Chia sẻ cho các bạn đồ án
Sự bùng nổ của mạng Internet, sự phát triển số lượng người sử dùng, sự phát triển của các ứng dụng và dịch vụ mới trên nền IP, đó là những gì mà chúng ta đã chứng kiến trong vòng gần một thập kỉ qua. Xét về mặt kỹ thuật, để đáp ứng được sự phát triển đó, hạ tầng mạng truyền dẫn bao gồm mạng đường backbone và mạng truy nhập đã và đang phải nâng cao dung lượng bằng cách chuyển dần sang mạng truyền dẫn cáp sợi quang. Mạng truyền dẫn quang đã đáp ứng được rất nhiều yêu cầu về dung lượng (tối đa 50Tbps), chi phí xây dựng và tính bảo mật thông tin. Hai công nghệ quan trọng gần đây giúp tăng dung lượng hệ thống là WDM và khuêch đại sợi quang EDFA. Từ khoảng năm 1986 trở lại đây có rất nhiều các dựán xây dựng mạng đường trục cáp quang biển quốc tếđược triển khai, đã giúp tăng cường khả năng trao đổi thông tin giữa các quốc gia, lãnh thổ trên thế giới. Tiếp đến là các mạng đường trục trên đất liền ở các quốc gia được xây dựng trên nền tảng truyền dẫn sợi quang.
Vào đầu năm 1988, các công nghệ SONET và SDH là những chủ đề nóng được đề cập đến như là những chuẩn ghép kênh cho các mạng đường trục trong tương lai. SONET và SDH là các chuẩn thiết kế từ đầu cho các hệ thống TDM (chiếm đa số vào những năm 1980). Sử dụng TDM, một luồng dữ liệu ở tốc độ cao hơn được tạo ra trực tiếp bằng cách ghép các kênh có tốc độ bit thấp hơn. Thực tế đã có rất nhiều các hệ thống SDH/SONET đã và vẫn đang được triển khai. Các hệ thống TDM dung lượng cao hoạt động ở tốc độ OC-192 hay 10Gbps. Tuy nhiên ta sẽ gặp khó khăn khi muốn chuyển lên tốc độ OC-768 hay lớn hơn do hạn chế tần số hoạt động của linh kiện điện tử. Đến năm 1997, công nghệ WDM được đánh giá là công nghệ ghép kênh số một giúp tăng dung lượng hệ thống lên hàng trăm lần, giảm chi phí đầu tư. Công nghệ WDM cho phép ghép nhiều kênh tốc độ bít khác nhau trên cùng một sợi quang bằng cách đặt các kênh trên các bước sóng khác nhau. Hiện nay đã có thiết bị ghép kênh WDM có khả năng ghép 80 kênh (bước sóng). Với việc chỉ xử lý tín hiệu quang tại các node mạng, đã loại bỏ sự hạn chế của thiết bị điện tử, và đưa ra một mạng mới tên là mạng toàn quang (AON). Mạng toàn quang định tuyến bước sóng được coi là ứng cử viên cho mạng backbone diện rộng thế hệ tiếp theo. Mạng AON được xây dựng từ các thiết bị ghép kênh WDM (kèm theo khả năng xen/tách) và các thiết bị đấu chéo OXC (cross-connect). Hệ thống DWDM có khả năng ghép 32 bước sóng hay nhiều hơn trong dải 1550nm, tăng dung lượng trên sợi quang đang có và trong suốt với tốc độ bít.
Mạng AON làm việc với các bước sóng khác nhau ở lớp vật lý, ghép kênh WDM và định tuyến theo bước sóng. Nó gồm các node định tuyến bước sóng quang được nối với nhau bằng các kết nối sợi quang. Một lightpath phải được thiết lập giữa hai node định tuyến bất kì trước khi chúng trao đổi thông tin. Mạng sẽ phải xác định tuyến (route/path) nối node này và gán một bước sóng rỗi cho các kết nối dọc theo đường đi. Lightpath chính là một kết nối quang trực tiếp giữa hai node không qua bất kì một thiết bịđiện tử trung gian nào. Để thiết lập một lightpath, thông thường yêu cầu mạng phải phân bổ một bước sóng chung trên tất cả các kết nối dọc theo đường đi của lightpath. Đó chính là yêu cầu về tính liên tục bước sóng, điều khiến cho mạng định tuyến bước sóng khác với các mạng điện thoại chuyển mạch truyền thống. Một yêu cầu sẽ bị từ chối nếu không có bước sóng chung còn rỗi trên toàn tuyến. Một trong những mục tiêu cơ bản của bài toán thiết kế mạng AON định tuyến bước sóng là phải giảm tối thiểu xác suất nghẽn toàn mạng.
Bài tiểu luận này đã trình bày về Tổng quan Mạng toàn quang: Kiến trúc của mạng, chi tiết về các thiết bị và linh kiện trong mạng toàn quang, đồng thời cũng nêu lên những công nghệ quan trọng trong mạng toàn quang như chuyển mạch và ghép kênh quang.
1. Tổng quan mạng toàn quang
1.1 Các kiểu mạng toàn quang
Mạng toàn quang có thể phân chia thành: Passive Optical Networks (PONs), Transparent Optical Networks (TONs), và Ultra-high-speed Optical Networks (UONs). Các mạng này được thảo luận chi tiết ở mục sau.
a. Passive Optical Networks (PONs)
PON sử dụng cá thành phần quang thụ động như: cáp quang, directional coupler, star coupler, router thụ động, và bộ lọc. Nhìn chung, PÓN được thiết kể cho truyền thông ở khoảng cách ngắn, bé hơn 30 dặm. Với khoảng cách ngắn, tín hiệu quang không yêu cầu khuyêch đại. Nó loại trừ việc sử dụng tất cả các thành phần tíh cực yêu câu năng lượng điện để xử lý. PONs cũng đáp ứng các yêu cầu về giá thành rẻ, độ tin cậy cao và băng thông lớn. Do vậy, nó được xem như là một giải pháp hấp dẫn cho mạng cục bộ (Local Area Networks – LANs) và mạng Metropolitan Area Networks (MANs). Mạng LANs và MANs toàn quang thụ động có thể được cấu hình sử dụng topo hình sao, cây, bus và vòng. Chúng có thể được sử dụng trong các ứng dụng như:
- Fiber to The Curb (FTTC)
- Fiber to The Building (FTTB)
- Fiber to The Home (FTTF)
Thêm vào đó, PONs có thể được sử dụng cùng với các mạng khác để cung cấp tín hiệu quang trong truyền thông điểm – đa điểm. Những mạng này gồm Digital Loop Carrier (DLC) Integrated Access, Wireless Multi-channel Multi-point Distribution System (MMDS), High Dât-rate Digital Subscriber Line (HDSL) và Very High Dât-rate Digital Subscriber Line (VDSL)
Sử dụng PON có thể giảm giá thành của DLC bởi việc cung cấp giải pháp feeder cáp quang đa điểm. Hệ thống PON có thể được dùng giữa Central Office và thiết bị đầu cuối ở xa DLC, do đó , nó cung cấp giải pháp vòng cục bộ băng rộng.
Các mạng không dây băng rộng yêu cầu mạng feeder băng thông cao từ Central Office ddeens nhiều trạm. Các trạm gốc có thể được kết nối và lưu lượng ngược về Central Office có thể được tăng lên nhờ PON.
Theo truyền thống, kiến trúc bus cáp đồng trục tín hiệu analog được sử dụng chính trong mạng CATV (cable television). Các mạng cáp đồng trục yêu cầu bộ khuếch đại giá thành cao và đắt đỏ khi bảo tri, hiện tại được thiết kế choc ho các dịch vụ đơn công. Kiến trúc Hybrid Fiber Coax (HFC) cho phép mạng CATV cung cấp dịch vụ song công. Một cách điển hình, mạng HFC có thể dung cấp dung lượng kênh từ 30 đến 40Mb/s cho downstream, sử dụng kênh analog 6MHz chia sẻ bởi khoảng 100 – 250 hộ. Tuy nhien, HFC có vấn đề với dung lượng upstream, nhưng có thể khắc phục bằng cách triển khai PON giữa trạm head-end và các node quang. Công nghệ PON over HFC cung cấp dịch vụ song công, ít lỗi, cân băng, những yêu cầu cần thiết cho các ứng dụng tương tác băng rộng.
PON có thể dùng WDM, Sub-Carrier Multiplexing (SCM), OTDM hay sự kết hợp các công nghệ này để truyền dẫn phức hợp các tín hiệu video, voice, dât, bao gồm Plain Old Telephone Service), Integrated Services Digital Network (ISDN), T1/E1, T3/E3, OC-3, OC-12, OC-48 và Truyền hình kỹ thuật số, tương tự.
b. Transparent Optical Networks (TONs)
TONs cho phép tín hiệu truyền qua các node trong mạng không phụ thuộc vào điều chế tín hiệu, tốc độ dât, và các đặc điểm cụ thể. PONs có thể được xây dựn theo nhiều đường. Tuy nhiên, tính linh động, hiệu năng cao, khả năng từ local đến global là những mục tiêu chính cho việc sử dụng PONs. Trong khi hầu hết các thành phần quang có thể được thiết kế để độc lập với kiểu tín hiệu, những tồn tại về giới hạn truyền dẫn do những yêu cầu về hiệu năng end-to-end cho các dạng tín hiệu và các tốc độ truyền dữ liệu. Các kiểu tín hiệu khác nhau có độ nhạy khác nhau tới suy hao tích lũy như: tán sắc đơn sắc, tán sắc phân cự, nhiễu khuếch đại, nhiễu xuyên kênh, và các tính chất phi tuyến quang học. Xa hơn, nó rất khó hỗ trợ truyền dẫn tín hiệu analog bời vì tính nhạy cảm với phản xạ quang học và những yêu cầu tuyến tính stringent cho laser sử dụng trong bộ chuyển đổi bước song. Do đó, mạng toàn quang trong suốt có thể không hoàn toàn là trong suốt. Để giảm bớt vấn đề này, có một số đề xuất định nghĩa các mức trong suốt trong mạng toàn quang trong suốt. Những mức này là:
+) 4T-transparent-trong suốt về dạng điều chế, mã đường dây, tần số đồng hồ, định dạng truyền dẫn
+) 3T-transparent- Trong suốt về mã đường dây, hồi phục clock, và định dạng truyền dẫn
+) 2T-transparent-Trong suốt về tần số đồng hồ và định dạng truyền dẫn
+) 1T- Trong suốt về định dạng truyền dẫn
c. Ultra-high speed optical network
AONs tốc độ siêu cao sử dụng các đặc điểm về tốc độ rất cao của các hiện tượng quang học để truyền tải các xung quang siêu ngắn (hay solitons), ở 100 Gb/s hay lớn hơn trên khoảng cách rất dài. Một số các công nghệ chủ chốt cần thiết cho việc xây dựng các mạng toàn quang AONs tốc độ siêu cao bao gồm các xung quang siêu ngắn, ghép kênh, truyền dẫn siêu nhanh của solitons, phục hồi đồng hồ, và các bộ đệm quang. Các xung quang siêu ngắn
có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các bộ laser bán dẫn tăng ích-chuyển mạch và Mode-Locked Laser (MLLs). Thông thường, AONs tốc độ siêu cao sử dụng OTDM
Có hai đặc tính vật lý của sợi quang điều khiển việc thiết kế mạng quang. Thứ nhất là tán sắc đơn sắc. Đây là tính chất tuyến tính của tất cả các sợi quang gây ra khiến cho ánh sáng với tần số khác nhau có vận tốc khác nhau. Xung ánh sáng có xu hướng trải rộng ra và khiến cho khó có thể khôi phục dòng bit. Tính chất thứ hai đó là khi ánh sáng truyền trong sợi quang, nó gây ra những thay đổi cực nhỏ được định nghĩa bởi năng lường và hình dạng của xung, gọi là hiệu ứng Kerr. Giải pháp là format các xung này một cách đặc biệt để tận dụng hai đặc điểm nay. Điều này dẫn đến tán sắc được cân bằng và hiệu quả nén triệt tiêu nhau. Các xung mất năng lượng dẫn đến mất độ sáng trong sợi quang. Khi năng lượng tiêu hao, nén phi tuyến dừng lại và xung bắt đầu trải rộng. Điều nay yêu cầu các sợi quang bù tán sắc để nén lại xung ánh sáng.
Trong OTDM, phục hồi clock là rất cần thiết để ước lượng chính xác thông tin định thời trong tín hiệu đến ở đầu cuối nhận tín hiêu. Nó cho phép receiver đồng bộ với luồng thông tin đến. Hai kỹ thuật phục hồi clock được đề xuất cho mạng toàn quang tốc độ siêu cao sử dụng OTDM. Trong kỹ thuật thứ nhất, một đồng hồ quang cục bộ có tốc độ điều khiển bời nguồn RF được khóa tới dòng xung OTDM dến. Trong kỹ thuật thứ hai, Nonlinear Optial Loop Mirror (NOLM) được sử dụng như cảm biến phase bit quang. NOLM bao gồm một coupler fiber 3-db với hai cộng tham gia xuyên suốt chiều dài sợi quang.
Sau khi đồng hồ quan đươc khôi phục, bộ tách kênh cần đệm các slot mong muốn hay header của tín hiệu quang đến sử dụng thiết bị lưu trữ quang. Xa hơn, nó cần giảm tốc độ dât nhawmcf giao tiếp tin hiệu mong muốn với receiver cho việc xử lý dât kế tiếp. Tuy nhiên, bộ nhớ quang random access không tồn tại, thay vào đó, ta sử dụng các line hay loop quang delay như là bộ đêm quang.
Mạng toàn quang tốc đọ siêu cao có nhiều bước tiến về hiệu năng, tuy nhiên nhiều công nghệ cần thiết để hỗ trợ các chức năng trong mạng toàn quang tốc độ siêu cao mới chỉ có trong phòng thí nghiệm. Do vậy mạng toàn quang tốc độ siêu cao được xem như là một giải pháp với mục tiêu về lâu dài.
1.2 Kiến trúc mạng toàn quang
1.2.1 Kiến trúc chức năng (functional architecture)
ITU-T đã phát triển kiến trúc truyền tải chức năng cho các mạng truyền tải quang. Kiến trúc chức năng truyền tải được quy định trong khuyến nghị G.872.
Kiến trúc truyền tải mô tả những chức năng AON từ 1 quan điểm cấp độ mạng. Nó dựa vào tài khoản cấu trúc phân lớp của 1 mạng quang, thong tin đặc tính client, sự kết hợp phân lớp client/server, cấu trúc lien kết mạng, và chức năng lớp mạng. Chức năng lớp mạng bao trùm truyền dẫn tín hiệu quang, đa phép kênh, giám sát, định tuyến, đánh giá hoạt động và khả năng sống sót của mạng. Phạm vi hiện tại của kiến trúc chỉ giới hạn cho tín hiệu số. Hơn nữa, kiến trúc chỉ dành cho WDM. Các kỹ thuật đa ghép kênh quang khác như OTDM, OCDM cần được nghiên cứu thêm.
Các kiến trúc vận chuyển chức năng sử dụng các phương pháp mô hình hóa mô tả trong ITU-T Khuyến nghị G.805, - Kiến trúc chức năng chung của mạng chuyển vận.
Theo phương pháp này, các mạng truyền tải quang học bị chia thành những lớp mạng chuyển vận độc lập. Mỗi tầng mạng có thể được phân chia một cách riêng biệt trong một cách phản ánh cấu trúc nội bộ của lớp mạng. Hình 1 mô tả lớp cấu trúc của mạng truyền tải quang. Chúng bao gồm một lớp kênh mạng quang, một phần ghép kênh quang học lớp mạng, và truyền một phần quang học tầng mạng.
GZ03p6tuH8CKd48
các phương pháp xử lý mào đầu quang trong mạng toàn quang
