Tìm hiểu về mạng truyền tải quang

Đồ án tốt nghiệp Mục lục Lê Phương Trình – D04VT1 i MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................... i DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................................... vi LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƢƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG................ 2 1.1 Giới thiệu ............................................................................................................... 2 1.2 Các lớp quang ........................................................................................................ 2 1.3 Từ mã FEC trong mạng truyền tải quang .............................................................. 4 1.4 Cấu trúc khung trong mạng truyền tải quang ........................................................ 6 1.4.1 Khối tải tin quang OPU-k ............................................................................... 6 1.4.2 Khối dữ liệu quang ODU-k ............................................................................ 6 1.4.3 Khối truyền tải quang OTU-k......................................................................... 9 1.4.4 Lớp kênh quang ............................................................................................ 11 1.4.5 Sóng mang kênh quang (OCC) và nhóm kênh quang (OCG) ...................... 12 1.4.6 Mào đầu không liên kết ................................................................................ 13 1.4.7 Sắp xếp các khung GFP vào khung OPU-k ................................................. 15 1.5 Mạng truyền tải quang và công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng ....... 15 1.6 Quản lý mạng truyền tải quang ........................................................................... 17 CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG ................................ 18 2.1 Cấu trúc lớp mạng truyền tải quang .................................................................... 18 2.2 Lớp kênh quang ................................................................................................... 20 2.2.1 Đường liên kết kênh quang .......................................................................... 20 2.2.2 Phần tử truyền tải OCh ................................................................................ 21 2.3 Lớp đoạn ghép kênh quang ................................................................................ 21 2.3.1 Đường liên kết đoạn ghép kênh quang ........................................................ 22 2.3.2 Các phần tử truyền tải quang ........................................................................ 23 2.4 Lớp mạng đoạn truyền dẫn quang ..................................................................... 23 2.4.1 Đầu cuối đường liên kết đoạn truyền dẫn quang .......................................... 24 2.4.2 Các phần tử truyền tải OTS .......................................................................... 25 2.5 Liên kết client/server ........................................................................................... 25 2.5.1 Đáp ứng OCh/client ...................................................................................... 25 2.5.2 Đáp ứng OMS/OCh ...................................................................................... 26 2.5.3 Đáp ứng OTS/OMS ...................................................................................... 26 2.6 Cấu trúc liên kết mạng quang .............................................................................. 27 2.6.1 Các đường liên kết và các kết nối đơn hướng và song hướng ..................... 27 2.6.2 Các đường liên kết và các kết nối điểm-đa điểm ......................................... 27 CHƢƠNG III: CẤU TRÚC GHÉP KÊNH CỦA MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG ....................................................................................................................................... 28 3.1 Cấu trúc tín hiệu cơ bản ....................................................................................... 28 3.1.1 Cấu trúc con OCh ......................................................................................... 28 3.1.2 Cấu trúc chức năng đầy đủ OTM-n.m .......................................................... 29 3.1.3 Cấu trúc chức năng rút gọn OTM-nr.m và OTM-0.m .................................. 29 3.2 Cấu trúc thông tin cho giao diện OTN ................................................................ 29 Đồ án tốt nghiệp Mục lục Lê Phương Trình – D04VT1 ii 3.3 Các nguyên lý ghép kênh/ánh xạ và tốc độ bit .................................................... 32 3.3.1 Ánh xạ........................................................................................................... 33 3.3.2 Ghép kênh phân chia bước sóng ................................................................... 33 3.3.3 Các tốc độ bit và dung lượng ........................................................................ 33 3.3.4 Ghép kênh phân chia thời gian ODUk ......................................................... 35 3.4 Cấu trúc module truyền tải quang ....................................................................... 37 3.4.1 OTM với chức năng rút gọn ( OTM-0.m, OTM-nr.m) ................................ 37 3.4.1.1 OTM-0.m ............................................................................................... 37 3.4.1.2 Module truyền tải quang OTM-16r.m ................................................... 38 3.4.2 OTM với chức năng đầy đủ (OTM-n.m) ...................................................... 40 CHƢƠNG 4 CÁC GIAO DIỆN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG .......................... 42 4.1 Các giao diện liên miền đa kênh .......................................................................... 42 4.2 Các giao diện liên miền đơn kênh ...................................................................... 45 4.3 Tính tương thích ngang ....................................................................................... 48 4.4 Các tham số cho hệ thống liên miền đơn kênh và đa kênh ................................. 49 4.4.1 Các thông tin chung về các tham số ............................................................. 52 4.4.1.1 Số kênh lớn nhất .................................................................................... 52 4.4.1.2 Mã hóa tốc độ bit/đường dây của các tín hiệu nhánh quang ................. 52 4.4.1.3 Tỉ số lỗi bit lớn nhất .............................................................................. 52 4.4.1.4 Kiểu sợi .................................................................................................. 52 4.4.2 Giao diện tại các điểm MPI-SM hoặc MPI-S ................................................ 52 4.4.2.1 Nguồn đầu ra trung bình lớn nhất và nhỏ nhất ...................................... 52 4.4.2.2 Nguồn đầu ra tổng trung bình lớn nhất ................................................. 53 4.4.2.3 Tần số trung tâm .................................................................................... 53 4.4.2.4 Khoảng cách kênh ................................................................................. 53 4.4.2.5 Độ sai lệch tần số trung tâm lớn nhất .................................................... 53 4.4.2.6 Dải bước sóng hoạt động ....................................................................... 53 4.4.2.7 Kiểu nguồn ............................................................................................ 53 4.4.2.8 Chu trình làm việc lớn nhất và nhỏ nhất ............................................... 54 4.4.2.9 Độ rộng RMS lớn nhất .......................................................................... 54 4.4.2.10 Độ rộng lớn nhất -20dB ....................................................................... 54 4.4.2.12 Tỷ số loại bỏ side mode nhỏ nhất ........................................................ 54 4.4.2.13 Tỷ số tắt dần nhỏ nhất ......................................................................... 54 4.4.2.14 Giản đồ mắt cho các tín hiệu phát quang NRZ ................................... 55 4.4.2.15 Giản đồ mắt cho các tín hiệu phát quang ............................................ 56 4.4.3 Một đường liên kết quang từ điểm MPI-SM đến MPI-RM hoặc MPI-S đến MPI-R .................................................................................................................... 57 4.4.3.1 Độ suy giảm lớn nhất ............................................................................. 57 4.4.3.2 Độ suy giảm nhỏ nhất ............................................................................ 58 4.4.3.3 Tán sắc lớn nhất ..................................................................................... 58 4.4.3.4 Sai lệch tán sắc lớn nhất ........................................................................ 58 4.4.3.5 Suy hao phản xạ quang nhỏ nhất tại MPI-SM hoặc MPI-S.................... 59 4.4.3.6 Phản xạ rời rạc lớn nhất giữa MPI-SM và MPI-RM hoặc MPI-S và MPI-R ................................................................................................................ 60 4.4.3.7 Độ trễ nhóm vi sai lớn nhất ................................................................... 61 4.4.4 Giao diện tại điểm MPI-RM hoặc MPI-R ..................................................... 61 Đồ án tốt nghiệp Mục lục Lê Phương Trình – D04VT1 iii 4.4.4.1 Công suất kênh đầu vào trung bình lớn nhất ......................................... 61 4.4.3 Công suất đầu vào tổng trung bình ............................................................... 61 4.4.4.4 Vi sai công suất kênh lớn nhất............................................................... 62 4.4.4.5 Đường quang penalty lớn nhất .............................................................. 62 4.4.4.6 Độ nhạy tương đương nhỏ nhất ............................................................. 63 4.4.4.7 Độ phản xạ lớn nhất của các phần tử quang .......................................... 63 4.4.4.8 Độ nhạy nhỏ nhất ................................................................................... 64 CHƢƠNG 5 MỘT SỐ ĐIỂM NỔI BẬT CỦA MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG .. 65 5.1 Sửa lỗi hướng thuận ............................................................................................. 65 5.1.1 Mô tả lý thuyết .............................................................................................. 66 5.1.1.2 Độ lợi mã hóa ........................................................................................ 68 5.1.2.1 Xác định Độ lợi mã hóa theo tham số Q ............................................... 68 5.1.2.2 Khuyếch đại mã hóa được xác định qua Eb/N0 ..................................... 70 5.1.2.3 Khuyếch đại được xác định theo OSNR ............................................... 70 5.3 Truyền tải thông suốt của các tín hiệu client ....................................................... 74 5.4 Mở rộng quy mô chuyển mạch ............................................................................ 74 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 77 Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Lê Phương Trình – D04VT1 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1 Tỷ lệ lỗi bit BER trước và sau khi có từ mã FEC trong hệ thống ................... 4 Hình 1. 2 Cấu trúc của RS(255,239) ............................................................................... 5 Hình 1. 3 Cấu trúc OPU-k ............................................................................................... 7 Hình 1. 4 Cấu trúc ODU-k............................................................................................... 7 Hình 1. 5 Cấu trúc OTU-k ............................................................................................... 8 Hình 1. 6 Quá trình ghép 16 khung con OTU-k lên một khung OTU-k ....................... 10 Hình 1. 7 Các bước cơ bản định dạng một khung OTU-k dựa trên một liên kết điểm- điểm ............................................................................................................................... 10 Hình 1. 8 Các lớp con trong kênh quang cơ bản (OCh) ................................................ 12 Hình 1. 9 Cấu trúc cơ bản của nhóm kênh quang OCG-k qua DWDM ........................ 13 Hình 1. 10 Hình thành và truyền tải tín hiệu OTM qua các kênh WDM riêng ............. 15 Hình 1. 11 Sắp xếp các khung GFP vào OPU-k............................................................ 16 Hình 1. 12 Ánh xạ các kiểu tải tin khác nhau trên mạng OTN vào WDM ................... 16 Hình 2. 1 Liên kết đầu cuối-đầu cuối trong một mạng truyền tải quang....................... 19 Hình 2. 2 Lớp kênh quang ............................................................................................. 20 Hình 2. 3 Ví dụ lớp mạng OMS .................................................................................... 22 Hình 2. 4 Ví dụ lớp mạng OTS ..................................................................................... 24 Hình 3. 1 Cấu trúc của giao diện OTN .......................................................................... 28 Hình 3. 2 Thông tin chủ yếu chứa các tương quan OTM-n.m ...................................... 30 Hình 3. 3 Thông tin chủ yếu chứa các tương quan OTM-0.m ...................................... 30 Hình 3. 4 Thông tin chủ yếu chứa các tương quan OTM-nr.m ..................................... 31 Hình 3. 5 Ví dụ của thông tin luồng chủ yếu................................................................. 32 Hình 3. 6 Cấu trúc ghép kênh và ánh xạ OTM ............................................................. 33 Hình 3. 7 Phương pháp ghép kênh ODU1 vào trong ODU2 ......................................... 36 Hình 3. 8 Phương pháp ghép kênh ODU1 và ODU2 vào trong ODU3 ........................ 36 Hình 3. 9 Cấu trúc OTM-0.m ........................................................................................ 38 Hình 3. 10 Cấu trúc ghép kênh OTM-16r.m ................................................................. 39 Hình 3. 11 Cấu trúc ghép kênh OTM-n.m ..................................................................... 41 Hình 4. 1 Các ứng dụng đa kênh sử dụng bộ tiền khuếch đại ....................................... 43 Hình 4. 2 Các ứng dụng đa kênh sử dụng bộ khuếch đại trung gian ............................ 44 Hình 4. 3 Các ứng dụng IrDI đa kênh không khuếch đại .............................................. 45 Hình 4. 4 Các ứng dụng IrDI đơn kênh ......................................................................... 45 Hình 4. 5 Mặt nạ biểu đồ mắt cho các tín hiệu phát quang NRZ .................................. 55 Hình 4. 6 Mặt nạ của biểu đồ mắt cho tín hiệu phát quang RZ 40G ............................. 57 Hình 4. 7 IrDI kênh đơn với bù tán sắc (DC) trong bộ thu ........................................... 59 Hình 5. 1 Sơ đồ khối FEC ............................................................................................ 67 Hình 5. 2 Từ mã Reed-Solomon ................................................................................... 67 Hình 5. 3 Giản đồ mắt ................................................................................................... 69 Hình 5. 4 Mã BER vs Q cho R-S (t =8)......................................................................... 69 Hình 5. 5 BER và Eb/N0 ................................................................................................. 70 Hình 5. 6 Khuyếch đại mã hóa qua OSNR .................................................................... 71 Hình 5. 7 Giám sát kết nối nối tiếp ................................................................................ 72 Hình 5. 8 Giám sát các kết nối ...................................................................................... 73 Hình 5. 9 Chồng lấn giám sát các kết nối ODUk .......................................................... 74 Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu Lê Phương Trình – D04VT1 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Tương quan giữa các khung STS/STM và khung OTN OPU-k .................... 5 Bảng 1. 2 Từ mã FEC sử dụng trong các khung OTN OPU-k ........................................ 6 Bảng 1. 3 Các tốc độ bit truyền dẫn danh định ............................................................... 7 Bảng 1. 4 Tốc độ OTU-k danh định (± 20ppm) .............................................................. 9 Bảng 1. 5 Độ biến động UIpp theo các tần số ............................................................... 11 Bảng 3. 1 Các kiểu và dung lượng OUT ....................................................................... 34 Bảng 3. 2 Các kiểu và dung lượng ODU ....................................................................... 34 Bảng 3. 3 Các kiểu và dung lượng OPU ....................................................................... 34 Bảng 3. 4 Các chu kỳ khung OTUk/ODUk/OPUk........................................................ 35 Bảng 4. 1Các loại giao diện liên miền đa kênh ............................................................. 42 Bảng 4. 2 Phân loại các giao diện liên miền đơn kênh cho lớp tín hiệu nhánh quang NRZ 2.5G và NRZ 10G ................................................................................................. 47 Bảng 4. 3 Phân loại các giao diện liên miền đơn kênh cho lớp tín hiệu nhánh quang NRZ 40G và RZ 40G..................................................................................................... 48 Bảng 4. 4 Các tham số vật lý cho IrDI đơn kênh và đa kênh ........................................ 50 Bảng 4. 5 Các tham số lớp vật lý cho IrDI đơn kênh và đa kênh .................................. 51 Bảng 4. 6 Các giá trị chi tiết của NRZ trong các giản đồ mắt ....................................... 56 Bảng 4. 7 Trung bình DGD và các xác suất ................................................................. 61 Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt Lê Phương Trình – D04VT1 vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3R Retiming, Reshaping and Reamplifying Định thời, tái tạo và khuếch đại ATM Asynchronous Transport Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit DWDM Differential Wavelength Division Multiplexer Ghép kênh chia bước sóng vi sai EDC Error Detect Check Phát hiện sửa lỗi FAS Frame Alignment Signal Tín hiệu đồng chỉnh khung FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng thuận FR Frame Relay Chuyển tiếp khung GCC General Communication Channel Kênh truyền dẫn chung GFP Generic Frame Procedure Thủ tục đóng khung chung HO Hold Off Hold Off IP Internet Protocol Giao thức Internet IrDI Inter Domain Interface Giao diện liên miền LAN Local Area Network Mạng cục bộ MFAS Multiframe Alignment Signal Tín hiệu đồng chỉnh đa khung MPI Multile Protocol Interface Giao diện đa giao thức NE Network Element Phần tử mạng OA Optical Amplifier Khuếch đại quang OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ xen tách quang Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt Lê Phương Trình – D04VT1 vii OA&M Operatons Administration and Managemnet Hoạt động, quản