đề tài nghiên cứu 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 Hùng
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Vũ Nam
Hà Ngọc Tân
Mạc Tuấn Anh
Lưu Thúy Hường

Nội dung
Chương I: Công nghệ chuyển mạch quang
1. Giới thiệu chuyển mạch quang
2. Sự phát triển từ chuyển mạch điện tử sang chuyển mạng quang
Chương II: Các công nghệ chuyển mạch quang
1. Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian
2. Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng
3. Chuyển mạch quang hình cây phân chia theo không gian
Chương III: Chuyển mạch ATM quang
1. Chuyển mạch ATM quang
2. Kết nối quang
3. Chuyển mạch quang tại các nút ATM
Chương IV: Ứng dụng chuyển mạch quang vào viễn thông
1. Triển khai ứng dụng dựa vào các chức năng của chuyển mạch quang
2. 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 « n g n g h Ö
c h u y Ó n m ¹ c h
C h u y Ó n m ¹ c h
c ¬ ® i Ö n
C h u y Ó n m ¹ c h
® i Ö n t ö
C h u y Ó n m ¹ c h
q u a n g
T õ n g n Ê c N g a n g d ä c T  ¬ n g t ù
S è
P h © n c h i a
t h e o k h « n g g i a n
P h © n c h i a
t h e o t h ê i g i a n
§ é d µ i
b  í c s ã n g
T h ê i g i a n
P A M

K h « n g
g i a n
P h o t o n i c
B - I S D N
A T M
N - I S D N
S T M
Q u a n g - ® i Ö n
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

Chương II: Các công nghệ chuyển mạch quang
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

Chương II: Các công nghệ chuyển mạch quang
3. Chuyển mạch quang hình cây phân chia theo không gian
◘ Tổng quan về cấu trúc hình cây
◘ Mạng hình cây truyền thống:
Phèi
hîp
kÕt
nèi

c¸c
kªnh
Phèi
hîp
kÕt
nèi
c¸c
kªnh
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 N
1 1
N
N
1
N/2
1
N/2
N/2
1

Chương II: Các công nghệ chuyển mạch quang
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

Chương II: Các công nghệ chuyển mạch quang
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 - 10log
10
(log
2
N)
Cấu trúc truyền thống PS/AC, AS/PC X - 10log
10
(log
2
N)
Cấu trúc mở rộng PS/AC 2X - 10log
10
(log
2

N)
Cấu trúc mở rộng PS/PC X - 10log
10
(N - 1)
Cấu trúc đơn giản AS/AC X
Cấu trúc đơn giản PS/AC X - 10log
10
(log
2
N)
Cấu trúc đơn giản AS/PC X - 10log
10
(log
2
N/2)
Cấu trúc hai lớp tích cực X - 10log
10
(log
2
N/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)
NxN
NxN
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 quang
Tín hiệu
quang lối ra

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)
• Cấu trúc 2 (thế hệ thứ hai)
Tín hiệu tế bào quang
lối vào
NxN
NxN
N
1
1
N

Bộ nhớ đệm quang
Mạch tự định tuyến quang
Tín hiệu quang
lối ra

Chương III: Chuyển mạch ATM quang
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 C
k
Đồng bộ tế bào
Dữ liệu đầu ra
(song song)
Xung nhịp C
k
Điều khiển
Laser
AGC

Đầu thu
Laser Chân diode
Chuỗi tín hiệu quang
311Mbit/s
ASTRID
MINUET

Chương III: Chuyển mạch ATM quang
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/s
155 Mbit/s
622 Mbit/s
2,5 Gbit/s

Chương III: Chuyển mạch ATM quang
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
o
e
Bảng

tìm kiếm
Điều khiển điện tử
Chuyển mạch./tầng đệm đóng
gói quang
o
e
Trễ = T xử lý
N
N
TIẾP ĐẦU
GHI LẠI TIẾP
ĐẦU @ lối
vào
T xử lý =< T gói
GHI LẠI TIẾP
ĐẦU @ lối ra
TẢI TIN TIẾP ĐẦU

Chương III: Chuyển mạch ATM quang
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
λ0 λ1 λ2 λ3
λ0 λ1 λ2 λ3
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
Input #0

Input #1
Trễ
EDFA λ0,λ1,λ2,λ3
Output #0
Output #1
1:1
1:1
1:1
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 gian
Phân hoặc ghép kênh theo thời gian
Đệm và đồng bộ
Đệm 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

Chương VI: Ứng dụng chuyển mạch quang trong viễn thông
a. Phân hoặc ghép kênh theo thời gian

Được 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 bộ
Là 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.

Chương VI: Ứng dụng chuyển mạch quang trong viễn thông
c. Phân hoặc ghép kênh theo bước sóng
WDM 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 gian
Đây là loại chuyển mạch quan trọng nhất và có hai loại cấu hình
Loại 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

Chương VI: Ứng dụng chuyển mạch quang trong viễn thông
2. Kết nối chéo quang
Các
modul
e
giám
sát
Các
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

Chương VI: Ứng dụng chuyển mạch quang trong viễn thông
3. Khả năng truyền thông suốt trên mạng
Lý 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!