Nghiên cứu, xây dựng mạng truyền tải quang theo hướng phát triển ngn

  • Số trang: 135 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 19 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN NGỌC QUÝ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NGN Ngành: Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ VĂN SAN HÀ NỘI - 2006 MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………………………………. CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHƢƠNG THỨC TRUYỀN DẪN THEO MẠNG THẾ HỆ SAU……………………. 1.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG………………………….. 1.1.1 Cấu trúc mạng truyền tải truyền thống…………………………………... 1.1.2 Lớp truyền dẫn quang……………………………………………………. 1.1.3 Dịch vụ ghép kênh SDH/SONET………………………………………... 1.1.3.1 Chuẩn truyền dẫn đồng bộ …………………………………………….. 1.1.3.2 Cơ chế tạo khung và ghép kênh của SDH và SONET………………… 1.1.3.3 Mạng truyền tải SDH/SONET………………………………………… 1.1.4 Mode truyền dẫn không đồng bộ ATM…………………………………. 1.2 MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU……………………………………. 1.2.1 Các phƣơng thức truyền tải lƣu lƣợng IP……………………………….. 1.2.2 Truyền tải gói động (DPT)………………………………………………. 1.2.3 So sánh và đánh giá các giải pháp tích hợp IP quang……………………. 1.3 KẾT LUẬN………………………………………………………………... CHƢƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUYỀN TẢI WDM…………………………………………………………………………... 2.1 KỸ THUẬT WDM………………………………………………………... 2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ DWDM………………………………. 2.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN WDM……………………….. 2.4 CÁC CẤU TRÚC CƠ BẢN CHO MẠNG WDM………………………… 2.4.1 Cấu trúc điểm-điểm……………………………………………………… 2.4.2 Cấu trúc ring…………………………………………………………….. 2.4.3 Cấu trúc mạng hình lƣới…………………………………………………. 2.5 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WDM………………... 2.5.1 Nguồn phát quang………………………………………………………... 2.5.2 Sợi quang………………………………………………………………… 2.5.3 Thiết bị thu quang……………………………………………………….. 2.5.4 Phần tử tách ghép kênh…………………………………………………... 2.5.5 Khuếch đại quang 2.6 CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ DÙNG TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG……………………………………………………………………….. 2.6.1 Thiết bị cuối đƣờng quang OLT…………………………………………. 1 3 3 3 4 5 5 6 8 10 12 13 18 19 22 24 25 26 28 29 29 31 32 33 34 35 37 38 39 42 43 2.6.2 Bộ xen/rẽ quang OADM…………………………………………………. 2.6.3 Thiết bị kết nối chéo quang OXC………………………………………... 2.7 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG WDM TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI THOẢ MÃN TIÊU CHUẨN HỆ THỐNG……………………………………………. 2.8 KHÔI PHỤC MẠNG QUANG……………………………………………. 2.8.1 Bảo vệ quang…………………………………………………………….. 2.8.2 Bảo vệ đƣờng truyền quang……………………………………………… 2.8.3 Bảo vệ kênh quang………………………………………………………. 2.8.4 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang…………………………………………… 2.8.5 Phục hồi lớp dịch vụ……………………………………………………... 2.9 KẾT LUẬN………………………………………………………………... CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠNG WDM…………………………………….. 3.1 TỔNG QUAN THIẾT KẾ MẠNG QUANG……………………………… 3.2 TÍNH TOÁN TỐI ƢU CHO TUYẾN TRUYỀN DẪN WDM ĐIỂMĐIỂM…………………………………………………………………………. 3.3 THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN SỬ DỤNG KỸ THUẬT BÙ TÁN SẮC……………………………………………………………………………. 3.4 THIẾT KẾ DỰA VÀO OSNR VÀ TÁN SẮC……………… ……………. 3.5 ẢNH HƢỞNG CỦA FWM VÀ XPM TRONG VIỆC THIẾT KẾ CÁC TUYẾN TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG DÀI………………………………………. 3.6 THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG CÓ SỬ DỤNG CÁC THIẾT BỊ NỐI CHÉO QUANG………………………………………………………. 3.6.1 Mô hình xác định………………………………………………………… 3.6.2 Kết quả…………………………………………………………………… 3.7 CÁC TRƢỜNG HỢP CỤ THỂ……………………………………………. 3.8 KẾT LUẬN………………………………………………………………... CHƢƠNG 4 XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG PHỤC PHỤ TRIỂN KHAI MẠNG NGN TẠI VIỆT NAM……………….. 4.1 TỔ CHỨC VÀ ĐỊNH HƢỚNG CHO CẤU TRÚC MẠNG NGN CỦA VIỆT NAM……………………………………………………………………. 4.1.2 Mục tiêu xây dựng mạng truyền tải đƣờng trục, mạng truy nhập cho NGN Việt Nam……………………………………………………………….. 4.1.1 Đánh giá hiện trạng và cấu trúc mạng truyền dẫn đƣờng trục đơn kênh ở Việt Nam……………………………………………………………… 4.1.3 Đánh giá khả năng của hệ thống truyền quang đang sử dụng theo hƣớng 44 45 48 51 51 51 53 54 55 59 60 60 62 65 68 69 71 71 75 77 81 82 82 83 85 phục vụ cho NGN……………………………………………………………… 4.1.4 Đánh giá về khả năng truyền tải lƣu lƣợng……………………………… 4.1.5 Định hƣớng xây dựng mạng truyền tải đƣờng trục quốc gia…………….. 4.2 XÂY DỰNG MẠNG TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG TRỤC QUỐC GIA HƢỚNG TỚI MẠNG NGN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN…………. 4.3 KÉT NỐI MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG NGN………………………… 4.3.1 Các giải pháp kỹ thuật kết nối…………………………………………… 4.3.2 Cấu hình và kết nối mạng truyền tải tiến tới NGN………………………. 4.3.3 Khai thác mạng truyền tải đƣờng trục WDM ở Việt Nam………………. 4.4 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN TUYẾN THÔNG TIN QUANG WDM TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG……………………………………. 4.4.1 Phƣơng pháp tính toán…………………………………………………… 4.4.2 Áp dụng tính toán tuyến truyền dẫn……………………………………... 4.5 KẾT LUẬN………………………………………………………………... PHẦN KẾT LUẬN…………………………………………………………… 90 93 95 98 103 104 105 112 114 114 116 120 121 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc đa lớp của mạng truyền tải.............................................................. 4 Hình 1.2 Cơ chế ghép kênh của SDH và SONET ....................................................... 8 Hình 1.3 Cấu trúc khung STM-1 ................................................................................... 8 Hình 1.4 Mạng SDH/SONET điển hình bao gồm các thiết bị ghép xen rẽ kênh và kết nối số chéo ................................................................................................................ 10 Hình 1.5 Mô hình tham chiếu mạng SDH/SONET gồm 3 lớp chức năng ............. 11 Hình 1.6 Xu hƣớng tích hợp IP/quang ....................................................................... 14 Hình 1.7 Các lớp logic và liên kết thiết bị trong cấu trúc IP/ATM/SDH/WDM ... 16 Hình 1.8 Các lớp logic và liên kết thiết bị trong cấu trúc IP/SDH/WDM ............. 17 Hình 1.9 Sự tƣơng ứng trong các lớp kiến trúc IP/GbE và các kiến trúc tải IP khác ........................................................................................................................................... 18 Hình 1.10 Ring DPT ...................................................................................................... 19 Hình 2.1 Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM ......................................................... 27 Hình 2.2 Hệ thống WDM đơn hƣớng.......................................................................... 29 Hình 2.3 Hệ thống WDM song hƣớng ........................................................................ 29 Hình 2.4 Cấu trúc điểm - điểm và cơ chế bảo vệ ...................................................... 31 Hình 2.5 Mạng WDM hai hƣớng hai sợi quang ........................................................ 32 Hình 2.6 Mạng WDM hai hƣớng bốn sợi quang ....................................................... 32 Hình 2.7 Cấu trúc Ring, điểm-điểm và hình lƣới ...................................................... 34 Hình 2.8 Cấu trúc của EDFA ....................................................................................... 40 Hình 2.9 Các cấu trúc khác nhau cho các hệ thống sử dụng khuếch đại quang sợi43 Hình 2.10 Thiết bị cuối quang OLT ............................................................................ 44 Hình 2.11 Cấu trúc chức năng của bộ OADM ........................................................... 45 Hình 2.12 OXC nằm giữa các thiết bị user của lớp quang và các OLT lớp quang 46 Hình 2.13 Các kiểu OXC khác nhau ........................................................................... 48 Hình 2.14 Hệ thống WDM kiểu tích hợp ................................................................... 49 Hình 2.15 Hệ thống WDM kiểu mở ............................................................................ 50 Hình 2.16 Cấu hình chuẩn định nghĩa giao diện quang của hệ thống đa kênh ...... 51 Hình 2.17 Bảo vệ trong cấu trúc OTN ........................................................................ 53 Hình 2.18 Cơ chế bảo vệ quang 1+1 ........................................................................... 53 Hình 2.19 Cơ chế bảo vệ quang 1:1 ............................................................................ 54 Hình 2.20 Cơ chế bảo vệ kênh quang 1:1 ................................................................... 54 Hình 2.21 Thiết OADM tái cấu hình lại có chế độ bảo vệ 1+1 đƣợc dùng trong OUPSR............................................................................................................................. 56 Hình 2.22 Bảo vệ giao diện với chuyển mạch bảo vệ tự động ................................ 57 Hình 2.23 Bao bọc Ring bằng IP ................................................................................. 58 Hình 2.24 Cân bằng tải bằng OSPF thông qua lõi mesh .......................................... 59 Hình 2.25 Luồng hoạt động và luồng dự phòng đƣợc thiết lập bằng cách sử dụng các luồng chuyển mạch nhãn ........................................................................................ 59 Hình 3.1 Tỷ lệ lỗi bit BER là một hàm của tham số Q ............................................. 63 Hình 3.2 Độ thiệt thòi của tham số Q.......................................................................... 64 Hình 3.3 Cấu trúc WDM điểm-điểm sử dụng nhiều tầng khuếch đại ..................... 65 Hình 3.4 Độ thiệt thòi công suất phụ thuộc vào BLD ........................................... 67 Hình 3.5 Vị trí của DCU trong hệ thống nhiều tầng và giản đồ tán sắc ................. 68 Hình 3.6 Giản đồ tán sắc cho sơ đồ bù tán sắc sau.................................................... 69 Hình 3.7 Hiện tƣợng FWM khi khoảng cách các kênh bằng nhau.......................... 70 Hình 3.8 Hiện tƣợng FWM khi khoảng cách các kênh không bằng nhau.............. 71 Hình 3.9 Sơ đồ tổng quát thiết kế tuyến WDM ......................................................... 71 Hình 3.10 Bộ nối chéo (NxN) SD với M bƣớc sóng................................................. 74 Hình 3.11 Bộ nối chéo (NxN) MSD với M bƣớc sóng ............................................. 75 Hình 3.12 Suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng SD .................................... 76 Hình 3.13 Suy hao phụ thuộc vào số nút mạng sử dụng MSD ................................ 77 Hình 3.14 So sánh hai trƣờng hợp sử dụng SD và MSD .......................................... 77 Hình 3.15 Suy hao khi có sự thay đổi của bộ giải ghép............................................ 77 Hình 3.16 Lời giải cho trƣờng hợp 1 ........................................................................... 78 Hình 3.17 Lời giải cho trƣờng hợp 3 ........................................................................... 80 Hình 4.1 Lớp truyền tải trong cấu trúc NGN ............................................................. 85 Hình 4.2 Cơ chế bảo vệ các kết nố giữa các vòng Ring ........................................... 88 Hình 4.3 Cấu hình tuyến đƣờng trục Bắc-Nam ......................................................... 89 Hình 4.4 Sơ đồ phân luồng đang dùng trên tuyến cáp quang 2,5Gpbs HNI-HCM90 Hình 4.5 Cấu trúc chuyển mạch PSTN giai đoạn 2000-2005 .................................. 96 Hình 4.6 Mạng chuyển tải trong cấu trúc NGN ......................................................... 98 Hình 4.7 Chức năng của ATM và IP trong các thành phần mạng SDH/SONET 100 Hình 4.8 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam thời kỳ đầu giai đoạn 1 ............................................................................................................................. 106 Hình 4.9 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn bƣớc đầu giai đoạn 1 ........................ 107 Hình 4.10 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam thời kỳ tiếp theo giai đoạn 1 ..................................................................................................................... 108 Hình 4.11 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn bƣớc tiếp theo giai đoạn 1 ............. 109 Hình 4.12 Cấu hình mạng truyền dẫn tuyến đƣờng trục Bắc-Nam giai đoạn 1 ... 110 Hình 4.13 Cấu trúc kết nối mạng truyền dẫn mạng thế hệ sau .............................. 111 Hình 4.14 Minh hoạ lớp vật lý quang WDM điểm-điểm ....................................... 112 Hình 4.15 Minh hoạ lớp vật lý quang WDM cấu hình ring ................................... 112 Hình 4.16 Cấu hình hệ thống WDM 20Gbps Bắc-Nam ......................................... 115 Hình 4.17 Tuyến truyền dẫn có sử dụng OADM, EDFA và OXC........................ 117 Hình 4.18 Độ khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào công suất tín hiệu đầu vào với bốn công suất bơm khác nhau ..................................................................................... 119 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tốc độ các giao diện của cơ chế ghép kênh SDH/SONET....................... 7 Bảng 2.1 Các bƣớc sóng của hệ thống WDM ............................................................ 36 Bảng 2.2 Các tham số của sợi SMF ............................................................................. 36 Bảng 2.3 Các tham số của sợi DSF.............................................................................. 37 Bảng 2.4 Các tham số của sợi NZ-DSF ...................................................................... 38 Bảng 3.1 Tham số tán sắc D ......................................................................................... 68 Bảng 4.1 Tính toán cự ly truyền dẫn với các tham số suy hao thiết bị khác nhau 120 CÁC TỪ VIẾT TẮT ABR ADM APD APS ASE ATM B-ISDN BER CBR CoS DCU DEMUX DLE DPT DWDM DXC EDF EDFA FWM GVD HDLC IP IPS ISI LA LAN MAC MAN MPLS MPLS-TE MSP Available Bit Rate Add-Drop Multiplexer Avalanche Photodiode Automatic Protection Switching Amplified Spontaneous Emission Asynchronous Transfer Mode Broadband Integrated Service Digital Network Bit Error Rate Constant Bit Rate Class of Service Dispersion Compensating Unit Demultiplexer Dynamic Lightpath Establishment Dynamic Packet Transport Dense WDM Digital Cross Connection Erbium Droped Fiber Erbium Droped Fiber Amplifier Four Wave Mixer Group Velocity Dispersion High Level Data Link Control Internet Protocol Intelligent Protection Switching Intersymbol Interference Line Amplifier Local Area Network Medium Access Control Metropolian Area Network Multiprotocol Label Switching MPLS-Traffic Engineering Multiplex Section Protection Tốc độ bít khả dụng Bộ xen rẽ Điốt quang thác Chuyển mạch bảo vệ tự động Bức xạ tự phát đƣợc khuếch đại Mode chuyển giao không đồng bộ Dịch vụ số tích hợp băng rộng Tỷ lệ lỗi bít Tốc độ bít không đổi Lớp dịch vụ Bộ bù tán sắc Bộ giải ghép kênh Thiết lập luồng quang động Truyền tải gói động WDM mật độ cao Kết nối chéo số Sợi pha tạp Erbium Khuếch đại quang sợi có pha tạp Erbium Trộn bốn bƣớc sóng Tán sắc vận tốc nhóm Điều khiển đƣờng truyền số liệu mức Giao thức Internet Chuyển mạch bảo vệ thông minh Nhiễu xuyên ký hiệu Bộ khuếch đại đƣờng Mạng cục bộ Điều khiển truy nhập đƣờng truyền Mạng khu vực nội thị Chuyển mạch nhãn đa giao thức Kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS Bảo vệ đoạn ghép kênh MSOH MUX MZ NF NNI OADM OLT OMS OMS-DPRing OMS-SPRing OPS OSNR OTN OTS OXC PDH PIN PMD POS POTS POP QoS PPP PT RPR RWA SDH SDLC SMF SONET SPM STM STS TM VBR VCI Multiplexer Section Overhead Multiplexer Mach-Zehnder Noise Figure Network Node Interface Optical Add-Drop Multiplexer Optical Line Terminal Optical Multiplxer Section OMS Dedicated Protection Ring OMS Protection Ring Optical Slitter Optical Signal-to-Noise Ratio Optical Transport Network Optical Transmission Section Optical Cross Connect Plesiochronous Digital Hierarchy Psitive Instrinsic Negative Polarization Mode Dispersion Packet Over SDH/SONET Plain Old Telephone Service Point of Presence Quality of Service Point-to-Point Protocol Payload Type Reliable Packet Ring Routing and Wavelenght Assignment Synchronous Digital Hierarchy Synchronous Data Link Control Single Mode Fiber Synchronous Optical Network Self Phase Modulation Synchronous Transport Module Synchronous Transport Signal Terminal Multiplexer Variable Bit Rate Virtual Channel Identifier Mào đầu đoạn ghép kênh Bộ ghép kênh Bộ điều chế Mach-Zehnder Hệ số nhiễu Giao diện nút mạng Bộ ghép kênh xen rẽ quang Đầu cuối đƣờng quang Đoạn ghép kênh quang Vòng quang bảo vệ dùng riêng OMS Vòng quang bảo vệ dùng chung OMS Bộ tách quang Tỷ số tín hiệu trên nhiễu quang Mạng truyền tải quang Đoạn truyền dẫn quang Nối chéo quang Phân cấp cận đồng bộ Cấu trúc PIN Tán sắc phân cực mode Gói trên SDH/SONET Dịch vụ điện thoại thông thƣờng Điểm vào mạng Chất lƣợng dịch vụ Giao thức điểm-điểm Loại tải tin Vòng gói tin cậy Định tuyến và gán bƣớc sóng Phân cấp đồng bộ số Điều khiển đƣờng truyền số liệu đồng bộ Sợi dẫn quang đơn mode Mạng quang đồng bộ Tự điều chế pha Mô đun truyền tải đồng bộ Tín hiệu truyền tải đồng bộ Bộ ghép kênh đầu cuối Tốc độ bit thay đổi Bộ nhận dạng kênh ảo VC VC-n VCC VP VPC VPI WDM XPM Virtual Channel Virtual Containner - n Virtual Channel Connection Virtual Path Virtual Path Connection Virtual Path Identifier Wavelength Division Multiplexing Cross Phase Modulation Kênh ảo Ngăn chứa ảo-n Nhận dạng kênh ảo Đƣờng dẫn ảo Kết nối đƣờng ảo Bộ nhận dạng luồng ảo Ghép kênh theo bƣớc sóng Điều chế pha chéo 1 MỞ ĐẦU Cùng với sử phát triển của xã hội, nhu cầu phát triển thông tin ngày càng đòi hỏi cấp bách trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nƣớc. Hiện tại và trong thời gian tới, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng,…ngày một ra tăng và không thể tách rời đối với đời sống xã hội. Để đáp ứng nhu cầu đó, mạng viễn thông đòi hỏi phải có cấu trúc hiện đại, linh hoạt và thoả mãn mọi nhu cầu về truyền tải lƣu lƣợng lớn và cung cấp nhiều loại hình dịch vụ. Mạng phải có tổ chức đơn giản nhƣng phải có độ an toàn mạng cao. Trên thực tế, mạng viễn thông nói chung và mạng truyền dẫn nói riêng đã có một bƣớc tiến khá dài nhờ sự phát triển bùng nổ của các công nghệ mới và các nhu cầu ngày càng cao của khách hàng. Tuy nhiên, trong tƣơng lai mạng truyền dẫn không những chỉ thoả mãn cả về truyền tải lƣu lƣợng mà còn phải đáp ứng đƣợc nhiều yêu cầu mới nhƣ: cấu trúc mạng phải đơn giản, công nghệ tiên tiến, mạng phải đáp ứng thoả mãn mọi yêu cầu dịch vụ với độ thông suốt cao, an toàn lớn và đặc biệt là hết sức linh hoạt. Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tƣơng tự sang số, từ phân cấp cận đồng bộ (PDH) sang phân cấp số đồng bộ (SDH) và gần đây là từ SDH sang WDM (ghép kênh theo bƣớc sóng). Mặc dù khả năng truyền tải lƣu lƣợng của mạng hiện tại đã tăng lên rất nhiều nhƣng nó vẫn chƣa thể thoả mãn hết nhu cầu của khách hàng. Khi dung lƣợng tăng mạnh nhƣ sự gia tăng dung lƣợng Internet nhƣ hiện nay và trong thời gian tới thì cấu trúc mạng dựa trên việc truyền tải tín hiệu điện dần không đáp ứng đƣợc và p hải chuyển sang công nghệ truyền dẫn quang. Mạng truyền tải quang sử dụng công nghệ WDM có đầy đủ khả năng đáp ứng những yêu cầu đã nói ở trên. Việc áp dụng công nghệ này là một thực tế hiển nhiên trong sự phát triển của mạng truyền tải. Với sức mạng tiềm tàng về công nghệ thông tin quang, mạng truyền tải quang mới đƣợc coi nhƣ là một mạng truyền dẫn duy nhất hứa hẹn khả năng thoả mãn mọi yêu cầu khắt khe trong việc truyền tải và cung cấp dịch vụ viễn thông hiện nay và trong tƣơng lai. Để thực hiện những điều 2 đó, mạng truyền tải quang đƣợc phát triển để tập trung vào hƣớng để tạo ra một mạng truyền tải với năng lực cao phục vụ cho nhu cầu phát triển của mạng viễn thông khi nó chuyển sang mạng thế hệ sau (NGN). Tuy nhiên, để nghiên cứu cấu trúc và công nghệ mạng truyền tải này, có rất nhiều các khía cạnh cần đƣợc giải quyết nhằm ngày càng hoàn thiện các đặc tính nhƣ: công nghệ ghép bƣớc sóng quang, kỹ thuật truyền tải IP trên mỗi trƣờng quang, kỹ thuật bảo vệ luồng quang , phƣơng pháp thiết kế mạng truyền tải quang, các kỹ thuật định tuyến và gán bƣớc sóng quang,.. Các kỹ thuật này cho phép xây dựng một mạng truyền tải thoả mãn các yêu cầu ở trên. Với ý nghĩa đó đề tài: “Nghiên cứu, xây dựng mạng truyền tải quang theo hƣớng phát triển mạng thế hệ sau (NGN) ” đƣợc trình bày trong luận văn là cần thiết. Nội và kết quả thu đƣợc trong luận văn là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của tôi tại Trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội với mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé trong lĩnh vực rộng lớn về truyền tải quang. Với mục tiêu của đề tài, nội dung của luận văn đƣợc chia làm 4 chƣơng với bố cục nhƣ sau: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về mạng truyền tải và các phƣơng thức truyền tải theo hƣớng mạng thế hệ sau(NGN). Chƣơng 2: Trình bày về cấu trúc và công nghệ mạng WDM Chƣơng 3: Đƣa ra các phƣơng pháp dùng để thiết các tuyến thông tin quang, mạng truyền tải quang. Chƣơng 4: Những đề xuất xây dựng cấu trúc mạng truyền tải quang cho mạng viễn thông Việt Nam theo hƣớng NGN. Áp dụng các phƣơng pháp thiết kế trong chƣơng 3 để tính toán tuyến truyền dẫn thông tin quang trong mạng truyền tải quang. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong quá trình thực hiện nhƣng nội dung của đề tài là vấn đề lớn trong mạng hiện tại, hơn nữa do thời gian không nhiều cũng nhƣ trình độ có hạn nên chắc chắn trong luận văn còn có nhiều chỗ thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các Thầy Cô, các chuyên gia chuyên ngành và những nguời quan tâm để nội dung của luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHƢƠNG THỨC TRUYỀN DẪN THEO HƢỚNG MẠNG THẾ HỆ SAU (NGN) Trong chƣơng này, chúng ta sẽ xem xét tổng quan về hệ thống truyền tải đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống viễn thông ngày nay và xu hƣớng phát triển tiến tới mạng thế hệ mới. Các phần tử cơ bản của hệ thống , các khái niệm cơ bản, các công nghệ truyền tải và yêu cầu đối với các cấu trúc để đáp ứng đƣợc những yêu cầu chức năng đặt ra sẽ đƣợc mô tả và trình bày. 1.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG 1.1.1 Cấu trúc mạng truyền tải truyền thống Trong xây dựng và phát triển mạng viễn thông, các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng nhiều kỹ thuật mạng để tạo nên các hệ thống truyền tải quốc gia cũng nhƣ quốc tế. Để làm đƣợc điều đó, họ đã phải đối mặt với những khó khăn cũng nhƣ thách thức trong việc tìm ra các giải pháp tối ƣu đáp ứng cho các dịch vụ mà mình cung cấp. Mỗi công nghệ mạng đƣợc nhà cung cấp đƣa ra sẽ tồn tại trong nhiều mạng và cần phải có thời gian để xem xét tính hiệu quả có nó. ADM WDM IP DÞch vô sè liÖu/ Internet ATM TÝch hîp ®a dÞch vô SONET/SDH Optical/WDM ADM WDM H×nh 1.1. CÊu tróc ®a líp cña m¹ng truyÒn t¶i Cung cÊp c¬ chÕ hîp kªnh cè ®Þnh vµ b¶o vÖ m¹ng Cho phÐp dung l-îng truyÒn dÉn lín 4 Các cấu trúc mạng truyền thống đƣợc xây dựng trên cấu trúc đa lớp. Các lớp này đƣợc thể ở hình 1.1. Trong đó, lớp truyền tải quang đƣợc sử dụng làm môi trƣờng truyền dẫn với những lợi điểm về băng thông mà hiện tại chƣa có môi trƣờng truyền dẫn nào có thể so sánh với nó đƣợc. Tuy nhiên, trong thời điểm hiện tại, ở lớp truyền dẫn quang này vẫn chƣa có các hệ thống định tuyến thông minh. Để phân phối băng thông hữu hiệu, lớp SDH/SONET đƣợc sử dụng ở rất nhiều các mạng truyền thống với khả năng sử dụng băng thông hợp lý và một cơ chế bảo vệ thông minh. Ở trên lớp này, lớp ATM đƣợc sử dụng nhƣ là một tuỳ chọn, nó cung cấp cơ chế hợp kênh thống kê cũng với khả năng tích hợp nhiều loại hình dịch vụ tại cùng một thời điểm. ATM đƣợc sử dụng cũng làm tăng cƣờng sự phối hợp cũng nhƣ tính khả dụng của các lớp dƣới nó (lớp SDH/SONET, lớp quang). Hơn thế, ATM định nghĩa một cơ chế định tuyến với mục đích tối ƣu hoá lƣu lƣợng đƣợc phân phối qua mạng bằng cách đƣa ra các dịch vụ với chất lƣợng dịch vụ QoS khác nhau.[8] Nếu các nhà cung cấp dịch vụ không sử dụng các dịch vụ dựa trên nền IP thì cấu trúc mạng sẽ còn lại gồm 3 lớp sẽ tỏ ra hữu hiệu hơn. Do các ứng dụng dựa trên nền IP sẽ làm tăng các dịch vụ IP trên mạng, một số cơ chế tích hợp IP với cấu trúc hệ thống đã đƣợc đƣa ra trong đó MPLS tỏ ra là một cấu trúc có tính hiệu quả cao.[19] Cấu trúc mạng dựa trên các lớp đƣợc phát triển và thay đổi khi các nhà cung cấp dịch vụ thay đổi các công nghệ mạng. Để hiểu đƣợc toàn bộ sự thay đổi trong cấu trúc mạng hiện tại thì chúng ta cần hiểu một cách chi tiết về chức năng và các đặc tính của các lớp trên. Vấn đề này sẽ đƣợc trình bày ngay tiếp sau đây. 1.1.2 Lớp truyền dẫn quang Sợi quang đƣợc sử dụng làm môi trƣờng truyền tải có khả năng truyền dung lƣợng rất lớn. Nó rất phù hợp cho việc truyền dẫn trên các mạng đƣờng dài. Với các kỹ thuật phát triển hiện tại (đối với nguồn laser và sợi quang), thì tín hiệu sẽ phải khôi phục lại trong khoảng cách từ 40 đến 80 km. Tốc độ bít điển hình có thể đạt đƣợc khi sử dụng các kỹ thuật điều chế tiên tiến cỡ khoảng 40G bps tƣơng ứng với một bƣớc sóng. Nếu sử dụng đồng thời nhiều bƣớc sóng trên một sợi quang nhƣ ở 5 kỹ thuật ghép bƣớc sóng WDM thì dung lƣợng truyền dẫn có thể lên tới nhiều Tb.[14] Bằng cách sử dụng các kỹ thuật trên, các nhà cung cấp dịch vụ có thể xây dựng mạng quang với dung lƣợng truyền dẫn lớn từ hàng Gbps đến vài Tbps. Khi đó dung lƣợng truyền tải không còn là lợi thế của các nhà cung cấp dịch vụ nữa mà công nghệ sử dụng , khả năng tích hợp các dịch vụ sẽ là vấn đề quan trọng đối với họ. Chính điều này đã làm nền tảng cho sự phát triển của các mạng truyền tải hiện tại cũng nhƣ mạng truyền tải thế hệ mới. 1.1.3 Kỹ thuật ghép kênh SDH/SONET Trƣớc đây, dịch vụ chủ yếu mà các nhà cung cấp dịch vụ đƣa tới khách hàng là dịch vụ thoại truyền thống. Để làm điều này, họ sử dụng cơ cấu truyền dẫn phân cấp không đồng bộ PDH để mang tín hiệu tốc độ thấp để biểu thị cho kết nối thoại hay dữ liệu tốc độ thấp của khách hàng. Mạng PDH tồn tại một số hạn chế nhƣ là tốc độ ghép kênh tối đa chỉ có thể đạt đƣợc là 139,246 Mbps hay tính hiệu quả của việc truyền dẫn thấp bởi vì một số lƣợng lớn các dữ liệu thừa cần phải chèn vào luồng để biểu diễn cho độ trễ giữa các tín hiệu không đồng bộ của các thiết bị trong mạng. Thêm vào đó nữa là sự không tƣơng thích giữa các nhà sản xuất chỉ bởi ở cơ chế ghép kênh chứ không phải trên phƣơng diện truyền dẫn. Để khắc phục vấn đề này, kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ SDH/SONET đã ra đời; ta xẽ xem xét kỹ thuật này nhƣ sau. 1.1.3.1 Chuẩn truyền dẫn đồng bộ SDH và SONET đã khắc phục đƣợc những hạn chế của PDH và cho phép kết nối với tốc độ bit cao trên 155Mbps. Những kết nối này phù hợp với yêu cầu gia tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu cần thiết ngày nay. SDH/SONET cho phép triển khai mạng TDM trên lớp truyền tải quang. Cả SDH/SONET đều định ng hĩa phân cấp hợp kênh số, đảm bảo tính tƣơng thích của các thiết bị và cho phép thiết lập mạng đồng bộ. Các chức năng chính là tín hiệu khách của các dịch vụ khác nhau nhƣ là E0, E1, DS0, DS1, T1, ATM, và nhiều loại khác nữa đƣợc ghép vào các ngăn chứa (payload) thích hợp và sau đó đƣợc ghép kênh vào tín hiệu quang đồng bộ. Cả SDH 6 và SONET có thể chứa các cấu trúc TDM không đồng bộ, SDH dựa trên các tín hiệu E1, còn SONET dựa trên tín hiệu DS1. Tốc độ cơ sở của SONET là 51.84Mbps hay còn đƣợc gọi là tín hiệu truyền tải đồng bộ (STS-1), tƣơng đƣơng với tín hiệu OC-1 của lớp quang. Để bảo đảm cả SONET và SDH có thể kết hợp trong một cơ chế hợp kênh chung, SDH định nghĩa cấp độ cơ sở của nó là STM-1 bằng 3 lần cấp độ cơ sở của SONET tức là 155.52Mbps. Bảng 1.1 chỉ ra các cấp độ tƣơng đƣơng của SONET và SDH. Bảng 1.1. Tốc độ các g iao diện của cơ chế ghép kênh SDH/SONET SONET Tốc độ SDH STS-1/OC-1 51.84Mbps - STS-3/OC-3 155.52Mbps STM-1 STS-12/OC-12 622.08Mbps STM-4 STS-24/OC-24 1244.16Mbps - STS-48/OC-48 2488.32Mbps STM-16 STS-192/ OC-192 9953.28Mbps STM-64 1.1.3.2 Cơ chế tạo khung và ghép kênh của SDH và SONET Dựa vào kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ, một lƣợng lớn các loại tín hiệu có thể truyền qua đƣợc trong cơ sở hạ tầng của SDH và SONET. Các tín hiệu đƣợc chèn vào hay lấy ra từ các giao diện nhánh (tributary) đƣợc ghép vào một ngăn chứa thích hợp. Ngăn chứa này đƣợc gọi là nhánh ảo (virtual tributary) đối với SONET và ngăn chứa ảo đối với SDH. Sơ đồ ghép kênh cho các tốc độ tín hiệu quan trọng nhất đƣợc cho bởi hình 1.2. Với SONET , 4 VT1.5 và 3 VT2 đƣợc kết hợp lại thành một nhóm VTG tƣơng ứng với luồng DS1. 7 VTG sau đó đƣợc kết hợp lại và đƣợc ghép vào một khối cơ bản gọi là STM-1, tƣơng ứng với luồng DS3. Bởi vì giao diện quang OC-1 thực tế không đƣợc sử dụng thƣờng xuyên do đó giao diện quang đầu tiên của SONET là OC-3 và tƣơng ứng với tốc độ 155Mbps. Do đó, sau khi ghép các VTG thành STM-1 thì 3 STM-1 đƣợc ghép vào giao diện OC-3. Với SDH, 4 VC-11 và 3 VC-12 đƣợc kết hợp với nhau tạo thành nhóm khối truyền dẫn (TUG-2) tƣơng ứng với tín hiệu luồng E1. 7 TUG-2 sau đó đƣợc kết hợp với nhau và đƣợc ghép vào VC-3 tƣơng ứng với tín hiệu luồng E3. Giao diện 7 quang đầu tiên của SDH là giao diện STM-1 hoạt động ở tốc độ 155Mbps (tƣơng ứng với giao diện OC-3 ở SONET). Một VC-3 có thể tự nó ghép vào giao diện STM-1 theo hai cách khác nhau. Nó có thể ghép vào TUG-1 và 3 TUG-1 có thể kết hợp lại thành VC-4, sau đó VC-4 đƣợc ghép vào giao diện STM-1. Cách thứ hai là có thể ghép 3 VC-3 trực tiếp vào giao diện STM-1. SONET SDH Giao diÖn Giao diÖn STM-4 4x STM-1 155Mbps STS-12 OC-12 4x 1x VC-4 OC-3 STM-3 STM-1 3x 3x TUG-3 34Mbps 1x VC-3 E-3 7x 3x TUG-2 4x VC-12 VC-11 2Mbps 1.5Mbps E-1 3x STS-1 45Mbps DS-3 2Mbps 7x VTG 3x 4x VT-2 1.5Mbps VT-1.5 DS-1 H×nh 1.2. C¬ chÕ ghÐp kªnh cña SDH vµ SONET Khối cơ bản của SDH và SONET tƣơng ứng là STM-1 và STS-1. Cấu trúc khung STM-1 đƣợc cho bởi hình 1.3. Chúng ta lƣu ý rằng khung STS-1 sử dụng cho giao diện 51.48Mbps và khung STM-1 sử dụng cho giao diện 155Mbps. Do đó khung STM-1 dài hơn khung STS-1 đến 3 lần. Từ quan điểm về chức năng, cấu trúc của cả hai khung hầu nhƣ là giống nhau. Các cột đầu tiên của khung đƣợc sử dụng để mang các thông tin mào đầu của lớp SDH/SONET, các phần mào đầu này là LOH và SOH. Phần còn lại đƣợc dùng để chứa các ngăn chứa đã ghép kênh. 270 byte SOH Con trá 9 hµng Vïng t¶i träng (payload) SOH §é dµi khung : 125 s H×nh 1.3. CÊu tróc khung STM-1 8 Con trỏ dữ liệu, một phần của MSOH (SDH) hay LOH (SONET) là chìa khoá trong cả hai cấu trúc đồng bộ. Các VC và VT có thể không đồng bộ với với các khung STM/STS. Trong điều kiện lý tƣởng thì mạng SDH và SONET là đồng bộ , nhƣng trong thực tế nó không đồng bộ hoàn toàn vẫn có một phần nhỏ tín hiệu đồng hồ bị lệch và mạng phải khắc phục đƣợc phần sai lệch này. Do đó, các VC và VT đƣợc ghép vào các khung STS/STM với biên biến đổi chút ít. Con trỏ dữ liệu đƣợc sử dụng để bảo đảm mối quan hệ cố định giữa phần biên của các khung STM/STS và vị trí của các ngăn chứa đƣợc ghép vào khung dữ liệu. Con trỏ của MSOH/SOH tƣơng ứng với vị trí của ngăn chứa bậc cao trong khung. Ngăn chứa bậc cao có thể mang tín hiệu trực tiếp hay có thể mang các ngăn chứa với cấp bậc thấp và có chứa phần con trỏ của nó mà trỏ tới các ngăn chứa cấp bậc thấp. Phần thông tin quan trọng thứ hai mang trong MSOH/SOH là các byte mào đầu K1/K2 sử dụng cho mục đích bảo vệ chuyển mạch. Sử dụng các thông tin mang trong các byte K1/K2, một giao thức báo hiệu bảo vệ đƣợc thiết lập và sử dụng bởi mạng SDH/SONET để theo dõi trạng thái của mạng, phát hiện lỗi, và thực hiện các hoạt động cần thiết để khôi phục lại lƣu lƣợng mạng. 1.1.3.3 Mạng truyền tải SDH/SONET Mạng SDH/SONET điển hình thƣờng sử dụng 4 thành phần thiết bị mạng khác nhau là: 1. Thiết bị ghép kênh xen/rẽ (ADM) 2. Thiết bị đầu cuối ghép kênh (TM) 3. Thiết bị kết nối chéo số (DXC) 4. Trạm lặp hoặc khuếch đại Tất cả các thành phần trên đƣợc kết nối với nhau bằng môi trƣờng truyền dẫn là sợi quang và cấu thành mạng SDH/SONET nhƣ hình 1.4 Trong hình 1.4 này, ADM đƣợc sử dụng cho mạng ring và TM đƣợc sử dụng làm thiết bị đầu cuối tuyến tính. Nếu nhƣ khoảng cách giữa hai ADM tại ring quang có giá trị suy hao tƣơng ứng vƣợt quá quỹ công suất thì trạm lặp hay khuếch đại 9 quang sẽ đƣợc thêm vào và đặt giữa hai thiết bị ghép kênh. Trạm lặp sẽ đảm bảo việc tái tạo và truyền dẫn tín hiệu khi công suất tín hiệu bị suy giảm khi truyền trên sợi quang. Bộ ghép kênh đƣợc thiết kế với hai loại giao diện đó là giao diện trung kế và giao diện nhánh. Giao diện trung kế đƣợc dùng để kết nối các bộ ghép kênh với nhau. Giao diện nhánh đƣợc dùng để nối với các thiết bị đầu cuối nhƣ là các router IP , chuyển mạch ATM, hay chuyển mạch điện thoại, tới các bộ ghép kênh. Các loại giao diện nhánh nhánh của các bộ ghép kênh thƣờng bắt đầu từ cấp độ phân cấp các giao diện trung kế tới các giao diện tốc độ thấp nhƣ DS-0, E1. ChuyÓn m¹ch ATM ChuyÓn m¹ch ATM ADM TM IP Router ADM TM Ring A Giao diÖn cÊp 3 ADM DXC ADM Ring B Giao diÖn trung kÕ ADM ADM H×nh 1.4. M¹ng SDH/SONET ®iÓn h×nh gåm c¸c thiÕt bÞ ghÐp xen/rÏ kªnh vµ kÕt nèi sè chÐo Để chuyển kết nối từ một mạng vòng này sang mạng vòng khác hay sang một mạng điểm tới điểm ta phải sử dụng thiết bị kết nối chéo DXC. Trong hình 1.4 DXC đƣợc đặt giữa ring A, ring B và tuyến mạng điểm tới điểm C. Một bộ ghép kênh từ mỗi phần mạng trên đƣợc nối với DXC sử dụng giao diện nhánh. Tuỳ thuộc vào mức độ kết nối của phân cấp TDM cần phải kết nối chéo mà ta sử dụng các DXC cùng với các giao diện nhánh thích hợp cần phải đƣợc sử dụng. Nếu kết nối tại mức DS1/E1 cần phải đƣợc kết nối chéo thì gi ao diện nhánh DS1/E1 phải đƣợc sử dụng để kết nối các bộ ghép kênh tới DXC và một DXC phải có khả năng chuyển mạch đƣợc các luồng DS1/E1 phải đƣợc lựa chọn. Mô hình tham chiếu mạng cho chuẩn SDH/SONET dùng để định nghĩa một cấu trúc chuẩn cho tất cả các cơ chế trong mạng hỗn hợp. Mô hình này đƣợc xây 10 dựng từ mô hình 3 lớp hình 1.5. Mỗi phần tử trong mạng có thể tham chiếu tới một hay nhiều lớp trong cấu trúc tuỳ thuộc vào nhiệm vụ và chức năng của nó. Líp luång (SONET) Líp luång (SDH) Líp ®-êng (SONET) Líp ph©n ®o¹n ghÐp kªnh (SDH) Client ADM hay TM Líp ®o¹n (SONET) líp kho¶ng lÆp (SDH) ADM hay TM hay DXC Líp ®o¹n(SONET) líp kho¶ng lÆp (SDH) Client ADM hay TM H×nh 1.5. M« h×nh tham chiÕu m¹ng SDH/SONET gåm 3 líp chøc n¨ng Lớp thấp nhất, đƣợc gọi là lớp đoạn đối với SONET và lớp khoảng lặp đối với SDH dùng để truyền dẫn quang và phát lại tín hiệu. Tất cả các phần tử trong mạng đều có phần thuộc lớp này. Các bộ phát lại đều chỉ tồn tại ở lớp này bởi vì phát lại chỉ đơn giản là tăng cƣờng mức tín hiệu khi nó bị suy giảm sau khi đã truyền đƣợc trong khoảng cách dài. Lớp thứ hai, gọi là lớp đƣờng đối với SONET và lớp phân đoạn ghép kênh đối với SDH. Ở lớp này các tín hiệu tốc độ thấp đƣợc hợp kênh hay tách ra từ các tín hiệu của giao diện trung kế tốc độ cao. Các bộ ghép kênh và DXC là các thành phần của lớp này. Lớp thứ ba có nhiệm vụ đảm bảo việc phân phối các kết cuối-cuối và đƣợc gọi là lớp luồng. Các thiết bị khách kết cuối tại các điểm cuối của kết nối là thành phần của lớp này. Mỗi lớp điều cần các thông tin điều khiển cụ thể phục vụ cho việc báo hiệu, theo dõi vận hành, bảo vệ chuyển mạch. Các thông tin điều khiển này đƣợc mang ở phần mào đầu của mỗi lớp. Do đó, một bộ ghép kênh thêm vào vài đƣờng mào đầu (POH) vào tín hiệu đến từ các giao diện nhánh. Nó ghép tất cả các tín hiệu lại và thêm vào đó phần mào đầu đoạn đối với SONET và phần mào đầu phân đoạn hợp kênh đối với SDH. Cuối cùng, trƣớc khi truyền tín hiệu ra ngoài tới các phần tử mạng tiếp theo, nó thêm vào tín hiệu phần mào đầu đƣờng dây (LOH) với SONET và RSOH đối với SDH.
- Xem thêm -