Tài liệu Thực trạng và giải pháp nâng cao chất lượng mạng truyền dẫn quang VNPT Quảng Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -------- TRẦN HÀ PHƯƠNG THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG VNPT QUẢNG NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Huế - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -------- TRẦN HÀ PHƯƠNG THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG VNPT QUẢNG NAM Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60.52.02.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Cán bộ hướng dẫn: TS. ĐẶNG XUÂN VINH Huế - 2014 1 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, dạy dỗ, giúp đỡ dù ít hay là nhiều, dù trực tiếp hay là gián tiếp của Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp, những người thân. Trong suốt thời gian qua, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè. Để hoàn thành được khóa luận này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo TS.ĐẶNG XUÂN VINH, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình viết khóa luận tốt nghiệp. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo tận tình của thầy thì em nghĩ luận văn này của em rất khó có thể hoàn thiện được.y. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, quý Thầy Cô Khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Huế đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập. Và đặc biệt, trong năm học cuối này, Khoa Điện tử - Viễn thông và Trung tâm TSK Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với những môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên ngành Điện tử - Viễn thông cũng như tất cả các sinh viên thuộc các chuyên ngành Khoa học kỹ thuật khác. Đó là các môn học: “Qui hoạch mạng viễn thông”, “mô hình hóa mô phỏng”, “mạng truyền dữ liệu:…Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng to lớn cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin hơn. Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Đại học khoa học Huế, Ban chủ nhiệm Khoa Điện tử - Viễn thông, Trung tâm TSK trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập. Em chân thành cảm ơn Ban giám đốc VNPT Quảng Nam, Lãnh đạo Trung tâm Chuyển mạch & Truyền dẫn VNPT Quảng Nam đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi nhất về mặt thời gian và kinh phí để em có thể tham gia đầy đủ khóa học. Để hoàn thành được bản luận văn này, cũng như hoàn thành được toàn bộ khóa học không thể không nhắc tới công ơn sinh thành và dưỡng dục của Ba Mẹ. Đặc biệt là 2 người Cha, chính người đã hướng cho em đến với con đường học vấn, là con đường thành công nhất của 1 con người. Nhưng hiện tại người đã không còn trên thế gian này nữa, xin kính cẩn nghiêng mình trước linh hồn của Ba. Thật là thiếu sót nếu không kể đến công lao của người Mẹ, mẹ đã tần tảo sớm hôm để kiếm tiền nuôi anh em tôi ăn học thành người như ngày hôm nay. Bên cạnh đó cũng phải kể đến công lao của người vợ thủy chung, chính vợ tôi đã sát cánh bên tôi và các con của tôi, đó là một trong những nguồn động viên lớn lao nhất để tôi vượt qua mọi thử thách của cuộc đời. Với nỗ lực của bản thân thì cũng không thể nào hoàn thành bản luận văn này theo đúng trình tự, trong lúc khó khăn nhất, tưởng chừng như đi vào ngõ cụt thì được sự động viên kịp thời của các bạn trong lớp cao học K1 ở Huế, đặc biệt là nhờ sự giúp đỡ rất nhiệt tình của bạn Hồ Đức Tâm Linh mà em đã từng bước vượt qua những khó khăn trở ngại lớn lao này, xin chân thành gởi lời cảm ơn đến các bạn, những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình. Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực qui hoạch mạng viễn thông, tìm hiểu mô phỏng bằng phần mềm Optisystem, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn. Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Ban giám hiệu, quí Thầy Cô trong Khoa Điện tử Viễn thông, quí Thầy Cô ở Trung tâm TSK thuộc trường Đại học Công nghệ - Đại học Quộc gia Hà Nội, quí Thầy cô Trong Ban giám hiệu, quí Thầy Cô trong khoa Vật lý, quí Thầy Cô Phòng Đào tạo sau đại học thuộc trường Đại học Khoa học Huế thật dồi dào sức khỏe, niềm tin thành công để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau. Trân trọng. Huế, ngày 15 tháng 10 năm 2013 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: a. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS Đặng Xuân Vinh. b. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng và trung thực tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa diểm công bố. c. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tác giả Trần Hà Phương 4 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................1 LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................2 MỤCLỤC........................................................................................................................4 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT..........................................................7 DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................9 DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... 10 MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 12 CHƯƠNG 1:KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANGVÀ QUI HOẠCH MẠNG LƯỚI ....................................................................................... 15 1.1. HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG ............................................................... 15 1.1.1. Hệ thống thông tin quang ....................................................................... 155 1.1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang........................................... 18 1.1.2.1. Ưu điểm ............................................................................................. 18 1.1.2.2. Nhược điểm ....................................................................................... 18 1.2. KHÁI QUÁT VỀ QUI HOẠCH MẠNG LƯỚI .............................................. 18 1.2.1. Giới thiệu ................................................................................................ 18 1.2.2. Mạng lưới viễn thông là gì? ......................................................................19 1.2.3. Các bộ phận cấu thành hệ thống viễn thông .............................................. 20 1.2.3.1. Thiết bị đầu cuối ................................................................................ 20 1.2.3.2.Thiết bị chuyển mạch .......................................................................... 21 1.2.3.3. Thiết bị truyền dẫn ............................................................................. 21 1.2.4. Quy hoạch mạng truyền dẫn ....................................................................21 1.2.4.1. Giới thiệu ........................................................................................... 21 1.2.4.2. Cấu hình mạng truyền dẫn .................................................................23 1.2.4.3. Các lớp cấp độ của mạng truyền dẫn ................................................ 26 1.2.4.4. Ví dụ cấu hình mạng truyền dẫn của VNPT Quảng Nam.................... 26 1.2.4.5. Định tuyến ......................................................................................... 26 1.2.4.6. Tạo nhóm kênh .................................................................................. 27 1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ................................................................................ 28 5 CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN MẠNG VIỄN THÔNG TỈNH QUẢNG NAM .....30 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................... 30 2.2. CẤU HÌNH MẠNG VIỄN THÔNG QUẢNG NAM (VNPT QUẢNG NAM) ...32 2.2.1. Mạng chuyển mạch................................................................................... 32 2.2.2. Mạng truyền dẫn....................................................................................... 33 2.2.3. Mạng ngoại vi .......................................................................................... 35 2.2.4. Mạng truyền dẫn Acatel............................................................................ 35 2.2.5 Mạng truyền dẫn NEC và Huawei ............................................................. 36 2.2.6. Mạng truyền dẫn Fujitsu(FLX) .................................................................37 2.2.7. Sơ đồ mạng truyền dẫn Man E..................................................................37 2.2.8. Mạng truy nhập xDSL .............................................................................. 38 2.2.9. Mạng truyền dẫn thuê kênh riêng.............................................................. 40 2.2.10. Ưu , nhược điểm của mạng cáp quang VNPT Quảng Nam ..................... 40 2.3. CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG TRUYỀN DẪN .....42 2.3.1. Giải pháp thứ nhất: Nâng cấp Ring Alcatel 1660 STM16 lên STM64 ........... 42 2.3.2. Giải pháp thứ 2: Kết nối các Ring theo kiểu dạng lưới.............................. 42 2.3.3. Giải pháp thứ 3: Kết nối các Server của các thiết bị truyền dẫn lại với nhau43 2.4. NHỮNG VIỆC ĐÃ VÀ ĐANG LÀM CỦA VNPT QUẢNG NAM ............... 44 2.4.1. Những công việc đã triển khai và đưa vào sử dụng ...................................44 2.4.2. Những công việc đang triển khai .............................................................. 44 2.5. Kết luận chương 2 ........................................................................................... 44 CHƯƠNG 3: DÙNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM ĐỂ MÔ PHỎNGTHIẾT KẾ TUYẾN CÁP DỰ PHÒNG .................................................................................. 45 3.1. DÙNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM ĐỂ MÔ PHỎNG TUYẾN CÁP QUANG RING DỰ PHÒNG TẠI VNPT QUẢNG NAM .................................................... 45 3.1.1. Một số khái niệm ...................................................................................... 45 3.1.2. Quỹ công suất........................................................................................... 46 3.1.3. Quỹ thời gian nâng ................................................................................... 47 3.1.4. Nhiễu trong hệ thống thông tin quang ....................................................... 49 3.1.4.1. Nhiễu lượng tử .................................................................................. 49 3.1.4.2. Nhiễu nhiệt ....................................................................................... 50 6 3.1.5. Tỷ Lệ Tín Hiệu Trên Nhiễu (SNR) .......................................................... 51 3.1.5.1. Đối với photodiode PIN .................................................................... 51 3.1.5.2. Đối với PhotoDiode APD.................................................................. 51 3.1.6. Giá trị của các Thành phần ...................................................................... 52 3.2. Bài toán tính toán và Thiết kế theo Quỹ công suất và Thời gian nâng .......... 53 3.2.1. Chọn bước sóng làm việc của tuyến ..................................................... 54 3.2.2. Thiết bị thu quang ................................................................................. 54 3.2.3. Tính toán tổn hao trên Đường truyền ....................................................... 55 3.2.4. Tính toán các thông số .............................................................................. 55 3.2.4.1. Tính toán Độ nhạy của Máy thu ......................................................... 55 3.2.4.2. Tính Toán Thời Gian Nâng ............................................................... 57 3.2.4.3. Tính toán cự ly tối đa của đoạn tiếp vận ............................................. 58 3.2.5. Mô phỏng hệ thống thông tin quang bằng phần mềm Optisystem ............. 58 3.2.5.1. Mô hình Tuyến thiết kế .....................................................................59 3.4.5.2. Các thông số cho trước.......................................................................59 3.4.5.3. Sử dụng Phần mềm Optisystem Mô phỏng quá trình hoạt động ......... 59 KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ ĐỀ XUẤT .................................................................73 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 74 7 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Giải thích APD Avalanche Photodiode Diode quang thác APD BA Booster Amplifier Khuếch đại công suất BER Bit Error Rate Xác suất bit lỗi DEMUX De- multiplexing Bộ giải ghép DCF Dispersion Compensating Sợi quang bù tán sắc Fiber EDF Erbium - Doper Fiber Đoạn sợi pha tạp Erbium EDFA Erbium-Doped Fiber Bộ khuếch đại quang dùng sợi pha tạp Amplifier Erbium ELED Edgle Emitting Led Cấu trúc LED phát cạnh FWM Four Wave Mixing Hiệu ứng trộn 4 bước sóng G Gain Độ lợi GI(F) Gradien – Index (Fiber) Sợi có chiết suất giảm dần GVD (Group-Velocity Tán sắc vận tốc nhóm Dispersion ) Intensity Modulation with hệ thống truyền dẫn thông tin quang điều Direct Detection chế cường độ, tách sóng trực tiếp L Loss Mất mát, suy hao LA In – Line Amplifier Khuếch đại đặt trên đường truyền LD Laser Diode Laser MAN E Metropolitan Area Network Mạng khu vực đô thị MDF Erthernet IM-DD Đường kính trường mode Mode Field Diameter MM Multi Mode (Fiber) Sợi đa mode MUX Multiplexing Các bộ ghép NEC Nippon Electric Company Tên giao dịch tiếng anh của công ty NEC NRZ Non Return Zero Mã NRZ 8 OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ tách ghép quang OXC Optical Circuit/Path Bộ nối chéo quang Switching P Power Công suất PA Preamplifier Amplifier Bộ tiền khuếch đại PIN Passive Intricsic Negative Bộ tách sóng photodiode PIN RZ Return Zero Mã RZ SBS Stimulated Brillouin Hiệu ứng tán xạ Brillouin Scrattering SI(F) Step – Index (Fiber) Sợi chiết suất phân bậc SLED Surface Emitting Led Cấu trúc led phát mặt SM(F) Single Mode (Fiber) Sợi đơn mode SNR Signal–to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SPM Self Phase Modulation Hiệu ứng tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Hiệu ứng tán xạ Raman Scrattering TDM Time Division Ghép kênh phân thời Multiplexing WDM Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước sóng Multiplexing XPM Cross Phase Modulation Hiệu ứng điều chế xuyên pha 9 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 So sánh giữa cáp quang và cáp đồng 19 3.1 Thiết bị phát quang 54 3.2 Cáp sợi quang 54 3.3 Thiết bị thu 55 3.4 Suy hao do hàn nối và bộ nối 55 3.5 Các loại suy hao trên tuyến 57 3.6 Công suất nhận ở các đầu thu 64 3.7 Giá trị các bộ Optical Attenuator 66 3.8 Tần số và bước sóng của các kênh 66 10 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên bảng hình Trang 1.1 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn quang 18 1.2 Cấu hình cơ bản của mạng viễn thông 18 1.3 Cấu hình mạng viễn thông điển hình 22 1.4 Trình tự xác định đường truyền dẫn 24 1.5 Khái niệm mạng truyền dẫn 24 1.6 Các dạng cơ bản của truyền dẫn 26 1.7 Ví dụ định tuyến từ (A-C) 29 2.1 Sơ đồ tổng quan mạng viễn thông tỉnh Quảng Nam từ năm 34 2007 đến hết năm 2012 2.2 Sơ đồ tổ chức mạng truyền dẫn cáp quang viễn thông Quảng 37 Namđến cuối năm 2012 2.3 Sơ đồ mạng truyền dẫn Acatel đến hết năm 2012 38 2.4 Sơ đồ mạng truyền dẫn NEC và Huawei đến cuối năm 2012 38 2.5 Sơ đồ mạng truyền dẫn FLX đến cuối năm 2012 39 2.6 Sơ đồ mạng truyền dẫn Man E đến cuối năm 2012 39 2.7 Sơ đồ hệ thống thiết bị UPE tại huyện Duy Xuyên. 40 2.8 Sơ đồ hệ thống thiết bị xDSL 40 2.9 Mạng truyền dẫn thuê kênh riêng đến cuối năm 2012 42 3.1 Mô hình tuyến cáp quang cơ bản 47 3.2 Quỹ thời gian nâng của tín hiệu khi đi qua bộ lọc thông thấp 50 RC 3.3 Đáp ứng xung của bộ lọc thông thấp 50 3.4 Tỷ số bít BER 57 3.5 Mô hình tuyến thông tin quang thiết kế 61 3.6 Mô hình tuyến cáp quang 62 3.7 Sơ đồ bộ phát (Transmitter) 62 3.8 Sơ đồ bộ thu (Receiver) 63 11 3.9 Các thông số về công suất trên tuyến. 65 3.10 Dạng xung NRZ phát ra. 65 3.11 Dạng xung tại bộ Mach Zehnder Modulator 66 3.12 Tín hiệu trước bộ nhận ở Receiver_1 67 3.13 Tín hiệu trước bộ nhận ở Receiver_2 67 3.14 Tín hiệu trước bộ nhận ở Receiver_3 68 3..15 Tín hiệu nhận đã lọc bớt nhiễu ở Receiver_1 68 3.16 Tín hiệu nhận đã lọc bớt nhiễu ở Receiver_2 69 3.17 Tín hiệu nhận đã lọc bớt nhiễu ở Receiver_3 69 3.18 BER tại Receiver_1 70 3.19 BER tại Receiver_2 70 3.20 BER tại Receiver_3 71 3.21 Q Factor tại Receiver_1 71 3.22 Q Factor tại Receiver_2 72 3.23 Q Factor tại Receiver_3 72 3.24 Đồ thị mắt tại Receiver_1 73 3.25 Đồ thị mắt tại Receiver_2 73 3.26 Đồ thị mắt tại Receiver_3 74 12 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông đã mang lại nhiều tiện ích cho người sử dụng, hệ thống thông tin liên lạc có mặt ở khắp mọi nơi trên toàn thế giới. Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất nhanh. Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet. Phần lớn những nhu cầu hiện nay là truyền dữ liệu hơn là tiếng nói. Số lượng người sử dụng Internet ngày càng lớn và thời gian mỗi lần truy cập thường kéo dài hơn nhiều lần hơn một cuộc gọi điện thoại. Và nhu cầu cần sử dụng băng thông lớn, đường truyền tốc độ cao và chi phí thấp. Mạng thông tin quang ra đời đáp ứng những nhu cầu trên. Thông tin quang cung cấp một băng thông lớn, tỉ lệ lỗi rất thấp. Bên cạnh dung lượng cao, môi trường quang còn cung cấp khả năng trong suốt. Tính trong suốt cho phép các dạng dữ liệu khác nhau chia sẻ cùng một môi trường truyền và điều này phù hợp cho việc mang các tín hiệu có đặc điểm khác nhau. Vì vậy truyền thông quang được xem như là một kỹ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng trong tương lai. Ngoài ra, trong những năm gần đây, mạng đường trục đã có một sự phát triển vượt bậc nhưng mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự bùng nổ của lưu lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự khả năng đáp ứng chưa đạt yêu cầu của mạng truy cập. Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục. Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL và mạng cáp Modem. Mặc dù nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up 56 Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video, trò chơi tương tác hay hội nghị truyền hình. Có nhiều công nghệ cạnh tranh nhau có thể cung cấp băng thông cần thiết để phân phát các dịch vụ băng rộng, nhưng mỗi công nghệ đều có các hạn chế riêng về mặt độ rộng băng, độ tin cậy, giá cả và vùng bao phủ. Tại thời điểm tác giả bắt đầu viết luận văn này, mạng truyền dẫn quang của VNPT Quảng Nam thường xuyên bị nghẽn mạng, không đủ tài nguyên, chưa thể cung ứng kịp thời được nhu cầu sử dụng của khách hàng. Việc thiết kế thêm 1 RING dự phòng cho RING chính (mạng core) và nâng cấp các trạm lên STM64 là một vấn đề phức tạp, nhất là khi mạng truy cập ngày càng phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, các dịch vụ mới ngày càng nhiều, số người sử dụng tăng 13 đột biến, kèm theo các vấn đề lưu lượng tăng vọt và biến đổi động. Hiện nay việc thi công lắp đặt đưa vào sử dụng các giá trị của các thiết bị EDFA, công suất phát Laser... chỉ dựa vào kinh nghiệm hoặc khuyến nghị của nhà sản xuất chứ chưa dựa vào các biểu thức tính toán cụ thể. Chính vì lẽ trên, việc xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang dự phòng cho các đường trục chính trở thành một trong những chủ đề cần được nghiên cứu. Với nguyên tắc kế thừa các thiết bị đă có, phát huy hết khả năng đặc tính, dịch vụ của thiết bị.Nâng cấp, mở rộng dung lượng các hệ thống chuyển mạch, hệ thống truyền dẫn, phủ kín mạng thông tin đến từng xă của tỉnh. Phấn đấu đưa hệ thống truyền dẫn dung lượng lớn (cáp quang hoá) đến từng địa phương. Sau một thời gian làm việc và tìm hiểu nghiên cứu về mạng viễn thông của tỉnh Quảng Nam, cùng với sự chỉ bảo của GVC,TS.Đặng Xuân Vinh em đă hoàn thành đồ án tốt nghiệp với các nội dung sau: - Tìm hiểu về cấu trúc mạng và kỹ thuật mạng Viễn thông nói chung. - Tìm hiểu về cấu trúc sẵn có của mạng Viễn thông tỉnh Quảng Nam. - Vạch ra kế hoạch mở rộng mạng và nâng cấp về hệ thống truyền dẫn. - Đưa ra phương án sử dụng một số phần mềm mới cho việc qui hoạch mạng truyền dẫn cáp quang trên địa bàn toàn tỉnh. 2. Mục đích nghiên cứu Luận văn tiến hành tìm hiểu cấu hình mạng viễn thông nói chung và phân tích thực trạng của mạng truyền dẫn cáp quang VNPT Quảng Nam nói riêng. Từ đó đề xuất giải pháp hợp lý để nâng cấp hệ thống và thiết kế các tuyến cáp quang dự phòng, sử dụng phần mềm chuyên dụng Optiwave để kiểm chứng và đánh giá chất lượng tín hiệu trong hệ thống đồng thời đối chiếu giữa kết quả tính toán và mô phỏng để chứng tỏ tính tin cậy của các mô hình và các biểu thức tính toán đã xây dựng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Tìm hiểu hệ thống mạng viễn thông.  Nghiên cứu qui hoạch mạng cáp quang  Nghiên cứu phương pháp thiết kế mạng quang  Đề xuất mô hình tính toán thiết kế 1 RING cáp quang dự phòng cho RING chính(core) và áp dụng mô hình thiết kế vào một số tuyến quang tại VNPT Quảng Nam từ đó đối chiếu giữa kết quả tính toán và mô phỏng qua phần mềm Optiwave. 14 4. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng để kiểm chứng lý thuyết tính toán.  Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài  Tìm hiểu thực trạng mạng truyền dẫn cáp quang tại VNPT Quảng Nam  Xây dựng mô hình tính toán, thiết kế tiến hành mô phỏng và kiểm tra kết quả bằng phần mềm Optiwave. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Mạng cáp quang VNPT Quảng Nam đã và đang từng bước hoàn thiện hướng tới mục tiêu cuối cùng là phục vụ khách hàng tốt nhất với chất lượng tốt nhất. Trong điều kiện bùng nổ lưu lượng như hiện nay để thiết kế được hệ thống nhằm thỏa mãn nhu cầu truyền dẫn thông tin khoảng cách lớn, tốc độ bit cao cho các thuê bao đồng thời đảm bảo được tính kinh kế của hệ thống có một ý nghĩa quan trọng trong tình hình hiện nay. Các kết quả của luận văn này rất chi tiết, sát với thực tế có tính thực tiễn cao, là một phần rất nhỏ góp phần cải thiện chất lượng dịch vụ cũng như tăng thêm uy tín cho Ngành viễn thông nói chung và Tỉnh Quảng Nam nói riêng. 6. Cấu trúc luận văn Về cấu trúc của bản luận văn này dự kiến gồm có những nội dung chính sau đây: Chương 1: Khái quát về hệ thống thông tin quang và qui hoạch mạng lưới. Chương 2: Tổng quan về mạng truyền dẫn quang VNPT Quảng Nam. Chương 3: Dùng phần mềm OPTISYSTEM để thiết kế mô phỏng tuyến cáp quang dự phòng cho VNPT Quảng Nam. Do hạn chế về mặt thời gian, tài liệu và trình độ bản thân nên bản luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quí thầy, quí cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới sự giúp đỡ nhiệt tình và có hiệu quả của thầy giáo GVC,TS.Đặng Xuân Vinh cùng quí thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông Trường Đại học Công Nghệ - Đại học QGHN. 15 CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ QUI HOẠCH MẠNG LƯỚI 1.1. HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1.1. Hệ thống thông tin quang Thế kỷ 21 là thế kỷ của công nghệ thông tin. Sự bùng nổ của các loại hình dịch vụ thông tin, đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của Internet và World Wide Web làm gia tăng không ngừng nhu cầu về dung lượng mạng. Ðiều này đòi hỏi phải xây dựng và phát triển các mạng quang mới dung lượng cao. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang (DWDM) là một giải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hữu hiệu băng thông rộng lớn của sợi quang, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn đồng thời hạ giá thành sản phẩm. Sự phát triển của hệ thống WDM cùng với công nghệ chuyển mạch quang sẽ tạo nên một mạng thông tin thế hệ mới-mạng thông tin toàn quang. Trong mạng toàn quang này, giao thức IPgiao thức chuẩn cho mạng viễn thông thế hệ sau (NGN) sẽ được tích hợp với WDM.Sự tích hợp này sẽ tạo ra một kết cấu mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất rất thích hợp sử dụng cho cả mạng đường trục và mạng đô thị. [3,4,5,6] Bước vào thiên niên kỷ mới, chúng ta chứng kiến nhiều sự thay đổi quan trọng trong nền công nghiệp viễn thông có ảnh hưởng to lớn đến cuộc sống của chúng ta. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự thay đổi này: Trước hết đó là sự gia tăng liên tục về dung lượng mạng. Nhân tố chính cho sự gia tăng này là sự phát triển nhanh chóng của Internet và World Wide Web. Bên cạnh đó là việc các nhà kinh doanh ngày nay dựa vào các mạng tốc độ cao để thực hiện việc kinh doanh của mình. Những mạng này được dùng để kết nối các văn phòng trong một công ty cũng như giữa các công ty cho việc giao dịch thương mại. Ngoài ra còn có một sự tương quan lớn giữa việc gia tăng nhu cầu và giá thành băng thông của mạng. Các công nghệ tiên tiến đã thành công trong việc giảm liên tục giá thành của băng thông. Việc giảm giá thành của băng thông này lại làm thúc đẩy sự phát triển của nhiều ứng dụng mới sử dụng nhiều băng thông và mô hình sử dụng hiệu quả hơn. Chu kỳ hồi tiếp dương này cho thấy không có dấu hiệu giảm bớt trong một tương lai gần. Bãi bỏ và phá vỡ sự độc quyền trong lĩnh vực viễn thông, sự bãi bỏ sự độc quyền này đã kích thích sự cạnh tranh trong thị trường viễn thông - CNTT, điều này dẫn đến kết quả là giảm giá thành cho những người 16 sử dụng và triển khai nhanh hơn những kỹ thuật và dịch vụ mới. Sự thay đổi quan trọng trong thể loại lưu lượng chiếm ưu thế trong mạng. Ngược lại với lưu lượng thoại truyền thống, nhiều nhu cầu mới dựa trên dữ liệu ngày càng phát triển. Tuy nhiên nhiều mạng hiện nay đã được xây dựng chỉ để hỗ trợ hiệu quả cho lưu lượng thoại, không phải là dữ liệu. Việc thay đổi này là nguyên nhân thúc đẩy những nhà cung cấp dịch vụ kiểm tra lại cách thức mà họ xây dựng nên mạng, kiểu dịch vụ phân phối và trong nhiều trường hợp ngay cả mô hình kinh doanh toàn thể của họ. Những nhân tố này đã dẫn đến sự phát triển của mạng quang dung lượng cao. Công nghệ để đáp ứng việc xây dựng các mạng quang dung lượng cao này là công nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM. Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống thông tin quang WDM. Các thành phần chính của truyền thông tin quang: Hình 1.1. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn quang[3] Thiết bị chuyển mạch Thiết bị Truyền dẫn Môi trường Truyền dẫn Thiết bị Truyền dẫn Thiết bị Chuyển mạch Hình 1.2. Cấu hình cơ bản của mạng viễn thông [1] 17 1.1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang 1.1.2.1. Ưu điểm - Suy hao thấp: Suy hao thấp cho phép khoảng cách lan truyền dài hơn. Nếu so sánh với cáp đồng trong một mạng, khoảng cách lớn nhất đối với cáp đồng được khuyến cáo là 100 m, thì đối với cáp quang khoảng cách đó là 2000 m. Một nhược điểm cơ bản của cáp đồng là suy hao tăng theo tần số của tín hiệu. Điều này có nghĩa là tốc độ dữ liệu cao dẫn đến tăng suy hao công suất và giảm khoảng cách lan truyền thực tế. Đối với cáp quang thì suy hao không thay đổi theo tần số của tín hiệu. - Dung lượng truyền dẫn lớn: Trong hệ thống thông tin sợi quang, băng tần truyền dẫn của sợi quang là rất lớn (hàng ngàn THz) cho phép phát triển các hệ thống WDM dung lượng lớn. So với truyền dẫn vô tuyến hay truyền dẫn dùng cáp kim loại thì truyền dẫn sợi quang cho dung lượng lớn hơn nhiều. - Trọng lượng nhẹ: Trọng lượng của cáp quang nhỏ hơn so với cáp đồng. Một cáp quang có 2 sợi quang nhẹ hơn 20% đến 50% cáp Category 5 có 4 đôi. Cáp quang có trọng lượng nhẹ hơn nên cho phép lắp đặt dễ dàng hơn. - Kích thước nhỏ: Cáp sợi quang có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng cho việc thiết kế mạng chật hẹp về không gian lắp đặt cáp. - Không bị can nhiễu bởi sóng điện từ và điện công nghiệp. - Tính an toàn: Vì sợi quang là một chất điện môi nên nó không dẫn điện. Bảng 1.1. So sánh giữa cáp quang và cáp đồng Đặc tính Dải thông Cự ly truyền dẫn Xuyên kênh Trọng lượng Kích thước Cáp đồng 100 MHz 100 m Có Nặng hơn Lớn hơn Cáp quang Sợi đơn mode Sợi đa mode > 100GHz 1GHz 40.000 m 2000 m Không Nhẹ hơn Nhỏ hơn - Tính bảo mật : Sợi quang rất khó trích tín hiệu. Vì nó không bức xạ năng lượng điện từ nên không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như sự dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang. - Tính linh hoạt : Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các 18 dạng thông tin số liệu, thoại và video. - Chi phí thấp : Vì vật liệu chế tạo sợi quang sẵn có, đồng thời sợi lại nhẹ hơn cáp kim loại và có thể uốn cong, lắp đặt dễ dàng và ít bị hư hỏng do các yếu tố thiên nhiên tác động (như nắng, mưa…) nên hệ thống có thể tiết kiệm được chi phí xây dựng. 1.1.2.2. Nhược điểm - Vấn đề biến đổi Điện-Quang: Trước khi đưa một tín hiệu thông tin điện vào sợi quang, tín hiệu điện đó phải được biến đổi thành sóng ánh sáng. - Dòn, dễ gẫy: Sợi quang sử dụng trong viễn thông được chế tạo từ thủy tinh nên dòn và dễ gẫy. Hơn nữa kích thước sợi nhỏ nên việc hàn nối gặp nhiều khó khăn.Muốn hàn nối cần có thiết bị chuyên dụng. - Vấn đề sửa chữa: Các quy trình sửa chữa đòi hỏi phải có một nhóm kỹ thuật viên có kỹ năng tốt cùng các thiết bị thích hợp. - Vấn đề an toàn lao động: Khi hàn nối sợi quang cần để các mảnh cắt vào lọ kín để tránh đâm vào tay, vì không có phương tiện nào có thể phát hiện mảnh thủy tinh trong cơ thể. Ngoài ra, không được nhìn trực diện đầu sợi quang hay các khớp nối để hở phòng ngừa có ánh sáng truyền trong sợi chiếu trực tiếp vào mắt. Ánh sáng sử dụng trong hệ thống thông tin quang là ánh sáng hồng ngoại, mắt người không cảm nhận được nên không thể điều tiết khi có nguồn năng lượng này, và sẽ gây nguy hại cho mắt. [7,8,11,14,16] 1.2. KHÁI QUÁT VỀ QUI HOẠCH MẠNG LƯỚI 1.2.1. Giới thiệu Với việc giới thiệu về tình hình kinh tế - xã hội của tỉnh Quảng Nam ta thấy việc qui hoạch mạng lưới cho tỉnh là hoàn toàn cần thiết (Phần 2- thực trạng mạng truyền dẫn cáp quang VNPT Quảng nam). Việc qui hoạch này nhằm: cung cấp đúng loại thiết bị, đúng lúc, đúng chỗ với chi phí hợp lý để thoả mãn các nhu cầu của khách hàng và đưa ra các cấp dịch vụ có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, để có thể làm được công việc qui hoạch này trước hết phải tìm hiểu mạng lưới viễn thông là gì? Hay mạng viễn thông gồm những gì? Các kỹ thuật mạng lưới viễn thông là gì?Từ đó tìm hiểu quá trình qui hoạch mạng bao gồm những bước nào?Chúng ta sẽ lần lượt trả lời các câu hỏi đó.