Đồ Án Tốt Nghiệp - Công Nghệ WDM Và Ứng Dụng

Đồ án báo cáo công nghệ WDM và ứng dụngĐây là đồ án chi tiết được đánh giá chất lượng rất cao,được biên soạn nghiên cứu từ các tài liệu chuyên ngành,...được chắt lọc từ các tài liệu công nghệ mới nhất.Đây là tài liệu thực sự bổ ích cho các bạn trẻ giúp các bạn sinh viên đạt kết quả cao khi bảo vệ đồ án của mình,trinh phục tương lai của mình.....Chúc các bạn thành công

Phát tín hiệu

Khuếch đại tín hiệu

Sợi quang

PHẦN I CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM

1 Tìm hiểu về WDM

a Định nghĩa:

WDM (Wavelength Division Multiplexing – Ghép kênh theo bước sóng) là công nghệ “ trong một sợi quang truyền dẫn nhiều tín hiệu quang với nhiều bước sóng khác nhau” Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau

b.Sơ đồ tổng quát của hệ thống WDM

Phân loại

hệ thống WDM

WDM đơn hướng (truyền dẫn

hai chiều trên hai sợi quang)

WDM song hướng (truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang)

c Đặc điểm và mục đích của ghép kênh quang theo bước sóng

- Hệ thống WDM tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp

của sợi quang đơn mode, tăng dung lượng truyền dẫn, hạ giá thành dịch vụ xuống mức thấp nhất có thể Ngoài ra, việc ghép kênh quang còn tạo ra khả năng xây dựng các tuyến thông tin quang có tốc độ rất cao Khi tốc độ đường truyền đạt tới một mức độ nào đó người ta đã thấy được những hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dẫn Khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbit/s, các mạch điện tử không thể đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp; thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao

=> WDM ra đời để khắc phục những hạn chế trên.

- Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau (cùng một lúc) mà không gây nhiễu lẫn nhau Các thành phần thiết bị trước kia chỉ có khả năng xử lý từ 4 đến 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET) Các nhà cung cấp DWDM đã sớm phát triển các thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang Các hệ thống với hàng trăm kênh giờ đây đã sẵn sàng được đưa vào sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết hợp hàng trăm Gbit/s và tiến tới đạt tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn

d Phân loại hệ thống WDM

WDM đơn hướng: Tất cả các kênh quang trên cùng một sợi quang được ghép lại

thành một luồng tín hiệu và truyền theo một hướng trên một sợi quang và truyền theo ngược lại trên một sợi quang riêng biệt khác

DE MUX

WDM song hướng: ở hướng đi các kênh quang tương ứng với các bước sóng

khác nhau đi bộ tách/ghép kênh được ghép lại với nhau thành một luồng tín hiệu truyền dẫn theo một chiều trên một sợi Và truyền theo hướng ngược lại trên cùng một sợi quang đó

Tx1

Tx2

TxN

DE MUX

- Về dung lượng: WDM song hướng < WDM đơn hướng, tuy nhiên WDM đơn hướng lại đòi hỏi

số lượng sợi quang gấp đôi.

- Về thiết kế: rõ ràng WDM song hướng đòi hỏi sự phức tạp hơn nhiều với những vấn đề như

chống sự xuyên nhiễu (do có nhiều bước sóng trên một sợi quang), đảm bảo định tuyến và phân

bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng

-Khi có sự cố: đối với WDM song hướng thì không cần đến cơ chế AP ( automatic protection

switching) để chuyển mạch bảo vệ mà nó có thể tự hiểu ở hai đầu hệ thống.

- Bộ khuếch đại quang EDFA ở hệ thống song hướng đơn giản hơn so với đơn hướng, nhưng do

số bước sóng ở WDM song hướng chỉ bằng một nửa so với WDM đơn hướng nên công suất khuếch đại ở đầu ra của hệ thống WDM song hướng sẽ lớn hơn WDM đơn hướng.

=> Về tối ưu thì WDM song hướng hơn hẳn WDM đơn hướng Tuy nhiên trong một số trường hợp ta bắt buộc phải áp dụng hệ thống WDM đơn hướng Ví dụ: trong điều kiện khả năng xuyên nhiễu giữa các bước sóng là rất lớn, hệ thống đòi hỏi phải có dung lượng truyền dẫn lớn nên chỉ có thể sử dụng WDM đơn hướng.

e Ưu nhược điểm của hệ thống WDM

Nhược điểm:

Nhược đểm của WDM

Chưa khai thác băng tần triệt

để của sợi quang

Chi phí khai thác bảo dưỡng tăng do nhiều hệ thống cùng

hoạt độngGiá thành thiết bị đắt

So sánh WDM đơn hướng và WDM song hướng

Ưu điểm của WDM

Dung lượng

truyền dẫn

lớn

Tính trong suốt cao

Quản lý băng tần hiệu quả, cấu hình hệ thống mềm dẻo

Nâng cấp dung lượng

hệ thống dễ dàng, linh hoạt

2 CÁC THIẾT BỊ TRONG WDM

EDFA và một số vấn đề khi sử dụng

nó trong mạng WDM

Quỹ công suất của hệ thống

Ảnh hưởng của các hệ thống phi

tuyến

PHẦN II

ƯU ĐIỂM CÔNG NGHỆ WDM SO VỚI CÔNG NGHỆ KHÁC

So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những ưu điểm vượt trội :

1 - Dung lượng lớn truyền dẫn lớn ;

Đối với công nghệ WDM theo ước tính thì tốc độ chuyển mạch cơ sở cỡ

có thể đạt 300Gbit/s tương ứng với dung lượng truyền dẫn 10Tbit/s Dựa

theo lịch sử phát triển và nhu cầu hiện tại thì công nghệ WDM ít nhất cũng

đáp ứng được dài trong một thập kỷ

Còn đối với công nghệ PCM thì có chuyển mạch chỉ ở mức 64Kbit/s

và truyền dẫn ở mức 2Mbit/s; khi chuyển lên PDH thì nối chéo ở mức 2Mbit/s và truyền dẫn ở mức 140Mbit/s; và khi lên đến SDH thì nối chéo chỉ đạt ở mức 155Mbit/s và truyền dẫn chỉ ở mức 10Mbit/s.Kém xa so với công nghệ WDM

Hệ thống truyền dẫn SDH ; PDH

Hệ thống WDM còn có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các

hệ thống TDM.Với công nghệ TDM, dung lượng hệ thống chỉ có thể đạt 5 Gbps,đây cũng là giới hạn dung lượng của công nghệ này

Nhưng đối với hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc độ bit nào đó (TDM) Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được thử nghiệm thành công Trong khi

đó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s)

Hệ thống truyền dẫn TDM

2 - Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, thậm chí ngay

cả khi hệ thống vẫn đang hoạt động :

Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của các mạng hiện có mà

không phải lắp đặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang) Bên cạnh đó nó cũng mở ra một thị trường mới đó là thuê kênh quang (hay bước sóng quang) ngoài việc thuê sợi hoặc cáp Việc nâng cấp chỉ đơn giản là cắm thêm các Card mới trong khi hệ thống vẫn hoạt động (plug-in-play)

3 - Quản lý băng tần hiệu quả và tái cấu hình mềm dẻo và linh hoạt :

Bằng cách thay đổi phương thức định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM nên nó có khả năng quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn

và cấu hình lại hệ thống một cách linh hoạt tuỳ theo yêu cầu thực tế mà không cần đi lại cáp hoặc thiết kế lại mạng hiện tại

4 - Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao :

Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp Điều này có tác dụng làm giảm đáng kể tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc,suy hao… Do đó tránh được sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao

5 - Tính trong suốt của mạng WDM :

Công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên có thể hỗ trợ

các định dạng số liệu và thư thoại chuyển mạch kênh, ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, IP…

6 - Giảm chi phí đầu tư mới :

Sử dụng công nghệ WDM có thể tận dụng cơ sở hạ tầng của các mạng quang trước đó, giảm được chi phí đầu tư mới Do vậy tiết kiệm và kinh

tế hơn rất nhiều

Bên cạnh những ưu điểm trên WDM cũng bộc lộ một số mặt hạn chế nằm ở ngay bản thân công nghệ Đây cũng chính là những thách thức cho công nghệ này.

1- Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang :

Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang Cho dù công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDM cũng

sẽ đạt đến giá trị tới hạn

2 - Chi phí cho khai thác và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn :

Với tốc độ bùng nổ nhu cầu sử dụng công nghệ truyền dẫn hiện nay phải tiêu tốn chi phí rất lớn cho lắp đặt thiết bị công nghệ giá cao,chi phí cho vận hành,bão dưỡng lớn…

Kết Luận : Công nghệ WDM thực sự có rất nhiều ưu điểm vượt trội so

với các công nghệ khác,với sự nâng cấp mở rộng dung lượng phát triển dịch vụ băng rộng, khai thác vượt trội tiềm năng băng rộng của sợi quang, thực hiện truyền dẫn thông tin siêu tốc, có ý nghĩa rất quan trọng trong truyền dẫn cáp sợi quang nói riêng, trong công nghiệp viễn thông nói chung Thực sự, nó là công nghệ đáng được quan tâm, nghiên cứu và triển khai ứng dụng rộng rãi

CHƯƠNG III : ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ WDM

I HỆ THỐNG WDM ĐIỂM – ĐIỂM DUNG LƯỢNG LỚN

Cấu hình điểm-điểm là cấu hình hay được sử dụng cho truyền dẫn đường dài với tốc độ rất cao

Tốc độ cao, tín hiệu được truyền đi toàn vẹn, độ tin cậy cao và khả năng phục hồi lại

đường truyền nhanh

II MẠNG PHÂN BỐ VÀ QUẢNG BÁ

Trong mạng quảng bá hoặc phân bố tín hiệu sẽ có một tín hiệu đa kênh WDM được truyền tới một nhóm các thuê bao Tại mỗi thuê bao đầu thu có nhiệm vụ lựa chọn một kênh thích hợp thông qua việc tách kênh

1 2

Các kênh này được ghép với nhau bởi một Coupler quang thụ động và được phân phối đều đến tất cả các bộ thu Mỗi thuê bao sẽ nhận được tất cả các kênh này và lựa chọn một kênh thích hợp nhờ sử dụng cơ chế điều chỉnh

-Thay đổi băng thông bộ lọc trung tần hoặc điều

chỉnh tần số dao động nội

-B lọc quang ộ lọc quang

Couple

III MẠNG ĐA TRUY NHẬP

Đa truy nhập phân chia theo bước sóng WDMA (WDM Access)

Trong mạng WDMA, băng thông của sợi quang được chia thành các khoảng nhỏ, mỗi khoảng này là một kênh quang riêng biệt Khoảng cách tối thiểu giữa hai bước sóng theo khuyến nghị của ITU_T đến thời điểm này thì tốt nhất là khoảng 0,2 đến 0,8 nm Một kênh có thể có tốc độ lên tới hàng Gbps

Coupler N×N

Node 1

Node 2

Node 3 Node N

Các kênh quang từ các nút khác nhau được ghép với nhau nhờ một bộ Coupler quang N×N Bộ ghép có nhiệm vụ trộn tất cả các tín hiệu đến và chia đều công suất đến các

bộ thu Kết quả là, tất cả các tín hiệu từ các cổng vào đều được đưa đến một cổng ra bất

kỳ Hệ thống có sự chia sẻ bước sóng, tức là từ một nút bất kỳ đều có thể thu được

kênh chung trong môi trường chia sẻ đó

Việc triển khai mạng quang WDMA yêu cầu có các thành phần quang có khả năng

điều chỉnh được bước sóng như laser phát khả chỉnh, bộ lọc quang khả chỉnh Các

thành phần này tạo nên các bộ thu phát quang có khả năng điều chỉnh được bước sóng

ở mỗi nút mạng

MẠNG ĐA TRUY NHẬP

MẠNG WDM ĐỊNH TUYẾN THEO BƯỚC SÓNG

Dữ liệu tại đầu phát sẽ phát đi nhiều bước sóng ,đầu thu sẽ nhận được bước sóng cố định

Giao diện điện

Phát LD λ1

Các bộ thu WDM DEMUX

Coupler hình sao N×N

Nhưng nhược điểm của mạng Lambdanet là

số người sử dụng bị hạn chế bởi số lượng

bước sóng, mỗi nút lại cần nhiều bộ thu, nên

chi phí đầu tư vào phần cứng của hệ thống

cao

2./ Mạng WDMA đa chặng

Trong mạng WDMA đa chặng, khi một nút muốn truyền một kênh quang đến một nút khác thì có thể nó phải đi qua một số nút trung gian Mỗi nút thu phát quang của mạng WDMA đa chặng có một số bộ thu/phát có thể thu phát một vài bước sóng nhất định

Ưu điểm của mạng đa chặng so với mạng đơn chặng là không nhất thiết phải có thiết bị điều khiển kênh, vì mỗi nút mạng hoạt động như một trạm lặp và có nhiệm vụ quyết định nhận gói tin hay chuyển tiếp gói tin đến các nút khác trong mạng.

Kết nối trong mạng đa chặng được thực hiện linh hoạt bằng nhiều cách khác nhau,

bằng những con đường khác nhau

Chính vì vậy, mạng đa chặng giảm được tắc nghẽn đường truyền so với mạng đơn

chặng

Tổn

g đài

N bộ phát

MUX/DEMUX λ

Nhà TB 2

Nhà TB N Tổng đài trung tâm

Sợi qua

ng

10 km

Node đầu xa

VI THỰC TIỄN MẠNG WDM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Năm 2001, tập đoàn viễn thông Alcatel của Pháp đã xây dựng được tuyến quang WDM

có tốc độ băng thông lên tới 10,2 Tbps bằng cách ghép 256 kênh có băng thông 40

Gbps với cự ly truyền dẫn lên tới 100 km

Tập đoàn viễn thông Nhật Bản NTT đã xây dựng thành công một tuyến truyền dẫn

quang dung lượng 14 Tbps, ghép 140 kênh, mỗi kênh có khả năng truyền thông tin với băng thông 111 Gbps với khoảng cách truyền lên tới 160 km

Tập đoàn Alcatel-Lucent (Pháp) cũng đã thực hiện được một đường cáp quang đơn gồm ba chặng (80 km x 3) ghép 16 kênh bằng công nghệ WDM có băng thông tổng cộng là 25,6 Tbps

Ở Việt Nam hiện nay, VNPT cũng đang sử dụng công nghệ DWDM tốc độ 80 Gbps trên tuyến đường trục sử dụng bốn bước sóng, mỗi bước sóng có băng thông là 20

Gbps

Viettel, EVNTelecom cũng đều đã ứng dụng công nghệ này để truyền dẫn mạng quang đường trục tốc độ 80 Gbps