Công nghệ mạng quang đã trở thành nhân tố quan trọng trong sự phát triển của
mạng viễn thông. Yêu cầu băng tần sử dụng lớn là hệ quả tất yếu của nhu cầu truyền
thông dữ liệu ngày nay. Trong hai thập kỷ qua, công nghệ truyền tải quang WDM đã
có sự phát triển vượt bậc. Sự phát triển này có được là nhờ công nghệ chế tạo linh
kiện quang. Những thành tựu của công nghệ này đã góp phần tạo nên hệ thống WDM
dung lượng lớn như ngày nay. Theo thời gian, xuất phát từ những nhu cầu thực tế, các
hệ thống WDM ngày càng trở nên phức tạp. Ở một góc độ nào, sự phức tạp trong hệ
thống WDM là trong những chức năng của thiết bị. Nhờ có chức năng này mà cấu
hình hệ thống WDM chuyển từ đơn giản như cấu hình điểm- điểm sang cấu hình phức
tạp như Ring và Mesh. Các hệ thống WDM đầu tiên xuất hiện từ cuối những năm
1980 sử dụng hai kênh bước sóng trong các vùng 1310nm và 1550nm và thường được
gọi là hệ thống WDM băng rộng. Đầu những năm 1990 xuất hiện các hệ thống WDM
thế hệ hai sử dụng các phần tử WDM thụ động, được gọi là hệ thống WDM băng hẹp
từ 2 đến 8 kênh. Các kênh này nằm trong cửa sổ 1550nm và với khoảng cách kênh
400GHz. Đến giữa những năm 1990 đã 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 này
đã tích hợp các chức năng xen rẽ và quản lý mạng. Các hệ thống WDM ban đầu sử
dụng với khoảng cách kênh lớn. Việc lắp đặt hệ thống WDM chi phối bởi những lý do
kinh tế. Việc nâng cấp thiết bị đầu cuối để khai thác các năng lực của WDM có chi
phi thấp hơn việc lắp đặt cáp sợi quang mới. Sự xuất hiện bộ khuếch đại quang
EDFA đã chuyển hầu hết các hệ thống WDM sang cửa sổ 1530 nm đến 1565nm. Các
hệ thống WDM mới lắp đặt gần đây đã sử dụng các kênh quang có khoảng cách giữa
các kênh hẹp từ 25 GHz đến 50 GHz. Nhu cầu về băng tần mạng đang tăng gần
100%/một năm sẽ tiếp tục gia tăng ít nhất là trong vài chục năm tiếp theo. Việc giảm
giá thành của các nhà cung cấp và trên hết là ứng dụng phổ cập của Internet đòi hỏi
băng tần lớn sẽ được tiếp tục đẩy mạnh.
114 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 2100 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Tìm hiểu công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đại học Công Nghệ Thông Tin
Đại học Quốc Gia Tp.HCM
Đề tài:
Tìm hiểu công nghệ ghép kênh quang
theo bước sóng WDM
Các thành viên trong 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
1
Mục lục
Mục lục ................................................................................................................................................... 2
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................................................... 6
Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ WDM .................................................................. 10
I: Sự phát triển của công nghệ WDM ................................................................................................. 10
II: Giới thiệu về hệ thống thông tin quang .......................................................................................... 11
III: Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng và các tham số cơ bản .............................................. 15
1: Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng ............................................................... 15
1.1: Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi: ........................................................................................ 15
1.2: Truyền dẫn hai chiều trên một sợi ........................................................................................ 16
2: Các tham số cơ bản .................................................................................................................... 18
Chương II: CÁC THIẾT BỊ QUANG THỤ ĐỘNG TRONG WDM ....................................................... 20
I: Các thiết bị WDM vi quang ............................................................................................................ 21
1: Các bộ lọc thiết bị ...................................................................................................................... 22
1.1. Bộ tách hai bước sóng ......................................................................................................... 24
1.2: Bộ tách lớn hơn hai bước sóng ............................................................................................ 25
1.3: Thiết bị kết hợp ghép và 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 của cách tử nhiễu xạ phẳng: .......................................................................... 33
2.2.4. Cách tử hình long chảo ................................................................................................. 35
2.2.5. Cách tử Bragg: .............................................................................................................. 36
2
II. CÁC THIẾT BỊ WDM GHÉP SỢI ................................................................................................ 38
III. MỘT SỐ KỸ THUẬT KHÁC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GHÉP WDM. ................................... 41
1. Bộ ghép bước sóng dùng công nghệ phân phối chức năng quang học SOFT. ............................. 41
1.1 Nguyên lý chung .................................................................................................................. 41
1.2. Bộ ghép nhân kênh dùng cách tử: ....................................................................................... 42
1.3. Thiết kế bộ ghép n bước sóng. ............................................................................................ 43
2. AWG và những nét mới về công nghệ trong 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 và khoảng cách giữa các kênh .............................................................................. 50
1: Khả năng công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể là ..................... 50
2: Khoảng cách giữa các kênh, một số yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách này là: .......................... 50
II: Vấn đề ổn định bước sóng của nguồn quang và yêu cầu độ rộng của nguồn phát ........................... 57
1: Ổn định bước sóng của nguồn quang .......................................................................................... 57
2: Yêu cầu độ rộng của nguồn phát................................................................................................. 57
III: Xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang ................................................................................... 58
IV: Suy hao – Quỹ công suất của hệ thông WDM ............................................................................. 58
V: Tán sắc – Bù tán sắc...................................................................................................................... 59
IV: Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến ........................................................................................ 62
1. Hiệu ứng SRS (Stimulated Raman Scattering): .......................................................................... 63
2. Hiệu ứng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering): ...................................................................... 64
3. Hiệu ứng SPM (Self Phase Modulation): .................................................................................. 65
4. Hiệu ứng XPM (Cross Phase Modulation): ................................................................................ 67
5. Hiệu ứng FWM (Four Wave Mixing): ....................................................................................... 67
6. Phương hướng giải quyết ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến: .............................................. 69
3
VII: Bộ khuếch đại EDFA và một số vấn đề khi sử dụng EDFA trong mạng WDM ............................ 69
1. Tăng ích động có thể điều chỉnh của EDFA: .............................................................................. 70
2. Tăng ích bằng phẳng của EDFA: ................................................................................................ 72
3. Tích luỹ tạp âm khi sử dụng bộ khuếch đại EDFA: .................................................................... 73
Chương IV: CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG WDM ............................................................................ 74
I.
1.
Công nghệ bộ khuếch đại quang sử dụng sợi quang pha trộn ERBIUM (EDFA) ......................... 74
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của EDFA............................................................................. 74
2: Đặc tính của EDFA .................................................................................................................... 77
2.1: Đặc tính khuếch đại ............................................................................................................. 77
2.2: Đặc tính tạp âm nhiễu .......................................................................................................... 78
2.3: EDAF trong hệ thống ghép kệnh theo bước sóng ................................................................. 82
Chương V: Mạng WDM ........................................................................................................................ 84
I: Phân cấp mạng WDM..................................................................................................................... 84
II. Hai kiểu chuyển mạch của WDM ................................................................................................. 86
1. Mạng WDM chuyển mạch kênh quang........................................................................................ 86
2. Mạng WDM chuyểm mạch gói: .................................................................................................. 87
III. Điểm mút của mạng WDM ......................................................................................................... 88
1. Điểm nút OXC: ......................................................................................................................... 88
2. Điểm nút OADM: ...................................................................................................................... 91
IV. Phân phối và định tuyến bước sóng trong mạng WDM ................................................................. 93
1. Kênh bước sóng và kênh bước sóng ảo. ...................................................................................... 93
2. Chọn đường trong mạng WDM .................................................................................................. 95
V: Bảo vệ mạng WDM ...................................................................................................................... 96
1. Bảo vệ kiểu 1+1 trên lớp SDH.................................................................................................... 96
2. Bảo vệ đoạn ghép kênh: ............................................................................................................. 97
4
VI. WDM và SDH. ........................................................................................................................... 97
VII. Mạng quang và hỗn hợp quang điện............................................................................................ 98
VIII. Vấn đề phi tuyến trong mạng quang WDM ................................................................................ 99
IX. Thiết kế cấu trúc mạng WDM ...................................................................................................... 99
V. Mạng Ring tự phục hồi ghép bước sóng ...................................................................................... 101
1. Mở đầu .................................................................................................................................... 101
2. Cấu trúc SHR/WDM đơn hướng.............................................................................................. 101
2.1. Cấu trúc mạng Ring có 4 nút: ............................................................................................ 101
2.2. Cấu trúc nút:...................................................................................................................... 102
2.3: Quan hệ giữa số lượng nút và số lượng bước sóng. ............................................................ 104
3. Cấu trúc SHR/WDM hai hướng................................................................................................ 104
4. So sánh SHR/ADM và SHR/WDM ......................................................................................... 106
KẾT LUẬN ......................................................................................................................................... 108
5
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 AnhTiếng Việt
Add/drop multiplexerBộ ghép kênh xen kẽ
Auxiliary GraphDựng một đồ thị phụ
Acces NodeNút truy nhập
Acousto OpticBộ lọc thanh quang
Turnable Filtercó điều chỉnh
Avalanche PhotodiodeĐiốt quang thác
Arrayed - WavelengthBộ ghép kênh lưới quang
Grating Multiplexerdẫn sóng kiểu dàn
Asynchronous Transfer ModePhương thức truyền không
đồng bộ
Avalanche Photo DiodeĐiốt quang thác
Available WavelengthBước sóng khả dụng
CoreĐường trục
Distinct Channel AssignmentGán kênh riêng biệt
DemultiplexerBộ giải ghép kênh
Dispersion Shifted FiberSợi dịch tán sắc
Digital Cross ConnectNối chéo số
Dynamic Lightpath EstablishmentThiết lập luồng quang
Differential WavelengthGhép kênh chia bước
Division Multiplexersóng vi sai
Fibre GratingLưới sợi quang
Erbium doped fiber ampliferKhuếch đại sợi quang
trộn erbium
Frequency Division MultiplexingGhép kênh phân chia tần số
First Fit Wavelength FirstThuật toán gán bước sóng
theo thứ tự bước sóng
Generalized Multiple ProtocolChuyển mạch nhãn đa
Label Swithchinggiao thức tổng quát
GatewayCổng
Internet ProtocolGiao thức internet
Integrated service digital networkMạng số liên kết dịch vụ
Local Area NetworkMạng cục bộ
Logical ConnectionKết nối logic
Least Congested PathĐịnh tuyến đường nghẽn ít nhất
Logical Connection GraphHướng kết nối logíc biểu đồ
6
LF
LEC
LL
LSP
LSR
LU
M∑
MESH
MPLS
NP-
Largest First
Least Converter First
Least Loaded
Label Swithched Path
Label Swithching Router
Least Used
Max-Sum
Mesh
Multi Protocol Label Swithching
Subset of class NP
problem complete
Non-Zero Dispersion Shifted Fiber
Optical add/drop multiplexer
Optical Circulator
Optical/Electrical/ Optical
Optical Channel
Optical Line Amplifier
Optical Cross Connect
Optical Time Division Multiplex
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
Total wavelength and Available
wavelength
Thuật toán gán bước sóng
từ bậc lớn nhất
Chuyển đổi bước sóng
theo thứ tự cao nhất
Thuật toán gán bước
sóng dựa trên tải ít nhất
Luồng chuyển mạch nhãn
Bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn
Gán bước sóng dựa trên
bước sóng sử dụng ít nhất
Thuật toán gán bước sóng dựa
trên tổng dung lượng lớn nhất
Dạng lưới
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Tập hợp con của lớp các bài
toán NP mà nó được xem là
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 và gán bước sóng
Phân cấp số đồng bộ
Tô màu đồ thị tuần tự
Mạng quang đồng bộ
Bảo vệ kết nối mạng con
Modun truyền tải đồng bộ
Bộ định tuyến bước sóng tĩnh
Chuyển mạch quang không
gian
Tổng bước sóng của các
bước sóng khả dụng
7
NZ-DSF
OADM
OC
O/E/O
Och
OLA
OXC
OTDM
RWA
SDH
SGC
SONET
SNCP
STM
SWR
SOS
TAW
TDM
Thr
TSI
WADM
WC
WDM
WGR
WP
WR
WRS
OSC
DFK
DFF
SMF
DCF
CBFG
OA
OADM
OXC
OMS-DP
OMS-SP
OMS
RWA
SLE
WCA
RCL
RCA
Rsv
WRN
Time Division Multiplexing
Thr - Protecting Threshold
Time Slot Interchanger
Wavelength Add- Drop Multiplexer
Wavelegth Converter
Wavelength Division Multiplex
Waveguide Grating Router
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
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
Khoá 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 và gán kênh
Gán bước sóng đặt trước
Mạng định tuyến bước sóng
LỜI NÓI ĐẦU
8
Thời gian gần đây, 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
9
Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ WDM
I: Sự phát triển của công nghệ WDM
Công nghệ mạng quang đã trở thành nhân tố quan trọng trong sự phát triển của
mạng viễn thông. Yêu cầu băng tần sử dụng lớn là hệ quả tất yếu của nhu cầu truyền
thông dữ liệu ngày nay. Trong hai thập kỷ qua, công nghệ truyền tải quang WDM đã
có sự phát triển vượt bậc. Sự phát triển này có được là nhờ công nghệ chế tạo linh
kiện quang. Những thành tựu của công nghệ này đã góp phần tạo nên hệ thống WDM
dung lượng lớn như ngày nay. Theo thời gian, xuất phát từ những nhu cầu thực tế, các
hệ thống WDM ngày càng trở nên phức tạp. Ở một góc độ nào, sự phức tạp trong hệ
thống WDM là trong những chức năng của thiết bị. Nhờ có chức năng này mà cấu
hình hệ thống WDM chuyển từ đơn giản như cấu hình điểm- điểm sang cấu hình phức
tạp như Ring và Mesh. Các hệ thống WDM đầu tiên xuất hiện từ cuối những năm
1980 sử dụng hai kênh bước sóng trong các vùng 1310nm và 1550nm và thường được
gọi là hệ thống WDM băng rộng. Đầu những năm 1990 xuất hiện các hệ thống WDM
thế hệ hai sử dụng các phần tử WDM thụ động, được gọi là hệ thống WDM băng hẹp
từ 2 đến 8 kênh. Các kênh này nằm trong cửa sổ 1550nm và với khoảng cách k