Slide Công nghệ chuyển mạch Quang

BÀI TẬP LỚN MÔN KĨ THUẬT VIỄN THÔNG Đề tài : Tìm hiểu công nghệ chuyển mạch quang

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Việt HùngSinh viên thực hiện : Nguyễn Vũ Nam Hà Ngọc Tân Mạc Tuấn Anh Lưu Thúy Hường

Nội

dun

g

Chương I: Công nghệ chuyển mạch quang1. Giới thiệu chuyển mạch quang2. Sự phát triển từ chuyển mạch điện tử sang chuyển mạng quang

Chương II: Các công nghệ chuyển mạch quang1. Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian2. Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng3. Chuyển mạch quang hình cây phân chia theo không gian

Chương III: Chuyển mạch ATM quang1. Chuyển mạch ATM quang2. Kết nối quang3. Chuyển mạch quang tại các nút ATM

Chương IV: Ứng dụng chuyển mạch quang vào viễn thông1. Triển khai ứng dụng dựa vào các chức năng của chuyển mạch quang2. Sắp xếp các vị trí và vấn đề truyền thông suốt trên mạng

Chương 1: Công nghệ chuyển mạch quang

1. Giới thiệu chuyển mạch quang:◘ Giới thiệu chuyển mạch quang

◘ Đặc tính đặc biệt của quang:

• Độ rộng băng hầu như vô hạn trong cáp quang.

• Tương tác yếu giữa các thành phần mang thông tin là các photonic trong môi trường trong suốt.

• Tương tác mạnh giữa ánh sáng và thí dụ các chất bán dẫn về mặt hấp thụ hay khuếch đại và các thay đổi chiết xuất tại các

bước sóng bằng độ rộng bước lượng tử cộng hưởng.

• Chuyển mạch photonic không cạnh tranh hay loại trừ chuyển mạch điện tử truyền thống mà chúng phối hợp, bổ sung

cho nhau nhằm khai thác tốt nhất tiềm năng của mạng.

• Tính kinh tế sử dụng băng tần rất hiệu quả và khả năng hỗ trợ các dịch vụ khác nhau.

Chương 1: Công nghệ chuyển mạch quang

2. Sự phát triển từ chuyển mạch điện tử sang chuyển mạng quang

C«ng nghÖ chuyÓn m¹ch

ChuyÓn m¹ch c¬ ®iÖn

ChuyÓn m¹ch ®iÖn tö

ChuyÓn m¹chquang

Tõng nÊc N gang däc T ¬ng tù Sè

Ph©n chia theo kh«ng gian

Ph©n chiatheo thêi gian

§ é dµi b í c sãng

Thêi gianPA M

K h«ng gian

Photonic

B-I SDNA TM

N -I SDNSTM

Quang-®iÖn

Sơ đồ tiến hóa của công nghệ chuyển mạch

Chương II: Các công nghệ chuyển mạch quang

1. Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian ◘ Dây trễ lập trình

◘ Sử dụng dây trễ lập trình

◘ Hoạt động của TSDEMUX

◘ Bộ ghép khe thời gian


2. Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng ◘ Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng quảng bá và lựa chọn

◘ Chuyển mạch định tuyến bước sóng


3. Chuyển mạch quang hình cây phân chia theo không gian ◘ Tổng quan về cấu trúc hình cây

◘ Mạng hình cây truyền thống:

Phè i

hîp

kÕ

t nèi

c¸c

kªn h

Phè i

hîp

kÕ

t nèi

c¸c

kªn h

1

N

1

N

Bé t¸ch 1:N/2 Khèi trung t©m Bé ghÐp N/2:1

N/2

1

N

1

N

Bé t¸ch 1:N/2 Khèi trung t©m

Bé ghÐp N/2:1

1 1 1

N N1 1

N N

1

N/2

1

N/2

N/2

1


3. Chuyển mạch quang hình cây phân chia theo không gian ◘ Độ suy hao của cấu trúc mạng hình cây

• Không suy hao quá độ

• Độ suy hao trong các thanh chéo = 0

• Độ suy hao của các bộ tách 1:2 và bộ ghép 2:1 là 3-dB

0

10

20

30

40

50

60

2 4 8 16 32 64 128 256 512

§é

su y

ha o

CÊu tróc më réng

PS/PC

CÊu tróc hai líp

tÝch cùc

CÊu tróc më réng PS/AC

CÊu tróc truyÒn thèng PS/AC, AS/PC

CÊu tróc ®¬n gi¶n PS/AC,

AS/PC

CÊu tróc truyÒn thèng

AS/AC

CÊu tróc ®¬n gi¶n

AS/AC

CÊu tróc thanh chÐo


3. Chuyển mạch quang hình cây phân chia theo không gian ◘ Tỷ số tín hiệu/nhiễu SNR

Cấu trúc Tỷ số tín hiệu/nhiễu SNR (dB)

Cấu trúc truyền thống AS/AC 2X - 10log10(log2N)

Cấu trúc truyền thống PS/AC, AS/PC X - 10log10(log2N)

Cấu trúc mở rộng PS/AC 2X - 10log10(log2N)

Cấu trúc mở rộng PS/PC X - 10log10(N - 1)

Cấu trúc đơn giản AS/AC X

Cấu trúc đơn giản PS/AC X - 10log10(log2N)

Cấu trúc đơn giản AS/PC X - 10log10(log2N/2)

Cấu trúc hai lớp tích cực X - 10log10(log2N/2)

Chương III: Chuyển mạch ATM quang

1. Chuyển mạch ATM quang ◘ Chuyển mạch ATM quang

◘ Cấu trúc chuyển mạch ATM quang

• Cấu trúc 1 (thế hệ thứ nhất)

NxNNxN

1 N

N

1 1

N

PD

Các tín hiệu điều khiển điện tử

Mạch điều khiển điện tử

Tiếp đầu quang

Bộ nhớ đệm Chuyển mạch ma trận quangTín hiệu quang lối ra


1. Chuyển mạch ATM quang ◘ Chuyển mạch ATM quang

◘ Cấu trúc chuyển mạch ATM quang

• Cấu trúc 1 (thế hệ thứ nhất)

• Cấu trúc 2 (thế hệ thứ hai)

Tín hiệu tế bào quang lối vào

NxNNxN

N

1 1

N

Bộ nhớ đệm quang

Mạch tự định tuyến quangTín hiệu quang lối ra


2. Kết nối quang trong hệ thống chuyển mạch ATM quang

TRỘN

P/S

PLL

Khôi phục dữ liệu cơ bản PLL

GIẢI TRỘN

BỘ DÒ

S/P

Đồng bộ

Dữ liệu đầu vào (song song)

Xung nhịp Ck

Đồng bộ tế bào

Dữ liệu đầu ra (song song)

Xung nhịp Ck

Điều khiển Laser

AGC

Đầu thu

Laser Chân diode

Chuỗi tín hiệu quang311Mbit/s

ASTRID

MINUET


3. Chuyển mạch quang tại nút ATM ◘ Chuyển mạch ATM T bít dựa trên các hệ thống chuyển mạch truy nhập

điện tử ATM và hạt nhân chuyển mạch quang

Kết cấu chuyển mạch quang

2,5 hoặc 10 Gbit/s155 Mbit/s

622 Mbit/s

2,5 Gbit/s


3. Chuyển mạch quang tại nút ATM ◘ Sơ đồ khối của hệ thống chuyển mạch ATM quang Tbit/s

TẢI TIN TIẾP ĐẦU

T. gói

Đồng bộ

oe

Bảng tìm kiếm

Điều khiển điện tử

Chuyển mạch./tầng đệm đóng gói quang

oe

Trễ = T xử lý

NN

TIẾP ĐẦU

GHI LẠI TIẾP

ĐẦU @ lối vào

T xử lý =< T gói

GHI LẠI TIẾP

ĐẦU @ lối ra

TẢI TIN TIẾP ĐẦU


3. Chuyển mạch quang tại nút ATM ◘ Lược đồ thử nghiệm của hệ thống chuyển mạch ATM quang sử dụng bộ

nhớ lặp sợi quang

FFPFs

SOAs

FFPFs

Trễ sợi quang

0 1 2 3

0 1 2 3

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

Input #0

Input #1

Trễ

EDFA 0,1,2,3

Output #0

Output #1

1:1

1:11:1

O/E

O/E

Chương VI: Ứng dụng chuyển mạch quang trong viễn thông

1. Ứng dụng triển khai dựa vào các chức năng của chuyển mạch quang

Phân hoặc ghép kênh theo thời gianPhân hoặc ghép kênh theo thời gian

Đệm và đồng bộĐệm và đồng bộ

Phân và ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM)

Phân và ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM)

Chuyển mạch không gian Chuyển mạch không gian

Các chức năng


a. Phân hoặc ghép kênh theo thời gianĐược thực hiện bằng điện tử sử dụng các kiểu khác nhau của mạch

đồng hồ, các phần tử cất giữ và logic có liên quan dựa trên công nghệ transistor silicon (Si).

Các hoạt động cất giữ và logic có liên quan cần thiết tạo nên TDM đồng bộ khó thực hiện bằng quang vì thiếu bộ nhớ quang.

Ghép kênh có thể đạt được nhờ việc kết hợp thụ động các luồng bit trong các bộ nối quang. Việc phân kênh bằng quang của các luồng bit đồng bộ cần sử dụng một số công nghệ khác, ví dụ sử dụng các gương lặp phi tuyến.

b. Đệm và đồng bộLà lĩnh vực khó khăn nhất cho việc triển khai photonic, và nhược điểm cơ

bản của photonic là không có phần tử logic quang như transistor điện tử.

Đối với việc đệm thì đường trễ cáp quang là phần tử thường được sử dụng.

Việc đồng bộ là tương tự với việc đệm về phương diện trễ có liên quan tuy ngắn hơn.


c. Phân hoặc ghép kênh theo bước sóngWDM cho phép ta tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ bit của

đường truyền và cũng không dùng thêm sợi dẫn quang.Các hệ thống thông tin quang hiện đại có sử dụng bộ khuếch đại quang để

ghép nhiều kênh theo WDM.Công nghệ phân chia theo bước sóng cho chuyển mạch hầu hết có thể áp

dụng cho các ứng dụng kết nối chéo để tăng dung lượng cũng như tính linh hoạt của mạng

d. Chuyển mạch không gianĐây là loại chuyển mạch quan trọng nhất và có hai loại cấu hìnhLoại thứ nhất có cổng ra được lựa chọn trực tiếp nhờ điều khiển chiết xuất

của ống dẫn sóng. Chiết xuất thay đổi nhờ dòng phun, nhờ điện trường ngoài và nhờ nhiệt.

Loại thứ hai có tín hiệu vào được phân chia đều cho các cổng ra và các thiết bị cổng lựa chọn cổng ra theo yêu cầu.

Các đặc tính của các hệ thống chuyển mạch này, hoặc là dựa trên việc đóng mở cổng của các bộ khuếch đại quang hoặc thay đổi chiết xuất nhiều hơn

Các hệ thống chuyển mạch này được sử dụng trong hệ thống kết nối chéo


2. Kết nối chéo quang

Các module giám sátCác

bộ thu

Các bộ phát điều

chỉnh được

Các bộ lọc

Bộ cân bằng

khuếch đại quang

Bộ tách quang

Hệ thống chuyển mạch không gian

Bộ kết hợp

khuếch đại quang


3. Khả năng truyền thông suốt trên mạngLý do lớn nhất cho việc phát triển các mạng toàn quang là khả năng

truyền thông suốt. Dựa vào một kênh quang, khách hàng có thể tự do quyết định lựa chọn dạng mã gì và tốc độ nào.

Xem xét 3 mức: quang (không có điện tử trong đường dẫn tín hiệu), mã hoá và truyền thông suốt tốc độ bit (truyền tín hiệu và định tuyến độc lập theo dạng mã và tốc độ bit):

* Do độc lập với quang, các điện tử truyền thông suốt tốc độ bit có thể được sử dụng trong đường dẫn tín hiệu. * Các thiết bị điện tử sử dụng tín hiệu đồng hồ phụ thuộc mã có thể tái khởi phát tín hiệu.* Cuối cùng nhờ việc không phụ thuộc vào tốc độ bit, các hệ thống chuyển mạch hoàn toàn bằng điện tử có thể được sử dụng Các lý do cho việc truyền thông suốt là các chức năng truyền dẫn và

chuyển mạch điện tử có thể trở nên các nút thắt cổ chai và các giải pháp chỉ toàn quang có thể hiệu quả giá thành hơn.

Giải pháp khả dĩ cho các mạng chỉ toàn quang có thể là các mạng dựa trên truyền dẫn cáp quang, các kết nối chéo quang và chuyển mạch điện tử.

Kết luận

Xu thế phát triển mạng hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam là xây dựng mạng truyền tải quang cho mạng NGN (Next Generation Network – Mạng thế hệ sau) dựa trên công nghệ WDM. Những nỗ lực phi thường về công nghệ truyền dẫn quang trong đó tập trung vào việc nghiên cứu các vấn đề công nghệ mạng WDM trên thế giới hiện nay đang dần đáp ứng được nhu cầu phát triển tất yếu của mạng. Có nhiều vấn đề cần phải giải quyết trong mạng truyền tải quang nhằm ngày càng hoàn thiện đặc tính mạng. Trong các vấn đề đó, chuyển mạch quang trong mạng truyền tải quang được coi là những hướng đi hấp dẫn nhất và rất có ý nghĩa. Một mặt, kĩ thuật này cho phép xây dựng được mạng truyền dẫn quang linh hoạt và bảo đảm thông suốt các lưu lượng tín hiệu lớn. Mặt khác nó cho phép nâng cao tính thông minh cho lớp quang trong khi vẫn đơn giản hóa được rất nhiều cấu trúc mạng. Điều đó có tác động lớn tới việc xây dựng, khai thác và bảo dưỡng mạng rất có hiệu quả sau này.

Mục tiêu của mạng truyền tải quang là hướng tới mạng toàn quang. Chuyển mạch quang tiến tới chuyển mạch gói quang. Mạng viễn thông của tập đoàn Bưu Chính Viễn Thông hiện đang trong giai đoạn chuyển đổi, hướng tới mạng NGN. Với tốc độ cơ sở hạ tầng phát triền như hiện nay, khả năng ứng dụng chuyển mạch quang trong mạng tập đoàn Bưu Chính Viễn Thông là rất lớn

Xin chân thành cảm ơn!

Documents

Slide Công nghệ chuyển mạch Quang