lượng sợi hoạt động lên sợi bảo vệ Yêu cầu có báo hiệu để phối hợp chuyển mạch hai nút kết cuối cố Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 98 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM Cả hai giải pháp bảo vệ 1+1 1:1 dành tới 50% dung lượng cho bảo vệ áp dụng bảo vệ kênh quang mạng lưới WDM, OXC chuyển tiếp cấu hình lại trường hợp xảy cố Cơ chế bảo vệ riêng phân chia thành hai loại: loại tuyến bảo vệ tuyến hoạt động tách biệt SRG, hai tuyến bảo vệ tuyến hoạt động tách biệt SRG nút trung gian Trong bảo vệ chia sẻ tuyến, tuyến quang bảo vệ hai nút thiết lập để bảo vệ cho N tuyến quang hoạt động hai nút Bước sóng dự phòng dành riêng đoạn đường dự phòng chia sẻ với đường dự phòng khác Giải pháp giảm chi phí phức tạp cách thức thực yêu cầu trao đổi thông tin báo hiệu phải cấu hình lại OXC kết cuối kênh WDM chia sẻ Đối với cấu trúc mạng quang WDM hình lưới (mesh) sử dụng OXC để chuyển mạch quang toàn mạng Có nhiều cách thực thi bảo vệ đoạn cấu hình mesh, thực tế có hai chiến lược cấp phát dung lượng dự phòng phổ biến: giải pháp sử dụng vòng ring vu hồi giải pháp tổng quát hoá vòng lặp ngược Nguyên lý vòng ring vu hồi áp dụng cho mạng lưới WDM sau: trước hết mạng phân tích thành số nhóm sợi, nhóm quản lý vòng ring trang bị hệ thống bảo vệ OMS giống OMS – SPRing Khi hệ thống bảo vệ phản ứng với cố cách nối vòng kết nối bị cố Một số giải pháp nghiên cứu hoàn thiện giới: giải pháp phủ nút giải pháp phủ vòng, giải pháp phủ vòng kép giải pháp P – cycle Trong thực tế mạng quang thường xây dựng theo kiến trúc phân cấp, cấp xem mạng Các miền mạng triển khai thường sử dụng kiến trúc CS – Ring, OMS – SPRing, kiến trúc lưới sử dụng OXC Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 99 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM 3.4 Phục hồi cấp phát tài nguyên mạng WDM 3.4.1 Phục hồi Phục hồi phương thức sử dụng tài nguyên dự phòng khả dụng để định tuyến lại lưu lượng sau xảy cố, theo tình trạng mạng Ở phần nói tới vấn đề bảo vệ Điểm phân biệt hai phương thức bảo vệ phục hồi là: kỹ thuật bảo vệ dựa kịch để xác định tuyến/đoạn bảo vệ cho tuyến/đoạn hoạt động cần bảo vệ trước xảy cố, kỹ thuật phục hồi sử dụng thuật toán định tuyến để tìm tuyến/đoạn dự phòng khả dụng thay tạm thời cho tuyến/đoạn hoạt động bị ảnh hưởng sau xảy cố Do kỹ thuật bảo vệ thường đáp ứng thời gian hồi phục nhanh kỹ thuật phục hồi động bù lại kỹ thuật phục hồi cho phép sử dụng tài nguyên dự phòng mềm dẻo Như ta biết môi trường WDM chia lớp: lớp kênh quang (OCh-Optical Channel), lớp đoạn ghép kênh quang (OMS- Optical Multiplex Section) lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS – Optical Transmisstion Section) Tương ứng với lớp ta có cách phục hồi riêng biệt  Phương thức phục hồi kênh quang: phương thức yêu cầu thay tuyến quang hoạt động bị ảnh hưởng cố tuyến quang bảo vệ Việc tìm tuyến bảo vệ thực thi băng điều khiển phân tán tập trung Trường hợp áp dụng điều khiển tập trung, nút điều khiển lưu giữ ghi trạng thái mạng tìm tuyến bảo vệ thông báo cho nút mạng Trường hợp áp dụng điều khiển phân tán, nút nguồng đích rà soát động bước sóng bảo vệ yêu cầu để thiết lập lại tuyến đường bị đứt  Phương thức phục hồi đoạn ghép kênh quang: phương thức yêu cầu tìm kiếm cục tuyến tạm thời khả dụng vòng qua đoạn bị cố Phương thức thực thi nút đầu cuối đoạn bị cố, sử dụng thuật toán phân bổ để tìm tuyến thay tạm thời Điểm phân biệt phục hồi kênh quang phục hồi đoạn ghép kênh quang mức bảo vệ hay đơn vị bảo vệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 100 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM + Trường hợp thứ lấy đối tượng bảo vệ tuyến quang nên bảo vệ kênh quang gọi bảo vệ tuyến, cho phép lựa chọn hồi phục cố kết cuối đường dây quang (OLT) + Trường hợp thứ hai lấy đối tượng bảo vệ mức tín hiệu tổng tín hiệu ghép kênh kênh WDM truyền sợi quang nên bảo vệ đoạn ghép kênh gọi bảo vệ đoạn, hồi phục tất tuyến quang mang đoạn sợi bị cố Các kỹ thuật phục hồi quang thực thi mức kênh quang áp dụng cho cấu hình lưới với nút OXC cho hiệu cao phục hồi phân tán nhanh Trong hệ thống mạng viễn thông xảy cố như: đứt đường truyền hai nút mạng hay cố nút mạng Từ cố ta có ba phương pháp phục hồi mạng:  Phục hồi từ đầu cuối - tới - đầu cuối tuyến hoạt động  Phục hồi nút kế cận với cố  Phục hồi nút trung gian 3.4.1.1 Phục hồi đầu cuối - tới - đầu cuối Đường kết nối hai nút Tuyến hoạt động trước xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 27 Mô tả phục hồi đầu cuối-tới-đầu cuối cố đoạn liên kết Khi xảy cố phương pháp phục hồi thực định tuyến lại từ nút đầu cuối kênh bị ảnh hưởng cố Phương pháp phục hồi đảm bảo hiệu cố nút cố đoạn liên kết Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 101 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM Đường kết nối hai nút Tuyến hoạt động trước xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 28 Mô tả phục hồi đầu cuối-tới-đầu cuối cố nút 3.4.1.2 Phục hồi tại nút kế cận sự cố Khi xảy cố phương pháp phục hồi thực định tuyến lại cho kênh đoạn nối hai nút kế cận với cố đoạn, phương pháp phục hồi không hồi phục lưu lượng trường hợp cố nút Đường kết nối hai nút Tuyến hoạt động trước xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 29 Mô tả phục hồi nút kế cận 3.4.1.3 Phục hồi tại nút trung gian Khi xảy cố phương pháp phục hồi thực định tuyến lại kênh bị ảnh hưởng cố giữ cặp nút trung gian Phương pháp phục hồi sử dụng dung lượng dự phòng rẩt hiệu cho phép định tuyến Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 102 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM lại kết nối cách tối ưu mà ràng buộc hai phương pháp trên, yêu cầu thuật toán phức tạp Đường kết nối hai nút Tuyến hoạt động trước xảy cố Tuyến hoạt động sau xảy cố Hình 30 Mô tả phục hồi nút trung gian cố đoạn Trong phương pháp phục hồi phương pháp phục hồi nút biên thường cho đáp ứng tuyến phục hồi dài so với phương pháp phục hồi nút kế cận cố Tuy phương pháp thứ hai lại yêu cầu phải tập trung nhiều dung lượng dự phòng gần vị trí dễ gặp cố dẫn đến tổng dung lượng dự phòng mà yêu cầu cao phương pháp đầu lập kế hoạch dung lượng dự phòng vừa đủ để hồi phục cố đơn phù hợp với qui mô mạng Về khả khắc phục cố tất phương pháp phục hồi áp dụng cho cố chặng Riêng phương pháp phục hồi nút kế cận cố khả đối phó với cố nút Về thời gian hồi phục phương pháp phục hồi nút kế cận cố sử dụng mức đoạn ghép kênh quang (OMS), liên quan tới nút thường cho tuyến đường phục hồi ngắn nên đáp ứng hồi phục nhanh Bảng So sánh phương pháp phục hồi Phương pháp phục hồi Nút kế cận cố Nút biên Dung lượng dự phòng yêu cầu Nhiều Ít Khả khắc phục cố Thời gian hồi phục Kém Ngắn Tốt Dài Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 103 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM 3.4.2 Cấp phát tài nguyên Phân bổ lại tài nguyên vấn đề cần thiết xây dựng, vận hành khai thác mạng, đặc biệt khôi phục cố Đối với mạng quang, đặc biệt mạng WDM phân bổ lại tài nguyên quan trọng Nó gồm cấp phát sợi quang, bước sóng, thiết bị WDM thiết bị đầu cuối Từ kết xử lý ước tính số lượng bước sóng thành phần mạng cần bổ sung Hoạt động cấp phát kết nối kênh quang cho cáp sợi quang lạ nhà lập kế hoạch xây dựng mạng SDH trước đây, việc gán bước sóng cho kênh quang, định tuyến bước sóng quang nhiệm vụ phức tạp Nếu mạng hỗ trợ biến đổi bước sóng (sử dụng phát đáp hay biến đổi bước sóng) vấn đề giải đơn giản lại làm tăng chi phí xây dựng nút mạng Do cấp phát tài nguyên cho mạng WDM có hai khía cạnh cần phải xem xét:  Một hệ thống WDM thường thiết kế với số lượng bước sóng xác định hữu hạn  Hai vấn đề xung đột bước sóng xảy kênh quang khác hoạt động bước sóng sợi Vì hai vấn đề mà nhà thiết kế phải tối thiểu hoá số lượng bước sóng sử dụng để không vượt dung lượng hệ thống WDM tránh xung đột bước sóng Khi xem xét vấn đề cấp phát bước sóng cần biết rõ mạng có hỗ trợ biến đổi bước sóng hay không, từ có ba trường hợp cấp phát bước sóng: + Cấp phát tuyến bước sóng ảo (Virtual Wavelength Path - VWP): bước sóng cấp phát thay tuyến đường tơi nút đích Trường hợp tương tự hoạt động cấp phát tài nguyên mạng SDH + Cấp phát tuyến bước sóng (Wavelength Path - WP): cấp phát bước sóng dọc theo tuyến đường từ nút nguồn tới nút đích Trường hợp dẫn đến nguy xung đột bước sóng hai tuyến chia sẻ sợi quang Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 104 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM + Cấp phát tuyến bước sóng đường hầm (Tuneable Wavelength Path - TWP): Cấp phát cố định hai bước sóng khác cho tuyến hoạt động hồi phục Phương pháp phương pháp trung gian của hai phương pháp trước Khi xem xét đặc điểm lưu lượng tải mạng (tải tĩnh hay tải động) có hai cách thức cấp phát tài nguyên tương ứng: + Cấp phát tài nguyên với lưu lượng tải tĩnh: thực lần theo kế hoạch nhiều chu kỳ (lưu lượng tải dự báo xác thời điểm) Trong hai trường hợp lưu lượng có khuynh hướng tăng lên áp dụng công cụ tối ưu để dự báo tăng trưởng + Cấp phát tài nguyên với lưu lượng tải động (trong trường hợp lưu lượng tải bất định): lưu lượng dự báo thống kê, ví dụ cường độ lưu lượng tối đa mong đợi hay mức độ tập trung lưu lượng ring Người thiết kế phải đáp ứng mức độ mềm dẻo mạng cao với chi phí thấp 3.4.3 Các phương thức thực thi cấp phát tài nguyên - Sử dụng thuật toán tối ưu: cách chậm thích hợp với mạng lớn, lưu lượng tĩnh nói chung cần dự báo lưu lượng xác Chúng dùng để nghiên cứu so sánh kiểu mạng khác nhau, phân tích mức độ nhạy cảm để đưa kết có giá trị - Sử dụng luật thiết lập kế hoạch đơn giản: cách thích ứng cho thực thi vận hành mạng thực tế 3.4.4 Cấp phát tài nguyên kỹ thuật bảo vệ mạng Trong mạng thông tin quang WDM vấn đề cấp phát tài nguyên cho mục đích bảo vệ lưu lượng hồi phục mạng sau xảy cố quang trọng, có ý nghĩa định đến việc lập dự án xây dựng mạng quang, dự tính chi phí xác định cấu hình mạng khả thi Hiện có ba trường hợp cấp phát tài nguyên sau Chúng phân biệt dựa số lượng bước sóng yêu cầu bổ sung cho mục đích bảo vệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 105 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM 3.4.4.1 Bảo vệ chính bước sóng thực thể bảo vệ (khi có nút WR) • Phân tập sợi quang: cách tăng gấp đôi tài nguyên cần thiết để truyền tải lưu lượng mạng Cách bảo vệ 1+1 đảm bảo hồi phục 100% cố tuyến không đảm bảo hồi phục cố nút • Phân tập đường định tuyến: đường định tuyến dành đường định tuyến khác cho mục đích bảo vệ, để tối ưu hoá mặt tài nguyên mạng việc xác định hai đường khác với bước sóng cho cặp nút phải thưc pha cấp phát tài nguyên bảo vệ Cách bảo vệ mạng chống lại cố đoạn, tuyến nút trung gian • Bảo vệ dựa ring: xác định vòng ring tự bảo vệ mạng cấu hình lưới Cách cho phép sử dụng kỹ thuật bảo vệ chia sẻ giống bảo vệ ring SDH Lập kế hoạch để ring qua nút mạng với yếu tố ràng buộc (như độ trễ, số lượng nút, chiều dài tuyến ) 3.4.4.2 Bảo vệ bước sóng khác (trường hợp có sẵn nút WC) Với cách cho phép dùng kỹ thuật bảo vệ riêng hay chia sẻ, tối ưu hoá toàn tài nguyên mạng theo cách: ban đầu dùng WL chưa bị chiếm dụng sau thực phân tập sợi quang Điều thực pha lập kế hoạch cấp phát tài nguyên mạng Nếu muốn cung cấp bảo vệ sợi quang bị đứt kênh bảo vệ không nên sợi quang với kênh bảo vệ 3.4.4.3 Bảo vệ tuyến đa bước sóng (trường hợp nút WR khả dụng) Hình thức dùng để tối ưu hoá toàn tài nguyên mạng hạn chế WL tuyến Ban đầu sử dụng bước sóng chưa bị chiếm dụng sau áp dụng phân tập sợi quang Công việc thực pha lập kế hoạch cấp phát tài nguyên mạng Tương tự trương hợp để tránh ảnh hưởng bị đứt cáp kênh bảo vệ không nên chia sẻ sợi quang với kênh bảo vệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 106 Chương 3: Bảo vệ phục hồi mạng truyền tải quang WDM 3.5 Kết cuối chương Nội dung chương trình bày khái quát khái niệm bản, đưa phương pháp bảo vệ, phục hồi cấp phát lại tài nguyên mạng WDM xảy cố -o0o - Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 107 KẾT LUẬN KẾT LUẬN Hệ thống thông tin quang phát triển mạnh mẽ sử dụng rộng rãi thập niên gần đây, với tốc độ đường truyền ngày cao lên tới hàng trăm Gb/s qua khoảng cách ngày dài Trong hệ thống viễn thông hệ thống thông tin quang ứng dụng mạng quang đường trục, mạng quang nội hạt mạng truy nhập quang Gần nhu cầu truyền thông đa phương tiện tăng cao, mạng truy nhập quang đặc biệt quan tâm nhằm mục đích tích hợp tất dịch vụ Tại số nước phát triển Nhật Bản, Hàn Quốc sợi quang đưa tới tận nhà khách hàng (FTTH: Fiber-To-The-Home) Tuy nhiên Việt Nam giá thành sợi quang thiết bị truy nhập quang cao nên việc triển khai tiến hành Ở Việt Nam, VNPT triển khai mạng thông tin quang từ năm 1990, ban đầu hệ thống quang Bắc – Nam Hệ thống phát huy ưu dần thay hệ thống truyền dẫn cáp đồng viba cũ Năm 1991 tuyến cáp quang 34 Mbps Hà Nội – Thành phố Hồ Chí Minh đưa vào sử dụng Đến năm 1995, tuyến nâng cấp lên 2,5 Mbps Nhờ có thêm tuyến cáp quang đường dây điện lực 500 kV mà mạng đường trục chuyển từ cấu hình thẳng đa điểm thành cấu hình vòng (vòng Ring), đảm bảo truyền dẫn thông suốt tình Đặc biệt, với việc đưa công nghệ ghép kênh bước sóng quang WDM, DWDM vào sử dụng nâng cấp dần hệ thống cáp quang đường trục Bắc – Nam từ 2,5 Gbps lên 20Gbps, 40 Gbps, 60 Gbps, 80 Gbps 240 Gbps Hiện công nghệ WDM giải pháp tăng dung lượng tốc độ có sức thu hút mạnh mẽ nhà cung cấp dịch vụ viễn thông chi phí đầu tư tính ổn định hẳn công nghệ khác Công nghệ ghép kênh bước sóng quang WDM hứa hẹn phát triển tương lai với hệ thống mạng toàn quang Tuy nhiên, nâng cấp hệ thống theo công nghệ WDM nhiều vấn đề cần xem xét nhu cầu dung lượng, cấu hình hợp lí, tối Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 108 KẾT LUẬN ưu, vấn đề chất lượng nguồn quang, khuếch đại, vấn đề xuyên nhiễu, tạp âm…tất phải tính toán chi tiết Với thời gian nghiên cứu tìm hiểu thực tế mạng lưới, tìm hiểu công nghệ WDM hạn chế, đề cập đồ án thực nhỏ bế, mang tính chất tìm hiểu, tập dượt Với khuôn khổ có hạn nên nội dung trình bày đồ án tập trung vào khái niệm hệ thống thông tin quang WDM số phương thức bảo vệ phục hồi mạng sử dụng Ngoài ra, thực tế nhiều vấn đề chưa đề cập đến Em mong có hội sâu nghiên cứu hệ thống này, ứng dụng thực tế mạng đường trục, lĩnh vực thông tin sử dụng công nghệ Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 109 LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án vừa qua cố gắng thân em nhận nhiều hỗ trợ từ thầy cô bạn bè Qua đây, cho em bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô giáo khoa Công nghệ - trường đại học Vinh, bạn bè lớp 46K – ĐTVT tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến thầy giáo KS Lê Đình Công nhiệt tình giúp đỡ, dìu dắt bảo em suốt thời gian suốt thời gian qua Tuy có nhiều cố gắng song đồ án không tránh thiếu sót Vì vậy, em mong muốn nhận nhiều góp ý quý thầy cô bạn để đồ án em ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Vinh, Ngày 10 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hùng Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KS Vũ Văn San, Kỹ thuật thông tin quang – Nguyên lý – Kỹ thuật tiên tiến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] KS Dương Đức Tuệ, Hệ thống gép kênh theo bước sóng quang, Nhà xuất Bưu Điện, tháng – 2001 [3] Học viện Bưu Viễn thông , Kỹ thuật thông tin quang 2, Hà Nội, 2007 [4] Gumaste, Tony Antony, DWDM Network Designs and Engineering Solutions, Cisco Press, 2002 [5] Luận văn tốt nghiệp Trần Thành Chung, Nguyễn Trọng Cường, Nguyễn Bích Thủy,… Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 111 [...]... thông tin trong hệ thống này 2.1 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) Ghép kênh theo bước sóng WDM (Warelength Division Multiplexing) là công nghệ ghép nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau để cùng truyền đi trên một sợi quang mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau Mỗi bước sóng ánh sáng được xem là một kênh quang Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo bước sóng (WDM) Ở đầu phát các tín hiệu điện mang... thông tin quang hiện nay, tìm hiểu cấu trúc tổng quát, nguyên lý làm việc cũng như các đặc điểm và ứng dụng của hệ thống này Hai là tìm hiểu các khái niệm kỹ thuật ghép kênh cơ bản được sử dụng trong hệ thống thông tin quang đó là ghép kênh theo tần số quang OFDM, ghép kênh quang theo thời gian OTDM, và ghép kênh theo bước sóng WDM Để tìm hiểu rõ hơn về công nghệ ghép kênh WDM chúng ta đi tiếp vào chương... thay đổi mạng, hệ thống thông tin quang đã đưa các công nghệ ghép kênh vào sử dụng như:  Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số quang OFDM  Công nghệ ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTDM Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 10 Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang  Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM Mỗi phương thức ghép kênh đều có những ưu và nhược điểm riêng Để ứng dụng... (hàng nghìn km) Phương pháp ghép kênh theo thời gian thường được dùng trong các hệ thống thông tin số (Digital) 1.8.4 Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM λ1 λ2 λn M U X λ1,λ2, ,λn D E λ1,λ2, ,λn M U X λ1 λ2 λn Hình 1 4 Nguyên lý kỹ thuật ghép kênh WDM Ghép kênh theo bước sóng WDM (Warelength Division Multiplexing) là công nghệ ghép nhiều kênh tín hiệu có bước sóng khác nhau để truyền đi trên... Viễn thông CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Ghép kênh phân chia theo thời gian Tuyến bước sóng đường hầm Mạch ảo Kiến trúc Ring ảo Tuyến bước sóng ảo Bộ chuyển đổi bước sóng Ghép kênh phân chia theo bước sóng Tuyến bước sóng Bộ nhận bước sóng Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống thông tin được hiểu một cách đơn giản là một hệ thống... khái niệm WDM được thay bằng khái niệm DWDM Về nguyên lý không có sự khác biệt nào giữa hai khái niệm này Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Densen Wavelength Division Multiplexing) nói đến khoảng cách gần giữa các kênh và khả năng ghép được nhiều bước sóng trong một băng tần hạn chế Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu ở băng C hoặc băng L Bảng... nm), bước sóng theo khuyến nghị ITU-T G.692 (bảng 1.3) Để thuận tiện chúng ta dùng thuật ngữ WDM để chỉ chung cho cả hai khái niệm WDM và DWDM Ngoài ra còn có CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) là hệ thống ghép kênh theo bước sóng thô, mật độ kênh thấp yêu cầu xử lí băng tần không cao CWDM được phát triển nhằm đáp ứng các ứng dụng dung lượng nhỏ để giảm chi phí đầu tư Số kênh của CWDM nhỏ... TẮT Bộ ghép kênh xen/rẽ quang Ring chuyển mạch bảo vệ tuyến hai hướng Chuyển mạch cụm quang Truyền tải quang Ring bảo vệ dành riêng ở truyền tải quang Nhóm kênh quang Kênh quang Ring bảo vệ dành riêng ở kênh quang Ring bảo vệ chia sẻ kênh quang Biến đổi quang-điện-quang Đoạn ghép kênh quang Ring bảo vệ dành riêng ở đoạn ghép kênh quang Bảo vệ đoạn ghép kênh Ring bảo vệ dùng chung ở đoạn ghép kênh quang... quang Các bộ ghép và tách kênh được sử dụng là các thiết bị quang thụ động Ghép kênh theo bước sóng hoàn toàn trong suốt đối với dữ liệu được truyền Vì thế, tốc độ và chuẩn dữ liệu của các kênh được ghép không cần phải giống nhau Lê Văn Hùng – 46K – Điện tử - Viễn thông 14 Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang Theo thời gian, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, khái niệm WDM được thay... tốc độ số liệu thấp có thể được nâng cấp trở thành một hệ thống tốc độ số liệu cao hơn bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử, hay bằng các công nghệ ghép kênh mà vẫn có thể giữ nguyên hệ thống cáp sợi quang như cũ Ngày nay với công nghệ ghép/ tách kênh theo bước sóng quang, dung lượng truyền dẫn trên mỗi sợi quang được tăng lên rất nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit, và có thể truyền các tín hiệu ... TẮT Ghép kênh phân chia theo thời gian Tuyến bước sóng đường hầm Mạch ảo Kiến trúc Ring ảo Tuyến bước sóng ảo Bộ chuyển đổi bước sóng Ghép kênh phân chia theo bước sóng Tuyến bước sóng Bộ nhận bước. .. Nguyên lý kỹ thuật ghép kênh WDM Ghép kênh theo bước sóng WDM (Warelength Division Multiplexing) công nghệ ghép nhiều kênh tín hiệu có bước sóng khác để truyền sợi quang Các ghép tách kênh sử dụng... thông tin hệ thống 2.1 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) Ghép kênh theo bước sóng WDM (Warelength Division Multiplexing) công nghệ ghép nhiều bước sóng ánh sáng khác để truyền sợi