ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐINH MINH CHÂU PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ KIẾN TRÚC VẬT LÝ TUYẾN CÁP QUANG CÓ CHUYỂN MẠCH BẢO VỆ TỰ ĐỘNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐINH MINH CHÂU
PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ KIẾN TRÚC VẬT LÝ TUYẾN CÁP QUANG CÓ CHUYỂN MẠCH BẢO VỆ TỰ ĐỘNG
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
HÀ NỘI - 2015
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐINH MINH CHÂU
PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ KIẾN TRÚC VẬT LÝ TUYẾN CÁP QUANG CÓ CHUYỂN MẠCH BẢO VỆ TỰ ĐỘNG
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
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
HÀ NỘI - 2015
Trang 3LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình học tập tại lớp Cao học Điện tử Viễn thông, Khóa 3, thuộc
trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội liên kết với Trường Đại học
Khoa Học - Đại học Huế, tôi đã hoàn thành bản luận văn này
Trước hết, tôi xin gởi lời cám ơn chân thành tới TS Đặng Xuân Vinh, người
thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt
thời gian tôi thực hiện luận văn
Và xin được cám ơn quý thầy, cô trong Khoa Điện tử Viễn thông - trường Đại
học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội và Khoa Điện tử Viễn thông - trường Đại
học Khoa Học, Đại học Huế đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ bảo và cho tôi những lời
khuyên vô cùng quý báu
Học viên
Đinh Minh Châu
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn là do tôi nghiên cứu dưới
sự hướng dẫn của TS Đặng Xuân Vinh Các số liệu kết qủa trong luận văn là trung
thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Người viết
Đinh Minh Châu
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN 1
LỜI CAM ĐOAN 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC BẢNG 6
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM 13
1.1 Giới thiệu: 13
1.2 Công nghệ WDM 15
1.2.1 Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng 15
1.2.2 Mô hình phân cấp lớp WDM: 15
1.2.3 Các phần tử cơ bản trong mạng quang WDM: 17
1.2.4 Phân loại hệ thống WDM: 19
1.2.5 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM 20
1.3 Kết luận chương 1 21
CHƯƠNG 2 – KHẢO SÁT ĐỊA BÀN PHỤC VỤ 22
2.1 Thừa Thiên Huế: 22
2.1.1 Vị trí địa lý: 22
2.1.2 Khí hậu: 23
2.1.3 Giao thông: 23
2.1.4 Hành chính: 23
2.2 Dự báo về nhu cầu về dung lượng tuyến quang nội tỉnh Thừa Thiên Huế: 24
2.3 Đề xuất phương án tăng dung lượng cho tương lai 25
2.4 Kết luận chương 25
CHƯƠNG 3 – CƠ CHẾ CHUYỂN MẠCH BẢO VỆ TỰ ĐỘNG 26
TRONG MẠNG QUANG WDM CẤU HÌNH RING 26
3.1 Chuyển mạch quang 26
3.1.1 Khái niệm 26
3.1.2 Phân loại chuyển mạch quang 26
3.1.2.1 Chuyển mạch kênh quang 26
Trang 63.1.2.2 Chuyển mạch gói quang 28
3.1.2.3 Chuyển mạch chùm quang 30
3.1.3 Cấu trúc bộ chuyển mạch quang 32
3.2 Cơ chế bảo vệ tự động 34
3.2.1 Cơ chế bảo vệ riêng 36
3.2.2 Cơ chế bảo vệ chia sẽ 36
3.3 Kiến trúc vật lý và các cơ chế bảo vệ cho mạng quang RING WDM: 37
3.3.1 Bảo vệ lớp kênh quang (Och): 38
3.3.1.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình ring (OCh - DPRing): 38
3.3.1.2 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình ring (OCh - SPRing) 39
3.3.2 Bảo vệ lớp đoạn ghép kênh quang (OMS): 40
3.3.2.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình Ring (OMS - DPRing): 40
3.3.2.2 Bảo vệ chia sẻ cho cấu hình vòng ring (OMS – SPRing): 41
3.4 Kết luận chương 3 44
CHƯƠNG 4 –THIẾT KẾ KIẾN TRÚC VẬT LÝ TUYẾN CÁP QUANG CÓ CHUYỂN MẠCH BẢO VỆ TỰ ĐỘNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 46
4.1 Lựa chọn phương án thiết kế: 46
4.2 Kiến trúc vật lý tuyến cáp quang trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế: 47
4.3 Đề xuất mạng quang cấu hình Ring cho các nút chính: 48
4.3.1 Cấu hình và nguyên lý hoạt động: 48
4.3.2 Các sự cố xảy ra và cách khắc phục: 51
4.3.2.1 Lỗi đơn hướng: 51
4.3.2.2 Lỗi đa hướng: 52
4.3.2.3 Lỗi xảy ra cả trên tuyến hoạt động và tuyến bảo vệ: 52
4.3.2.4 Sự cố xảy ra tại nút: 54
4.4 Kết luận chương 4 55
CHƯƠNG 5 – SỬ DỤNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM MÔ PHỎNG 56
TUYẾN QUANG THIẾT KẾ 56
5.1 Yêu cầu cụ thể của tuyến 56
5.2 Các vấn đề cần chú ý khi thiết kế cho các tuyến cáp 56
5.3 Các bước thiết kế 57
Trang 75.3.1 Chọn tuyến 57
5.3.2 Chọn sợi quang 58
5.3.3 Tính toán và chọn thiết bị 59
5.3.4 Tính toán suy hao của tuyến quang thiết kế dựa trên thiết bị đã chọn 61
5.3.4.1 Tuyến quang theo chiều CCW: Từ trung tâm chuyển mạch Đà Nẵng ra trung tâm chuyển mạch Hà Nội 61
5.3.4.2 Tuyến quang theo hướng CW từ trung tâm chuyển mạch thành phố Hà Nội vào trung tâm chuyển mạch thành phố Đà Nẵng: 65
5.4 Mô phỏng hệ thống thông tin quang bằng phần mềm OptiSystem 69
KẾT LUẬN 76
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
Trang 8DANH MỤC BẢNG
Bảng 4 - 1 Phân bổ bước sóng 46
Bảng 4 - 2 Số bước sóng sử dụng cho tuyến cáp quang tỉnh 48
Bảng 5 - 1 Giá trị suy hao trên đoạn 1 61
Bảng 5 - 2 Giá trị suy hao trên đoạn 2 62
Bảng 5 - 3 Giá trị suy hao trên đoạn 3 63
Bảng 5 - 4 Giá trị suy hao trên đoạn 4 63
Bảng 5 - 5 Giá trị suy hao trên đoạn 5 65
Bảng 5 - 6 Giá trị suy hao trên đoạn 1’ 66
Bảng 5 - 7 Giá trị suy hao trên đoạn 2’ 66
Bảng 5 - 8 Giá trị suy hao trên đoạn 3’ 67
Bảng 5 - 9 Giá trị suy hao trên đoạn 4’ 68
Bảng 5 - 10 Giá trị suy hao trên đoạn 5’ 69
Trang 9DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 - 1 Khả năng truyền tải các loại hình dịch vụ của mạng truyền tải quang 13
Hình 1 - 2 Xu hướng phát triển trong cấu trúc mạng truyền tải quang 14
Hình 1 - 3 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng 15
Hình 1 - 4 Mô hình phân cấp lớp quang 16
Hình 1 - 5 Kiến trúc mạng truyền tải quang 16
Hình 1 - 6 Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM 17
Hình 1 - 7 Mô tả thiết bị ghép, tách kênh hỗn hợp (MUX-DEMUX) 17
Hình 1 - 8 Sơ đồ hệ thống EDFA 18
Hình 1 - 9 Mô hình bộ ghép kênh xen/rẻ OADM 18
Hình 1 - 11 Hệ thống WDM truyền dẫn song công 19
Hình 1 - 10 Thiết bị nối chéo quang 19
Hình 1 - 12 Hệ thống WDM truyền dẫn đơn công 20
Hình 2 - 1 Bản đồ hành chính địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế 22
Hình 3 - 1 Mạng chuyển mạch kênh 27
Hình 3 - 2 Mô hình mạng chuyển mạch gói 28
Hình 3 - 3 Kiến trúc chuyển mạch gói quang 29
Hình 3 - 4 Mô hình mạng chuyển mạch chùm quang 30
Hình 3 - 5 Sơ đồ khái niệm chuyển mạch 32
Hình 3 - 6 Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch 1x2 32
Hình 3 - 7 Cấu hình sợi quang đầu vào 33
Hình 3 - 8 Sự dịch chuyển sợi quang 33
Hình 3 - 9 Biểu đồ mất do chèn của chuyển mạch quang phụ thuộc vào điện thế đặt lên ống áp điện 34
Hình 3 - 10 Thời gian chuyển mạch khi mạch điện đầu ra sử dụng tụ điện với điện dung19.6 nF(Bên trái) và 260nF (Bên phải) 34
Hình 3 - 11 Chuyển mạch bảo vệ đơn hướng và hai hướng 35
Hình 3 - 12 Chuyển mạch bảo vệ tuyến, đoạn, và vòng 35
Hình 3 - 13 Các cơ chế bảo vệ: hình a 1 + 1 OMS và hình b 1 + 1 Och 38
Hình 3 - 14 OCh – DPRing hai sợi đơn hướng ở điều kiện bình thường và khi có sự cố 39
Hình 3 - 15 OCh–DPRing bốn sợi đơn hướng ở điều kiện bình thường và khi có sự cố 39
Hình 3 - 16 OCh – SPRing khi bình thường và khi sự cố đoạn 40
Hình 3 - 17 OCh – SPRing khi bình thường và khi sự cố nút 40
Hình 3 - 18 OMS – DPRing hai sợi ở điều kiện bình thường và khi có sự cố 41
Hình 3 - 19 Bảo vệ chia sẻ các kênh quang trong OMS - SPRing 42
Hình 3 - 20 Ring hai sợi hai hướng chuyển mạch bảo vệ đoạn ghép kênh 42
Hình 3 - 21 Ring hai sợi hai hướng bảo vệ sự cố đoạn OMS – 2SPRing 43
Hình 3 - 22 Ring hai sợi hai hướng bảo vệ sự cố nút OMS – 2 SPRing 43
Hình 3 - 23 Ring bốn sợi hai hướng chuyển mạch bảo vệ đoạn ghép kênh 43
Hình 3 - 24 Ring bốn sợi hai hướng sự cố đoạn OMS – 4SPRing 44
Trang 10Hình 4 - 1 Kiến trúc vật lý của mạng cáp quang nội tỉnh Thừa Thiên Huế 47
Hình 4 - 2 Phổ khuếch đại của bộ EDFA 48
Hình 4 - 3 Kiến trúc vật lý của mạng quang RING tỉnh Thừa Thiên Huế 49
Hình 4 - 4 Cấu trúc tại nút Huế ở trạng thái bình thường 50
Hình 4 - 5 Cấu hình B-OADM tại AN Huế và Phú Vang khi gặp sự cố lỗi đơn hướng 51
Hình 4 - 6 Cấu hình B-OADM tại AN Huế và Phú Vang khi gặp sự cố đa hướng 52
Hình 4 - 7 Cấu hình tại AN Huế và Phú Vang khi tuyến bảo vệ và hoạt động cùng xảy ra sự cố 52
Hình 4 - 8 Cấu hình tại AN Huế khi sự cố nút xảy ra tại AN Hương Trà 54
Hình 5 - 1 Các phần tử cơ bản của một tuyến truyền dẫn quang 56
Hình 5 - 2 Sơ đồ tuyến thông tin quang thiết kế 58
Hình 5 - 3 Sự liên hệ giữa BER, SNR và Q 60
Hình 5 - 4 Cơ chế bù tán sắc kiểu đối xứng trên đoạn 5 (đoạn 1’) 64
Hình 5 - 5 Mô hình hệ thống thông tin quang đoạn 1 (đoạn 5’) 70
Hình 5 - 6 Mô hình hệ thống quang đoạn 2 (đoạn 4’) 70
Hình 5 - 7 Mô hình hệ thống quang đoạn 3 (đoạn 3’) 71
Hình 5 - 8 Mô hình hệ thống quang đoạn 4 (đoạn 2’) 71
Hình 5 - 9 Mô hình hệ thống quang đoạn 5 (đoạn 1’) 72
Hình 5 - 10 Mô hình Tuyến cáp quang từ AN Phú Vang đến AN Huế 72
Hình 5 - 11 Bộ phát sử dụng điều chế ngoài 73
Hình 5 - 12 Sơ đồ tại AN Huế 73
Hình 5 - 13 Bộ tách quang 73
Hình 5 - 14 Hệ số phẩm chất tín hiệu (Q Factor) và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (BER) tại AN Phú Vang 74
Hình 5 - 15 Hệ số phẩm chất tín hiệu (Q Factor) và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (BER) tại AN Huế 75
Trang 11TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1.Đỗ Văn Việt Em, Thông tin quang 1, 2, Học viện công nghệ Bưu chính viễn thông
2 “Thiết kế và mô phỏng tuyến thông tin quang”, Báo cáo nghiên cứu khoa học năm
2012, sinh viên Điện tử - Viễn thông K32 và K31, trường Đại học khoa học Huế 3.Trung tâm Internet Việt Nam, “Báo cáo tài nguyên Internet Việt Nam 2013”, tháng 12-2013
4 “Hệ thống thông tin sợi quang”, Phùng Văn Vận, Nhà xuất bản bưu điện Hà Nội, năm 2008
5 “Quy hoạch phát triển mạng viễn thông Việt Nam giai đoạn 2020”, 27/7/2012
6 Sở thông tin và truyền thông tỉnh Thừa Thiên Huế, “Dự báo nhu cầu lưu lượng trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế đến năm 2025”
Website :
7 http://genk.vn/net/bao-cao-tinh-hinh-noi-dung-so-viet-nam-2014-nguoi-dung-mang-xa-hoi-online-lau-nhat-khu-vuc-20140313153928765.chn
http://skhdt.thuathienhue.gov.vn/
9 Cổng thông tin điện tử tỉnh Thừa Thiên Huế: http://www1.thuathienhue.gov.vn/
Tiếng Anh:
10 Tsong-Ho và Winston Way, “A Novel Passive Protected SONET Bi-Directional Self-Healing Ring Architecture”, Bellcore, 331 Newman Spring Rd
11 “Cisco ONS 15454 SDH Reference Manual”, Cisco Systems, Inc., chương 12
12 The ITU – T Recommendation G.872
13 Xiaojun Fang, Rainer Iraschko and Rohit Sharma, “All-Optical Four-Fiber Bidirectional line-switched ring”, vol 17, No 8, August 1999
14 “Forecast and Methodology 2011 – 2016”, Cisco Visual Networking Index, Cisco, May 30, 2012
15 “The Zettabyte Era: Trends and Analysis”, Cisco Visual Networking Index, Cisco, May 29, 2013
16 “WDM Communication Systems”, Optiwave, 2008
17 Guido Maier, Achile Pattavina, “Optical network survivability: Protection techniques in the WDM layer”, Photonic Network Communications, 251-269, 2002
18 “Global Mobile Data Traffic Forecast update 2013-2018”, Cisco Visual Networking Index, Cisco, February 5, 2014
19 We are social, “Global Digital Statistics 2014”
20 Chia-Hsiung Chang, Tsair-Chun Liang, Chien-Yu Huang, “DWDM self-healing access ring network with cost-saving, crosstalk-free and bidirectional OADM in single fiber”, Taiwan, 8/2009
Trang 12Standard Single Mode Fibers”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol 8, pp
443-445, 1996
22 M.I Hayee and A.E Willner, “NRZ Versus RZ in 10-40 Gb/s Dispersion – Managed WDM Transmission Systems”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol 11,
pp 991-993, 1999
23 “Dense Wavelength Division Multiplexing”, chapter 14 DWDM system
24 Eugen Latch, Wilfried Idler, “Modulation formats for 100G and beyond”, Bell Labs, Germany