Hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam thiết kế hệ thống quản lý mạng cho hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam

iển trục Bắc – Nam. 1.1. Khái quát về sự phát triển của ngành viễn thông Việt nam đến năm 2020. 1.1.1. Nhu cầu về dung l−ợng của hệ thống hiện tại và t−ơng lai 1.1.2. Nhu cầu dự phòng của hệ thống 1.2. Mạng truyền dẫn đ−ờng trục hiện tại. 1.3. Đặc thù của biển Việt nam và các điều kiện tự nhiên. 1.4. Yêu cầu của hệ thống Cáp quang biển. 1.4.1. Kết nối với hệ thống mạng hiện tại 1.4.2. Yêu cầu dung l−ợng cho hệ thống cáp quang biển 1.4.3. Công nghệ sử dụng cho hệ thống 1.4.4 Khả năng kết nối với mạng hiện tại Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- Trang I- 1 1 1 3 3 4 5 5 5 6 Ch−ơng II – Tổng quan về công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo b−ớc sóng. 2.1. Công nghệ truyền dẫn WDM. 2.1.1. Các ph−ơng thức truyền dẫn hiện đại. 2.1.2. Công nghệ WDM hiện tại. 2.1.3. Công nghệ sợi quang dùng đáp ứng cho truyền dẫn WDM. 2.1.4. Các cấu hình áp dụng cho hệ thống cáp quang biển. 2.1.5. Xu h−ớng phát triển trong công nghệ WDM dung l−ợng lớn 2.2. Mạng l−ới các hệ thống cáp quang biển 2.3 Thiết kế hệ thống truyền dẫn cáp quang biển trục Bắc - Nam 2.3.1 Công nghệ áp dụng cho hệ thống 2.3.2 Dung l−ợng cáp quang biển 2.3.2 Tuổi thọ thiết kế của hệ thống Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- Trang II- 8 8 9 21 22 23 29 30 33 34 34 Ch−ơng III – Mô hình quản lý mạng viễn thông, hệ thống NMS của VNPT 3.1. Mô hình quản lý mạng viễn thông. 3.1.1. Tổng quan về kiến trúc TMN 3.1.1.1 Cơ cấu tổ chức TMN 3.1.1.2 Mô hình chức năng TMN 3.1.1.3 Các giao diện sử dụng trong TMN Trang II- Trang II- Trang III- Trang III- Trang III- 36 36 36 37 39 ii 3.1.1.4 Mô hình Logic TMN 3.1.2. Kiến trúc LogicTMN và mô hình thực hiện với các hệ thống CQB 3.1.2.1 Kiến trúc Logic 3.1.2.2 Kiến trúc TMN trong hệ thống truyền dẫn CQB 3.2 Mô hình hệ thống quản lý mạng của VNPT 3.2.1 Giới thiệu chung 3.2.2 Tổng quát về qui trình. 3.2.2.1 Biểu đồ về tổ chức dữ liệu. 3.2.2.2 Qui trình kinh doanh TMF 3.2.3 Thiết kế hệ thống NMS 3.2.3.1 Dòng dữ liệu trong hệ thống NMS 3.2.3.2 Báo hiệu và giao thức 3.2.4. Mạng DCN. 3.2.4.1 Khái quát về định tuyến OSI 3.2.4.2 Mạng DCN của VNPT Ch−ơng IV – Thiết kế hệ thống quản lý mạng cho hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam 4.1. Hệ thống quản lý mạng Cáp quang biển trục Bắc – Nam. 4.1.1. Tổng quan về thiết bị 4.1.2. Cấu hình của hệ thống quản lý mạng CQB. 4.1.3. Các chức năng chính của của hệ thống quản lý CQB 4.1.3.1 Chức năng quản lý lỗi. 4.1.3.2 Chức năng quản lý cấu hình 4.1.3.3 Chức năng quản lý chất l−ợng 4.1.3.4 Chức năng quản lý bảo mật 4.1.4. Các chức năng tiện ích khác. 4.1.5 Giao diện chuẩn giữa lớp quản lý phần tử mạng và quản lý mạng 4.1.5.1 Giao diện Q 4.1.5.2 Giao diện Corba 4.1.6 Triển khai giao diện Corba 4.1.7. Thiết kế mạng DCN 4.1.7.1 Các b−ớc thiết kế chung một mạng DCN 4.1.7.2 Thiết kế kích th−ớc mạng DCN cho TMN 4.2. Kết nối giữa SEM và VNPT NMS 4.2.1 Mô hình kết nối giữa 2 hệ thống 4.2.2 Yêu cầu của hệ thống SEM 4.2.3 Northbound giao diện cần có giữa 2 hệ thống quản lý mạng 4.2.4 Mediation Device-Thiết bị trung gian kết nối giữa SEM và NMS Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang III- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- Trang IV- 42 43 43 45 50 50 51 51 51 52 52 58 58 59 60 65 65 65 65 66 74 79 83 86 87 87 87 88 91 91 92 94 94 96 96 97 Kết luận và kiến nghị Danh mục Tài liệu tham khảo. iii Thuật ngữ viết tắt Chữ viết tắt tiếng Anh Tiếng Việt acts Advanced Communcation Technologies and Services Các công nghệ và dịch vụ truyền thông tiên tiến Adm Add/Drop Mutiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ AFLP Auto Fault Location Program Ch−ơng trình dò lỗi t− động an Access Node Nút truy nhập Aon All Optical Network Mạng toàn quang aotf Acousto Optic Turmable Filter Bộ lọc quang âm điều chỉnh b−ớc sang APD Avalanche Photo Diot Diot đánh thủng thác lũ Aps Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động Arp Address Resolution Protoco Giao thức phân giải địa chỉ Ase Amplified Spontaneous Emission Bức xạ tự phát có khuyếch đại ASN.1 Abstract Syntax Notation One Chú giải cú pháp trừu t−ợng số 1 ason Automatic Switching Optical Network Mạng quang chuyển mạch tự động astn Automatic Switching Transport Network Mạng chuyển tải chuyển mạch tự động Atm Asynchronous Transfer Mode Công nghệ chuyển giao không đồng bộ Awg Arrayed Waveguide Dẫn sóng dãy Ba Booster Amplifier Bộ khuyếch đại công suet Ber Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit Bras Broadband Remeto Acces Server Máy chủ truy nhập băng rộng bshr Bidirection Self Healing Ring Vòng tự hàn gắn hai h−ớng Bw Band Width Độ rộng băng tần CATV Cable Television Truyền hình cáp Cdma Code Division Multiple Accesss Truy nhập theo mã CFU Common Function Unit Modul chức năng chung CMIP Common Management Information Protocol Giao thức thông tin quản lý chung CMIS Common Management Information Service Dịch vụ thông tin quản lý chung CMIS Common Management Information Service Element Phần tử dịch vụ thông tin quản lý chung CMS Configuration Management Sub-system Hệ thống con quản lý khai báo cấu hình. Co Central Office Trung tâm iv CORBA Common Object Request Broker Architechture Kiến trúc yêu cầu môi giới đối t−ợng chung. cos Class of Service Lớp dịch vụ Cpe Customer Premises Equipment Thiết bị phía thuê bao Css Customer Service System Hệ thống dịch vụ khách hàng CTP Connection Terminal Point Điểm đầu cuối kết nối CWDM Coast wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo b−ớc sóng th−a dcc Data Communication Channel Kênh thông tin số liệu dcf Data Communication Function Chức năng thông tin số liệu dcn Data Communication Network Mạng thông tin số liệu Dcs Digital Crossconnect System Hệ thống đấu chéo số Demux Demultiplexer Bộ giải ghép kênh dfb Distributed Feed Back Phân bố phản hồi dlc Digital Loop Carrier Mạch vòng số dle Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang động dpt Dynamic Packet Transport Truyền tải gói động ds DiffServ Phân biệt dịch vụ dscp DiffServ Code Point Điểm mã phân biệt dịch vụ dsf Directory System Function Chức năng hệ thống danh bạ dsl Digital Subscriber Loop Mạch vòng thuê bao số Dwdm Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo b−ớc sóng mật độ cao dxc Digital Cross Connect Nối chéo số e Edge Biên edf Erbium Doped Fiber Sợi quang trộn Erbium Edfa Erbium Dopped Fiber Amplifier Khuyếch đại quang sợi Er em Element Management Quản lý phần tử EML Element Management Layer Lớp quản lý phần tử EMS Element Management System Hệ thống quản lý phần tử fdm Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi tiên tiến ff First Fit Thuật toán gán b−ớc sóng theo thứ tự b−ớc sóng FMS Fault Management Sub-system Hệ thống con quản lý lỗi Fr Frame Relay Chuyển tiếp khung fsr Free Spectral Range Miền phổ tự do ftp File Transfer Protocol Giao thức truyền file fwm Four Wave Mixing Trộn bốn sóng fxc Fiber Crossconect Bộ đấu chéo chuyển mạch sợi v GDMO Guideline for Definition of Managed Objects Nguyên tắc xác định đối t−ợng quản lý GDP Gross Domestic Product Tổng sản phẩm quốc nội gf Gain Flatting Tăng ích bằng phẳng GNE Gateway Network Element Phần tử mạng cổng Gw Gateway Cổng HMI Human Machine Interface Giao diện ng−ời máy ilp Integer Linear Program Qui hoạch tuyến tính nguyên ip Internet Protocol Giao thức Internet ips Intelligent Protection switching Chuyển mạch bảo vệ thông minh isdn Intergrated Service Digital Network Mạng số liên kết dich vụ IS-IS Intermediate Systems -Intermediate Systems Giao thức giữa các hệ thống trung gian ITSN International Traffic Switch Network Trung tâm chuyển mạch l−u l−ợng quốc gia ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế la Line Amplifier Khuyếch đại đ−ờng chuyền lan Local Area Network Mạng cục bộ lane LAN Emulation Giải lập LAN Lcp Least Congested Path Đ−ờng tắc nghẽ nhỏ nhất ldp Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn ll Least Loaded Thuật toán gán b−ớc sóng dựa trên tải ít nhất LME Line monitoring Equipment Thiết bị giám sát đ−ờng dây. MAC Media Access Control Quản lý truy nhập trung gian MCC Main Control Center Trung tâm điều khiển chính MD Mediation Device Thiết bị trung gian ME Managed Element Phần tử mạng đ−ợc quản lý MIP Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý mopa Master Oscillating Power Amplifier Bộ khuyếch đại công suất dao động chủ mpλs Multi Protocol Wavelength Switching Chuyển mạch b−ớc sóng đa giao thức mpls Multi Protocol layer Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức ms Multiectx Section Đoạn ghép kênh MTBF Mean Time Between failures Thời gian trung bình giữa các lỗi MTTR Mean Time To Repair Thời gian trung bình khi tiến hành sửa chữa. vi ne Network Element Phần tử mạng NEOS Network Element Operations Systems Hệ điều hành phần tử mạng. ngn Next Generation Network Mạng thế hệ sau NIMS Network Inventory management Sub-system Hệ thống con quản lý sự kiện mạng NMS Network Management Systems Hệ thống quản lý mạng. NML Network Management Layer Lớp quản lý mạng. NOC Network Operation Center Trung tâm vận hành mạng. NWOS Network Management Operations Systems Hệ điều hành quản lý mạng. nz-dsf Non zero-Dispension shifted fiber Sợi dịch chuyển tán sắc khác 0 oadm Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang odxc Optical Digital Coross-Connect Thiết bị đấu nối chéo quang olt Optical line terminal Đầu cuối đ−ờng truyền quang omspr Optical Multiplex Section Shared Protection Ring Vòng bảo vệ dùng chung mức đoạn ghép kênh quang omux Optical Multiplex Bộ ghép kênh quang onn Optical Network Node Nút mạng quang opc Operation Centre Trung tâm điều hành OSI Open Systems Inteconnection Kết nối các hệ thống mở OSS Operation Support Systems Hệ thống trợ giúp điều hành otdm Optical time division multiplexing Ghép kênh theo thời gian quang otn Optical Transport Network Mạng truyền tải quang pa Pre Amplifier Bộ tiền khuyếch đại pdh Psychronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ PFE Power Feeding Equipment Thiết bị cung cấp nguồn PMD Polarization mode dispersion Tán sắc mode phân cực PMS Performance Management Sub-system Hệ thống con quản lý chất l−ợng. pon Passive Optical Network Mạng quang thụ động pos Packet Over SONET Gói trên SONET ppp Point-to-Point Protocol Giao thức điểm-điểm prc Primary Reference Clock Đồng hồ chuẩn sơ cấp pstn Public Switched Telephone Network Mạng đIện thoại công cộng Pvc Permanent Virtual Circuit Kênh ảo vĩnh cửu QA Q- Adapter Giao diện Q-Adapter Qos Quality of service Chất l−ợng dịch vụ RAS Reliability Availability Survivability Tính tin cậy, sẵn sàng, tồn tại RCC Regional Control Center Trung tâm điều khiển vùng rcl Relative Capacity Loss Gán b−ớc sóng dựa trên tổn thất dung l−ợng t−ơng đối vii RFWA Routing Fiber and Wavelength Assignment Định tuyến sợi quang và cấp phát b−ớc sóng rmon Remote Monitoring Giám sát từ xa Rsu Remone Switching Unit Khối chuyển mạch từ xa Rwa Routing and Wavelength Assignment Định tuyến và gán b−ớc sóng sdh Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ SDXC Synchronous DXC Nối chéo số đồng bộ SEM Submarine Element Manager Quản lý phần tử cáp quang biển SNC Sub-Network Controller Giám sát mạng con SL Smallest Last Thuật toán ghép b−ớc sóng từ bậc nhỏ nhất SLE Static Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang tĩnh SLTE Submarine Line Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối biển SNAP Sub Network Access Point Điểm truy nhập mạng con SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng SRG Ong Shareon Risk Groups Nhóm chia sẻ hiểm hoạ STM Synchronous Transmission Module Modul truyền dẫn đồng bộ tcp Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải tdm Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian tm Terminal Multiplexer Thiết bị ghép kênh kết cuối tmn Telecommunication Management Network Mạng quản lý viễn thông TTs Trouble Ticket Sub-system Hệ thống con ghi chép sự cố UML Unified Modeling Language Ngôn ngữ kiểu thống nhất VNPT Vietnam Post and Telecommunication Tập đoàn b−u chính viễn thông Việt Nam voip Voice over Internet Protocol Thoại trên nền giao thức internet Wadm Wavelenght add/drop multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ theo b−ớc sóng wdm Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo b−ớc sóng wixc Wavelenght Interchange Crossconnect Bộ đấu chéo trao đổi b−ớc sóng WS Workstation Máy trạm wsxc Wavelengh selected Crossconnect Bộ đấu chéo lựa chọn b−ớc sóng www World Wide Web xdsl Digital Subcriber Line Đ−ờng dây thuê bao số viii Danh mục các bảng Số TT Tên bảng Trang 1.1 Nhu cầu điện thoại cố định (nguồn VNPT) I - 1 1.2 Nhu cầu điện thoại di động (nguồn VNPT) I - 2 1.3 Nhu cầu Internet (nguồn VNPT) I - 2 1.4 Nhu cầu Packet, Frame Relay, và ATM (nguồn VNPT) I - 3 2.1 Các loại cáp quang biển II - 21 2.2 Tổng hợp các công nghệ sử dụng trong hệ thống cáp biển II - 26 2.3 Khoảng cách giữa các trạm cập bờ II - 31 3.1 Địa chỉ hiện tại của mạng DCN – VNPT (nguồn VNPT) III - 63 ix Danh mục các hình vẽ, đồ thị Số TT Tên hình vẽ, đồ thị Trang 2.1 Mô hình một tuyến truyền dẫn quang II-9 2.2 Module laser điều chỉnh đ−ợc b−ớc sóng II-13 3.3 Cấu tạo của OTU II-13 2.4 Cách tử dẫn sóng dạng mảng II-15 2.5 Cấu tạo của bộ nối chéo quang II-16 2.6 Sơ đồ khuếch đại quang II-17 2.7 Cấu trúc vùng năng l−ợng của EDFA và phổ của EDFA II-18 2.8 Phổ phát xạ Raman của sợi quang II-19 2.9 Nguyên lý lọc băng màng mỏng II-20 2.10 Buồng cộng h−ởng F-B II-20 2.11 Bộ lọc dùng Giao thoa kế M-Z II-20 2.12 Mạng vòng ring II-22 2.13 Mạng trục nhánh kết hợp II -23 2.14 Cấu hình mạng hoa cung II-23 2.15 Các khía cạnh liên quan đến đ−ờng trục dung l−ợng lớn II-25 2.16 Các xung 10 Gbit/s mô phỏng bằng máy tính qua đ−ờng truyền 7500km II-27 2.17 Cải tiến các thông số của sợi quang II-28 2.18 Sơ đồ t−ơng quan dung l−ợng II-29 2.19 Khái niệm về các lớp mạng quang II-30 2.20 Cấu hình hệ thống cáp quang biển II -30 2.21 Sơ đồ tuyến cáp II-32 2.22 Sơ đồ tín hiệu WDM II-33 2.23 Bố trí thiết bị truyền dẫn II-35 3.1 Mối liên kết TMN với mạng viễn thông III-36 3.2 Các khối trong TMN III-37 3.3 Đối t−ợng quản lý III-40 3.4 Phần quản lý, đại lý và cơ sở dữ liệu III-41 3.5 Giao thức thông tin III-41 3.6 Các khối chức năng trong TMN có s− dụng giao diện Q III-42 3.7 Mô hình Logic của TMN III-43 3.8 Kiến trúc mạng TMN và mô hình thực thi. II-43 3.9 Mô hình thực hiện TMN cho một trạm cáp quang biển III-46 3.10 Các phần tử mạng trong một hệ thống NMS III-47 3.11 Ví dụ hệ thống quản lý mạng 1. III-48 3.12 Ví dụ hệ thống quản lý mạng 2. III-49 x 3.13 TMF – Telecom Operation Map III-52 3.14 Tổng quan vầ các chức năng của hệ thống NMS III-53 3.15 FMS - Giao diện với bên ngoài III-54 3.16 TTS - Giao diện với bên ngoài III-54 3.17 PMS - Giao diện với bên ngoài III-55 3.18 CMS - Các giao diện với bên ngoài III-56 3.19 NIMS - Các giao diện ngoài III-56 3.20 MDs - Các giao diện bên ngoài III-57 3.21 Các giao thức với các hệ thống con III-58 3.22 Kiến trúc mạng DCN hiện tại III-61 3.23 Lớp mạng Backbone III-61 3.24 Ví dụ lớp mạng distribution III-62 3.25 Lớp mạng Access III-62 4.1 Sơ đồ thiết bị trong mạng NMS IV-65 4.2 Trạng thái và quá trình chuyển trạng thái. IV-69 4.3 Sơ đồ phát sinh báo cáo tóm tắt cảnh báo hiện thời IV-70 4.4 Khả năng ghi chép các cảnh báo IV-71 4.5 Mô hình quản lý xác định vị trí lỗi mạng IV-72 4.6 Giao diện kết nối lên lớp trên IV-87 4.7 Các đối t−ợng quản lý trong mạng cáp quang biển IV-89 4.8 Phân chia mạng IV-93 4.9 Ví dụ về giải pháp DCN cho mạng NMS IV-94 4.10 Mô hình TMN của hệ thống NMS của VNPT IV-94 4.11 Mô hình kết nối giữa SEM với VNPT NMS IV-95 4.12 Kết nối giữa các lớp mạng trong VNPT thông qua mạng DCN IV-95 4.13 Giao diện Northbound IV-96 4.14 Cấu trúc của hệ thống MD IV-97 4.15 Sơ đồ hệ thống con trung gian cho chất l−ợng IV-97 4.16 Sơ đồ hệ thống con trung gian cho liệt kê IV-99 4.17 Sơ đồ hệ thống con trung gian cho lỗi IV-100 4.18 Sơ đồ hệ thống con trung gian cho cấu hình. IV-101 Ghi chú: Một số hình vẽ trong ch−ơng 3, 4 đ−ợc trích dẫn trong một số tài liệu của VNPT I - 1 Ch−ơng i hệ thống cáp quang biển trục bắc-nam 1.1. Khái quát về sự phát triển của ngành Viễn thông của việt nam đến năm 2020. 1.1.1 Nhu cầu về dung l−ợng của hệ thống hiện tại và t−ơng lai Dung l−ợng của hệ thống viễn thông nhằm đáp ứng, thỏa mãn về số l−ợng, chất l−ợng, thời gian, yêu cầu các dịch vụ viễn thông, bao gồm các dịch vụ điện thoại truyền thống, các dịch vụ phi thoại, truyền số liệu, dịch vụ internet, v.v... Để đ−a ra nhu cầu về dung l−ợng của hệ thống chúng ta có thể xem xét một số số liệu dự báo dài hạn của các loại dịch vụ viễn thông dựa trên xu h−ớng phát triển kinh tế xã hội, mối quan hệ giữa tốc độ tăng tr−ởng GDP theo đầu ng−ời và mật độ của thế giới có tham khảo xu h−ớng tăng tr−ởng của các n−ớc khác cùng bối cảnh (các số liệu tham khảo dựa trong kết quả dự báo của Dự án khả thi và các số liệu thống kê hàng năm của Tổng Công ty B−u chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) từ năm 1997 đến năm tháng 6 năm 2006). 1.1.1.1 Dự báo về nhu cầu điện thoại cố định: Năm Tháng 6 năm 2006 2010 2015 2020 Nhu cầu 7,127,463 10,659,564 14,669,46 6 18,093,59 2 Mật độ 8.57 11.29 13.94 17.62 Bảng 1.1 Nhu cầu điện thoại cố định Về nhu cầu của điện thoại cố định thông th−ờng, theo thống kê mới nhất đến tháng 6 năm 2004 đã v−ợt qua số liệu dự báo dài hạn cho năm 2005. Tuy nhiên, trong xu h−ớng chung của thế giới, điện thoại cố định sẽ đạt trạng thái bão hoà về số thuê bao nên dự báo dài hạn cho thuê bao cố định có thể vẫn đúng cho đến năm 2020 trong số liệu dự báo dài hạn của VNPT. 1.1.1.2 Dự báo về nhu cầu điện thoại di động: Về số thuê bao di động, hiện nay trên thế giới và Việt Nam, số thuê bao di động tăng lên với tốc độ lớn. Có đ−ợc điều này là do tính linh động, tính cá nhân và các dịch vụ gia tăng trên điện thoại di động. Do vậy, đối với Việt Nam, số thuê bao di động còn tăng lên rất nhiều và với tốc độ có thể còn cao I - 2 hơn. Xu thế hiện nay cho thấy, có những khách hàng có thể dùng song song nhiều loại máy di động cùng lúc phụ thuộc vào công việc. Trong một gia đình, có thể có nhiều ng−ời cùng sử dụng điện thoại di động. Do vậy, dự báo dài hạn đối với điện thoại đ−ợc áp dụng trong đề tài đ−ợc xây dựng trên cơ sở ngoại suy bậc hai đối với các số liệu thống kê từ năm 1997 trở lại đây. Năm Tháng 6 năm 2006 2010 2015 2020 Nhu cầu 10.402.18 1 18.834.26 2 24.766.67 7 40.643.04 2 Mật độ 12,5,2 16,86 25,33 39,54 Tỷ lệ đối với điện thoại 58,4% 62,62% 66,16% 69,19% Bảng 1.2 Nhu cầu điện thoại di động 1.1.1.3 Dự báo nhu cầu Internet: Hiện nay Tổng Công ty B−u chính Viễn thông Việt Nam đang nghiên cứu để tăng c−ờng mạng Internet đặc biệt là mạng Internet cho cộng đồng, nhằm đáp ứng những nhu cầu đang tăng cao và những yêu cầu đang trong t−ơng lai gần. H−ớng tới mục tiêu Internet sử dụng cho giáo dục từ xa, dự báo thời tiết, bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng, chăm sóc sức khỏe, phổ biến chính sách Quốc gia, trao đổi du lịch và văn hóa, khuyến khích đầu t− n−ớc ngoài… Mạng IP sẽ gồm 3 trung tâm chuyển mạch l−u l−ợng quốc gia ITSN ở Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, 15 trung tâm chuyển mạch l−u l−ợng vùng ở các tỉnh lớn, 61 các POP ở các tỉnh còn lại. Số l−ợng thuê bao Internet trong năm 2000 xấp xỉ 70.000, nó đã thể hiện tăng tr−ởng mạnh so với dự báo trong quy hoạch tổng thể, tuy nhiên có những khó khăn không nhỏ để dự báo Internet trong khoảng thời gian ngắn, do đó đối với dự báo dài hạn cho hệ thống trục chính, kế hoạch tối −u trong quy hoạch tổng thể sẽ đ−ợc sử dụng. Năm 2006 2010 2015 2020 Nhu cầu 311,617 1,077,623 1,855,084 2,128,769 Mật độ 0.36% 1.17% 1.90% 2.07% Bảng 1.3 Nhu cầu Internet I - 3 1.1.1.4 Dự báo nhu cầu Packet, Frame Relay và ATM: Tỷ lệ ng−ời sử dụng chuyển gói so với điện thoại trong năm 1998 là 0,015% (229 đ−ờng). Xem xét xu h−ớng trên thế giới tỷ lệ so với máy điện thoại trong năm 2020 sẽ là 0,10%. Năm 2006 2010 2015 2020 Tel, mật độ 7,127,463 10,659,564 14,669,46 6 18,093,59 2 Nhu cầu 2.354 4.425 8.473 18.094 Tỷ lệ so với nhu cầu Tel 0.032% 0.042% 0.057% 0.100% Bảng 1.4 Nhu cầu Packet, Frame Relay, và ATM 1.1.1.5 Nhu cầu thuê kênh: Tỷ lệ so với điện thoại thông th−ờng năm 1998 là 0,130% (2039 đ−ờng). Xem xét đến xu h−ớng phát triển của thế giới, tỷ lệ so với điện thoại thuần túy vào năm 2020 sẽ là 0,5% và năm 2024 là 0,6%. 1.1.2 Nhu cầu dự phòng của hệ thống Tuyến truyền dẫn đ−ờng trục Bắc Nam của VNPT hiện tại gồm có một hệ thống SDH 2,5 Gb/s, một hệ thống WDM 20Gb/s, song cả 2 hệ thống này đều cùng đi trên đ−ờng cáp quang QL1A và đ−ợc bảo vệ ring trên cáp 500 kV, tuyến dự phòng Viba chỉ có dung l−ợng thấp 140 Mbps, các tuyến còn lại hiện đang xây dựng ch−a xong. Nh− vậy, khả năng dự phòng đáp ứng cho sự phát triển của mạng viễn thông trong t−ơng lai là ch−a hoàn thiện. Do vậy, nhất thiết cần phải có thêm một tuyến đ−ờng trục nữa có đủ khả năng dự phòng, đặc biệt phải dự phòng bảo vệ vật lý trong các điều kiện thiên tai bão lụt. Trong đề tài này sẽ phải tính toán đ−ợc các việc nh− sau: - Thiết kế của hệ thống phải đáp ứng đ−ợc các yêu cầu để kết nối với mạng hiện tại nhằm tạo ra một mạng dự phòng về dung l−ợng khi các tuyến khác gặp sự cố. - Thiết kế phải đảm bảo khả năng mở rộng trong t−ơng lai, có đủ tài nguyên dự phòng để mở rộng . 1.2 Mạng truyền dẫn đ−ờng trục hiện tại Mạng truyền dẫn đ−ờng trục gồm 2 hệ thống chính: Tuyến cáp quang trên Quốc lộ1A (QL 1A) và tuyến Vi ba Bắc Nam (PDH 34Mb/s) , trong đó tuyến Viba chỉ có dung l−ợng nhỏ 140Mbps. I - 4 Tuyến truyền dẫn đ−ờng trục cáp quang đầu tiên trên QL1A - PDH 34 Mb/s đ−ợc xây dựng đ−a vào khai thác từ cuối năm 1992. Từ đó đến nay, trên đ−ờng cáp này Tổng công ty B−u chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã nhiều lần thay đổi thiết bị công nghệ nhằm đáp ứng các nhu cầu tăng tr−ởng rất nhanh của các dịch vụ viễn thông. Năm 1996, VNPT đã nâng cấp tuyến truyền dẫn đ−ờng trục Bắc – Nam trên QL 1A lên thành hệ thống SDH 2,5 Gb/s. Đến năm 2000, VNPT đã phải mở rộng hệ thống thiết bị cáp quang SDH 2,5 Gb/s với dung l−ợng từ 8 STM1 (504E1) lên 16 STM1 (1008 E1) để đối phó với sự phát triển nhanh của l−u l−ợng thoại và phi thoại. Nh−ng với dung l−ợng 16 STM1 (1008 E1) đã không thể đáp ứng nhu cầu truyền dẫn ngày một tăng rất nhanh, vì thế năm 2003 VNPT đã nâng cấp, mở rộng hệ thống đ−ờng trục Bắc Nam thành hệ thống WDM 20 Gb/s và tăng đ−ợc dung l−ợng từ 16 STM1 (1008 E1) lên 3xSTM 16 (3.024 E1) . L−u l−ợng yêu cầu trên tuyến Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh các năm 2005, 2010, 2020, là 2.106 E1, 2.969 E1, 5.691 E1 và ngay cả khi hệ thống thêm 20 Gb/s thì dung l−ợng vẫn quá nhỏ trong t−ơng lai. Hệ thống tuyến cáp quang đ−ờng trục hiện có trên Quốc lộ 1A đã bị hỏng nhiều do lũ lụt đào bới… và đã gây ra suy giảm chất l−ợng hệ thống, do dó cần một hệ thống cáp quang tin cậy về mặt vật lý nhờ sử dụng tuyến địa lý khác nhau và cấu hình vòng phân lớp. 1.3 . Đặc thù của biển việt nam và các điều kiện tự nhiên Vùng biển Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, có hai hệ thống gió mùa chính là Đông Bắc (mùa khô) và Tây nam (mùa m−a). Đ−ờng bờ biển dài và khúc khuỷ. Địa hình đáy phức tạp, có nơi sâu tới 4000m nh−ng có chỗ chỉ sâu vài chục mét. Có khu vực địa hình đáy t−ơng đối bằng phẳng độ sâu nhỏ và thay đổi ít nh− vùng biển miền Đông Nam Bộ, nh−ng có nơi địa hình đáy phức tạp, độ sâu lớn nh− vùng biển miền Trung và nam Trung bộ. Bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam và chia làm nhiều đoạn với những đặc điểm địa hình khác nhau. Dọc theo ven biển n−ớc ta có nhiều sông lớn, nhỏ, trung bình cứ 20 km lại có một cửa sông. Chính hệ thống sông ngòi này (nhất là hệ thống sông Hồng và sông Cửu Long) đã tạo nên các dòng thủy l−u khác nhau ở mỗi vùng và làm thay đổi, biến động địa hình đáy biển dải ven bờ đặc biệt các khu vực gần các cửa sông lớn. I - 5 Đặc điểm khí t−ợng biển: Chế độ gió trên vùng biển n−ớc ta nằm trong hệ thống gió mùa Châu á. Mùa đông, ở phía Bắc có gió mùa Đông Bắc hoạt động từ cuối tháng 9 đến tháng 4 năm sau. Trung bình mỗi tháng chính Đông có khoảng 2-4 đợt không khí lạnh tràn về. Gió mùa Đông Bắc mạnh có đợt kéo dài 3-5 ngày (có đợt kéo dài đến hàng tuần), tốc độ gió mạnh nhất khi có gió mùa có thể đạt tới cấp 8,9. Do vị trí địa lý và tác động của từng đợt gió mùa mạnh yếu nên thời tiết ở các khu vực trên biển cũng khác nhau. Nhiệt độ không khí trung bình 16- 180C, nhiệt độ thấp nhất có nơi xuống tới 3-50C. PhíaNam, từ vĩ tuyến 120N trở vào hầu nh− không chịu ảnh h−ởng của gió mùa cực đới. Về mùa gió Đông Nam, do ảnh h−ởng của hai hệ thống gió mùa từ phía Tây và phía Nam Thái Bình D−ơng liên tiếp luân phiên nhau nên thời tiết vùng biển phía Bắc trong thời kỳ này rất ít có gió mạnh (trừ gió bão); không khí nóng ẩm, oi bức kèm theo giông nhiệt. Vùng ven biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ có m−a nhiều còn phía Nam m−a chậm hơn (th−ờng kéo dài từ tháng 11 đến tháng 12 hoặc tháng 1 năm sau). Bão ảnh h−ởng đến vùng biển n−ớc ta hàng năm trung bình 6-7 cơn, th−ờng hình thành và tác động đến thời tiết khu vực ven biển từ tháng 5 đến tháng 10 (ở khu vực phía Bắc) và từ tháng 9 đến tháng 12 (ở khu vực phía Nam) trong đó tháng 10 và tháng 11 là tháng có nhiều bão. Với những đặc thù về địa hình đáy, về khí t−ợng biển nh− trên việc ảnh h−ởng đến tuyến cáp sau khi lắp đặt và cả trong các quá trình khảo sát, thi công cáp quang biển là rất lớn. 1.4 Yêu cầu của hệ thống cáp quang biển 1.4.1 Kết nối với mạng truyền dẫn hiện tại Hệ thống cáp quang biển phải kết nối với mạng truyền dẫn hiện tại và thành lập đ−ợc các lớp truyền dẫn với các vòng bảo vệ SDH. Độ an toàn của mạng truyền dẫn sẽ đ−ợc tăng cao trong tr−ờng hợp sự cố và thảm họa thiên nhiên nhờ các vòng ring và tuyến vật lý khác nhau của hệ thống cáp quang biển. Hệ thống tuyến trục chính sẽ tăng c−ờng cả về dung l−ợng và độ an toàn nhờ tuyến cáp quang biển Bắc Nam sử dụng công nghệ WDM. 1.4.2 Yêu cầu về dung l−ợng cho hệ thống cáp quang biển: Tuyến cáp quang biển trục Bắc Nam sử dụng 8 sợi cáp. Mỗi đôi sợi dùng 8 b−ớc sóng ở dải sóng 1550nm trên một h−ớng, mỗi b−ớc sóng mang tín I - 6 hiệu 2,5 Gb/s (tính toán cho cả với b−ớc sóng 10Gb/s). Dung l−ợng thực tế sẽ đ−ợc mở rộng dần khi thêm các thiết bị đầu cuối (LTE) vào các trạm cập bờ tùy thuộc vào tốc độ tăng tr−ởng nhu cầu l−u l−ợng từ 60Gb/s b−ớc đầu tới 320Gb/s khi mở rộng hết dung l−ợng. 1.4.3 Công nghệ sử dụng cho hệ thống: Trong thông tin sợi quang số, ngoài công nghệ ghép kênh theo thời gian (TDM) mà chúng ta đã biết, còn xuất hiện công nghệ ghép kênh khác, ví dụ ghép kênh theo b−ớc sóng quang (WDM), ghép kênh tần số (FDM) và công nghệ ghép kênh vi ba sóng mang phụ (SCM)… Công nghệ ghép kênh theo b−ớc sóng quang (WDM: Wavelength Divison Multiplexing) là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều b−ớc sóng tín hiệu quang. Nguyên lý cơ bản là tín hiệu quang có b−ớc sóng khác nhau ở đầu vào đ−ợc tổ hợp lại (ghép kênh) và phối hợp ghép trên cùng một sợi quang của đ−ờng cáp dây cáp quang để truyền dẫn, ở đầu thu tín hiệu có b−ớc sóng tổ hợp đ−ợc phân giải ra (tách kênh) và xử lý thêm một b−ớc, khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đ−a ra các đầu cuối khác nhau, do đó gọi công nghệ này là ghép kênh chia theo b−ớc sóng quang gọi tắt là công nghệ ghép kênh b−ớc sóng. Công nghệ WDM đối với sự nâng cấp mở rộng dung l−ợng phát triển dịch vụ băng rộng nh−: CATV, HDTV và BIP, ISDN… khai thác đầy đủ các tiềm năng băng rộng của sợi quang thực hiện thông tin siêu cao tốc có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là hiện nay có thêm bộ trộn Erbium (EDFA) thì DWM càng có sức hấp dẫn to lớn với mạng thông tin hiện đại. Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng rộng to lớn của sợi quang, làm cho dung l−ợng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn b−ớc sóng đơn tăng từ vài lần đến vài chục lần, từ đó tăng dung l−ợng truyền dẫn của sợi quang. Thông th−ờng, hệ thống thông tin sợi quang chỉ truyền dẫn trong một kênh tín hiệu b−ớc sóng, mà bản thân sợi quang trong khu vực b−ớc sóng có khu vực tổn hao rất rộng, có rất nhiều b−ớc sóng có thể sử dụng nh− hiện nay. Công nghệ thiết bị WDM với xu h−ớng nâng cao dung l−ợng, cải thiện các đặc tính kỹ thuật và khai thác tính tích hợp các chức năng đã đem đến cho các nhà khai thác các sản phẩm thiết bị linh hoạt, có độ tin cậy cao, giá thành hợp lý. 1.4.4 Khả năng kết nối với mạng hiện tại: Giao diện kết nối: I - 7 Yêu cầu kết nối của hệ thông phải đảm bảo cả hai khả năng kết nối điện và kết nối quang. Trong kết nối, hệ thống xây dựng phải đảm bảo kết nối đ−ợc với tất cả các chủng loại thiết bị viễn thông hiện có trên mạng. Các cổng kết nối phải đ−ợc tuân thủ theo các khuyến nghị của ITU để đảm bảo tính nhất quán trong toàn mạng trong hiện tại và cả t−ơng lai. Cụ thể đảm bảo các y._.êu cầu: - Đảm bảo khả năng kết nối với các mạng SDH hiện hữu - Đảm bảo khả năng kết nối với mạng đ−ờng trục hiện hữu có thể thông qua giao diện quang WDM hoặc giao diện SDH để đảm bảo khả năng dự phòng và bảo vệ cho các mạng hiện hữu. Kết luận: Ch−ơng này trình bày sơ l−ợc về hiện trạng mạng đ−ờng trục của Việt Nam nói chung và của VNPT nói riêng. Đồng thời cũng tập trung nghiên cứu các vấn đề nh−: dự báo l−u l−ợng, đặc thù của biển Việt Nam, nhu cầu mở rộng dung l−ợng và dự phòng mạng đ−ờng trục Việt Nam, từ đó đ−a ra các yêu cầu cơ bản cho mạng cáp quang biển trong t−ơng lai. II - 8 Ch−ơng 2. Tổng quan về công nghệ truyền dẫn ghép kênh theo b−ớc sóng (Wavelength Division Multiplexer-WDM) Với sự bùng nổ của cuộc cách mạng thông tin với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, đã đặt ra những đòi hỏi to lớn cho mạng truyền dẫn, đặc biệt là các mạng đ−ờng trục. Những kỹ thuật truyền dẫn truyền thống đã thể hiện không thể đáp ứng đ−ợc các yêu cầu này. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ trong công nghệ linh kiện và kỹ thuật khuếch đại tín hiệu quang, công nghệ truyền dẫn WDM tỏ ra đặc biệt chiếm −u thế cho các yêu cầu nâng cao dung l−ợng mạng đ−ờng trục với nhiều tính năng mềm dẻo. D−ới đây sẽ trình bày tổng quan các đặc điểm cơ bản của công nghệ này. 2.1. công nghệ truyền dẫn WDM 2.1.1. Các ph−ơng thức truyền dẫn hiện đại Trên thế giới hiện nay có ba ph−ơng thức truyền dẫn chính là vệ tinh, vô tuyến chuyển tiếp và truyền dẫn quang. Vô tuyến chuyển tiếp là ph−ơng thức truyền dẫn th−ờng đ−ợc các nhà khai thác sử dụng cho những nhu cầu phù hợp về dung l−ợng truyền dẫn hoặc về địa hình... Chi phí đầu t− xây dựng mạng thấp, tuy nhiên dung l−ợng của hệ thống vi ba th−ờng nhỏ và khó nâng cấp, chịu nhiều ảnh h−ởng của các điều kiện thời tiết. Hệ thống truyền dẫn vệ tinh là sự phát triển cao hơn của truyền dẫn bằng vô tuyến. Hệ thống vệ tinh cho phép thực hiện các đ−ờng truyền dài và đặc biệt hiệu quả cho những nhu cầu khi cần đến vùng phủ sóng rộng. Tuy nhiên, chất l−ợng truyền dẫn của vệ tinh cũng bị ảnh h−ởng nhiều bởi các yếu tố nhiễu, thời tiết và đặc biệt, tuổi thọ của vệ tinh ngắn, khả năng mở rộng khó. Công nghệ truyền dẫn quang ra đời là một b−ớc đột phá trong các kỹ thuật truyền dẫn. Các −u điểm nổi bật của truyền dẫn sợi quang là suy hao thấp do đó có thể thiết lập đ−ợc đ−ờng truyền với cự ly xa hơn mà ch−a cần đến trạm lặp. Kỹ thuật truyền dẫn này không chịu tác động của môi tr−ờng nên chất l−ợng truyền dẫn cao nhất. Với sự phát triển của công nghệ truyền dẫn quang đem lại triển vọng cho công nghệ này nh− là công nghệ duy nhất có thể đáp ứng đ−ợc sự bùng nổ của các dịch vụ băng rộng của hiện tại và t−ơng lai. Các đặc điểm truyền dẫn quang bao gồm: • Suy hao truyền dẫn nhỏ • Băng tần truyền dẫn lớn • Không bị nhiễu điện từ • Bảo mật thông tin cao II - 9 • Kích th−ớc và trọng l−ợng nhỏ • Khả năng mở rộng dung l−ợng linh hoạt Mô hình một tuyến truyền dẫn quang đ−ợc mô tả trong hình d−ới Hình 2.1 Mô hình một tuyến truyền dẫn quang 2.1.2. Công nghệ WDM hiện tại 1) Các loại truyền dẫn WDM Hiện nay, công nghệ truyền dẫn WDM đ−ợc chia làm ba loại tùy thuộc vào mật độ b−ớc sóng truyền trong một sợi quang. Gồm có WDM, CWDM và DWDM. WDM (Wavelength Division Multiplexing) là hệ thống tách ghép kênh nhiều b−ớc sóng với khoảng cách giữa các kênh khá lớn. Số l−ợng các b−ớc sóng truyền trên một sợi quang từ 2 đến 16 kênh. Đây là hệ thống đầu tiên đ−ợc ứng dụng trong thời kỳ đầu của ph−ơng thức truyền dẫn WDM. Nó đã đ−ợc áp dụng khá lâu nh−ng khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn nhỏ hơn 100 km. CWDM (coarse WDM) là hệ thống tách ghép kênh th−a. Khoảng cách giữa các kênh là 20 nm đ−ợc định nghĩa trong dải b−ớc sóng từ 1270 nm đến Tớn hiệu điện vào Mạch điều khiển Thiết bị phỏt quang Nguồn phỏt quang Bộ nối quang Mối hàn sợi Bộ chia quang Xen rẽ kờnh Cỏc thiết bị khỏc Mối hàn sợi Khuyếch đại Tỏch súng quang Chuyển đổi tớn hiệu Trạm lặp Thiết bị thu quang Bự tỏn sắc Khuyếch đại điện Tớn hiệu điện ra Thu quang Mạch điện Phỏt quang II - 10 1610 nm với số l−ợng b−ớc sóng tối đa lên đến 18 b−ớc sóng. CWDM tuân theo sự phân bố b−ớc sóng của khuyến nghị G 694.2. DWDM (Dense WDM) là hệ thống tách ghép kênh nhiều b−ớc sóng mật độ cao. Khoảng cách giữa các kênh có thể là 200, 100, 50 hoặc 25 GHz. Số l−ợng kênh truyền trên một sợi quang có thể lên tới 128 kênh b−ớc sóng hoặc nhiều hơn. Khoảng cách truyền của chúng cũng có thể lên tới hàng nghìn km và phải kết hợp với các bộ khuếch đại cũng nh− bộ tái tạo trên tuyến để đảm bảo chất l−ợng tín hiệu. 2) Dải b−ớc sóng sử dụng Trong thông tin quang, đang sử dụng phổ biến có ba cửa sổ b−ớc sóng t−ơng ứng với các b−ớc sóng trung tâm là 850 nm, 1300 nm và 1550 nm. Trong công nghệ truyền dẫn WDM cự ly lớn hiện nay, ng−ời ta sử dụng cửa sổ b−ớc sóng là cửa sổ thứ ba. Ưu điểm chính của dải b−ớc sóng này là chúng có suy hao thấp nhất trong môi tr−ờng sợi quang làm bằng vật liệu SiO2. Hiện nay, các nỗ lực chế tạo sợi quang có suy hao vật liệu thấp (do các lỗi tạp chất trong sợi) đã có những b−ớc tiến lớn. Nhiều hãng đã tr−ng bày những sản phẩm có chỉ số suy hao thấp. 3) Các hiệu ứng cơ bản ảnh h−ởng truyền dẫn cáp quang Các hiệu ứng chính có ảnh h−ởng tới truyền dẫn thông tin quang bao gồm các hiện t−ợng nh− suy hao, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến. Với sự tiến bộ không ngừng về công nghệ điện tử, suy hao trong sợi quang đã đạt đ−ợc những b−ớc tiến vĩ đại. Suy hao của sợi quang đã giảm đi nhiều lần so với thập kỷ tr−ớc và đạt mức d−ới 0,2 dB/km. Với công nghệ nguồn phát quang và tái tạo lại tín hiệu hiện nay, suy hao trong sợi quang không còn là vấn đề đáng quan tâm trong các tuyến đ−ờng trục. Các vấn đề đáng quan tâm nhất trong truyền dẫn đ−ờng trục hiện nay cần tập trung giải quyết là tán sắc và hiệu ứng phi tuyến. • Tán sắc Tán sắc là hiện t−ợng xung ánh sáng bị mở rộng theo khoảng cách truyền sóng. Có hai nguyên nhân chính gây ra hiện t−ợng tán sắc là tán sắc mode và tán sắc b−ớc sóng. Trong các đ−ờng truyền đ−ờng trục, ng−ời ta th−ờng sử dụng sợi quang đơn mode nên vấn đề tán sắc mode không cần quan tâm. Tuy nhiên những vấn đề về tán sắc do bản chất sóng ánh sáng đ−ợc truyền lại cần phải đặc biệt quan tâm. Đối với các đ−ờng truyền dung l−ợng thấp (2.5 Gbit/s, và có ít b−ớc sóng) thì vấn đề tán sắc ch−a gây ra nhiều khó khăn. Các đ−ờng trục dung l−ợng lớn với dung l−ợng mỗi b−ớc sóng từ 10 Gbit/s cần đ−ợc quan tâm đặc biệt. Có hai khía cạnh cần quan tâm: Nguồn phát quang có tính kết hợp cao và ít bị ảnh h−ởng của tán sắc và bù tán sắc trong khoảng truyền. Việc tạo nguồn sáng ít bị ảnh h−ởng bởi tán sắc đang đ−ợc nỗ lực thực hiện và sẽ II - 11 đ−ợc trình bày ở phần sau. Đối với bù tán sắc, hiện nay các kỹ thuật bù tán sắc bằng một sợi dẫn quang có độ tán sắc ng−ợc so với sợi quang đơn mode. Đây là biện pháp đang đ−ợc sử dụng phổ biến. Sợi quang đơn mode có độ tán sắc d−ơng hoặc âm. Sau một khoảng cách truyền, ng−ời ta đổi môi tr−ờng truyền dẫn là sợi quang loại khác có độ tán sắc ng−ợc dấu. Nh− vậy, sự tán sắc sẽ đ−ợc bù đắp. • Các hiệu ứng phi tuyến Đối với mức công suất tín hiệu không lớn, các hiệu ứng truyền dẫn trong sợi quang là tuyến tính. Khi đi qua các bộ khuếch đại quang, công suất tín hiệu tăng lên đáng kể và các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang bắt đầu xuất hiện. Các hiệu ứng phi tuyến ảnh h−ởng tới truyền dẫn quang gồm các hiện t−ợng tự điều chế pha (SPM), nhiễu xạ bốn sóng (FWM), hiệu ứng tán xạ Bruilanh và tán xạ Raman (SBS và SRS) 9 SRS là hiện t−ợng khi c−ờng độ ánh sáng đi vào sợi quang lớn, năng l−ợng này sẽ kích thích các phân tử trong sợi quang dao động gây ra sự điều chế tín hiệu quang đ−a vào, làm giảm công suất tín hiệu quang của các b−ớc sóng ngắn, giới hạn số kênh b−ớc sóng trong hệ thống ghép kênh WDM. 9 SBS cũng là hiện t−ợng t−ơng tự nh− SRS, cũng gây ra dao động của các phân tử và chiều của tán xạ ng−ợc chiều với nguồn sáng đi vào. Nó làm giảm đáng kể công suất của tín hiệu do phản xạ, đặc biệt với sợi dẫn quang có đ−ờng kính nhỏ. 9 SPM là hiện t−ợng khi c−ờng độ quang đ−a vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ của tín hiệu quang cũng thay đổi theo, gây ra sự biến đổi pha của tín hiệu. Kết hợp với sự tán sắc, phổ của tín hiệu quang bị dãn đáng kể do các thành phần khác nhau của ánh sáng bị dịch pha. 9 XPM: Do chiết xuất là hàm phụ thuộc vào tổng công suất của các nguồn ánh sáng ứng với các b−ớc sóng trong hệ thống WDM nên khi khi có sự biến đổi công suất của các nguồn tín hiệu khác nhau, chúng sẽ gây ra sự điều chế pha của các kênh khác nhau, dẫn tới sự biến động về độ rộng phổ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +ì+= ∑ ≠ij eff j eff i o A tP A tPnnn )( 2)(2 9 FWM là hiện t−ợng nhiễu xạ của các b−ớc sóng khác nhau. Khi có nhiều nguồn sáng có công suất đủ lớn đ−ợc truyền trong cùng một môi tr−ờng, các sóng ánh sáng sẽ t−ơng tác với nhau tạo ra một tần số cộng h−ởng mới gây ra nhiễu xuyên kênh giữa các kênh và suy giảm công suất của tín hiệu. (SPM) (XPM) II - 12 (4) Các thiết bị thu và phát tín hiệu quang Linh kiện biến đổi tín hiệu số từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang đ−ợc dùng là Laser Diode. Ưu điểm chính của laser là nguồn sáng có tính kết hợp rất cao. Để thực hiện biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện tại phía thu ng−ời ta sử dụng các photodiode. Cấu tạo cơ bản của laser diode giống nh− một diode th−ờng gồm có một chuyển tiếp p-n. Khi điện tử chuyển dời từ trạng thái kích thích xuống trạng thái cơ bản, một photon sẽ đ−ợc giải phóng có b−ớc sóng t−ơng ứng với khe năng l−ợng mà điện tử chuyển dời. Các photon này giao động trong buồng cộng h−ởng của laser đ−ợc tạo ra bởi hai mặt g−ơng. Các photon đáp ứng đ−ợc các điều kiện cộng h−ởng nh− phân cực, b−ớc sóng … của buồng cộng h−ởng chế tạo trong laser (điều kiện giao thoa ánh sáng) thì c−ờng độ của chúng sẽ tăng lên mạnh mẽ và bức xạ phát ra ngoài. Đây là nguyên lý cơ bản của laser. Do đó, phổ ánh sáng của laser rất hẹp và có tính kết hợp rất cao. Thực tế, các laser này ch−a đáp ứng đ−ợc các yêu cầu của truyền dẫn thông tin số tốc độ cao. Để thu nhỏ phổ quang của các module laser và loại bỏ các thành phần pre-chirping, ng−ời ta tích hợp các bộ điều chế quang ngoài cho module laser. D−ới đây đề cập cấu trúc một số loại laser th−ờng sử dụng trong kỹ thuật thông tin quang. • F-B Laser Cấu tạo của laser F-B cũng giống nh− các laser khác. Tuy nhiên, cấu tạo của buồng cộng h−ởng điều chế tín hiệu quang khi phát ra đ−ợc xây dựng dựa trên nguyên lý của giao thoa kế Ferby-Perot. Cấu tạo của nó nh− sau: Tại hai đầu cửa sổ phát sáng, ng−ời ta chế tạo hai mặt g−ơng: Một mặt g−ơng có hệ số phản xạ gần nh− toàn phần và một mặt g−ơng phản xạ khoảng 45 % công suất quang tạo ra. Khi có sự tái hợp của các điện tử (tái hợp ngẫu nhiên), các photon tạo ra bị phản xạ qua lại giữa hai mặt g−ơng. Pha của chúng đ−ợc điều chế sao cho đồng nhất, đạt đ−ợc trạng thái cộng h−ởng. Một phần công suất sẽ thoát ra ngoài thông qua mặt g−ơng, một phần đồng thời trở thành nguồn kích thích cho các quá trình tái hợp tiếp theo (tái hợp kích thích). Chiều dài của buồng cộng h−ởng F-B sẽ quyết định các mode nào đ−ợc phát ra do đáp ứng đ−ợc các điều kiện cộng h−ởng. Các mode khác hoặc tái hợp ngẫu nhiên do nhiệt sẽ bị triệt tiêu ngay trong buồng cộng h−ởng. • DFB Laser Dựa trên nguyên lý nhiễu xạ Bragg, ng−ời ta chế tạo cách tử đi kèm trong các module laser để lọc phổ ánh sáng tạo ra trong buồng cộng h−ởng. Cấu tạo của chúng nh− sau: Trong vùng hoạt chất giữa chuyển tiếp p-n, ng−ời ta chế tạo thêm một cách tử. Cách tử sẽ có tham số đặc tr−ng chính là khoảng cách gữa các khe trên cách tử. Nguồn sáng phát ra có bản chất sóng, do vậy chúng sẽ bị II - 13 nhiễu xạ theo nguyên lý nhiễu xạ ánh sáng. Sẽ có một b−ớc sóng đáp ứng đ−ợc điều kiện cộng h−ởng: Khoảng cách giữa hai khe của cách tử bằng một số nguyên lần b−ớc sóng nào thì b−ớc sóng đó sẽ đ−ợc khuếch đại và phát ra ngoài. Phổ của laser loại này rất hẹp và chỉ bằng 1/10 so với phổ laser của các loại laser khác. • Thiết bị điều chỉnh b−ớc sóng laser Hiện nay, trong các hệ thống thông tin, ng−ời ta không sử dụng một module laser độc lập. Lý do chính là rất khó vận hành hệ thống khi có nhu cầu thay đổi b−ớc sóng mang, điều chỉnh b−ớc sóng hay mở rộng. Do vậy, ng−ời ta th−ờng chế tạo thành modul laser có thể điều chỉnh đ−ợc b−ớc sóng. Cấu tạo của modul này nh− sau: Ng−ời ta chế tạo một dãy các nhiều laser riêng lẻ có thể phát các b−ớc sóng khác nhau theo thiết kế của hệ thống trên cùng một lớp đế. Các kênh dẫn sóng độc lập sẽ đ−a nguồn quang sau điều chế đi vào cùng một lõi sợi quang. Một bộ vi xử lý sẽ làm nhiệm vụ điều khiển chọn lựa cho từng laser phát theo yêu cầu. Cấu tạo của module 8 laser cho ở hình 2.2 • Thiết bị chuyển đổi b−ớc sóng OTU: OTU là một linh kiện phát lại tín hiệu quang. Vai trò của thiết bị này là chuyển đổi các b−ớc sóng phi tiêu chuẩn thành b−ớc sóng tiêu chuẩn để sử dụng trong truyền dẫn WDM. Cấu tạo của nó gồm một bộ biến đổi O/E, một bộ tái sinh có vai trò sửa sai tín hiệu và điều chế lại để đ−a tới bộ biến đổi E/O. Thời gian ký sinh trong toàn bộ quá trình này là rất ngắn. Cấu tạo của nó đ−ợc cho ở hình d−ới. O/E Tái sinh định thời E/O G.957 G.692 Hình 2.3 Cấu tạo của OTU Hình 2.2 Module laser điều chỉnh đ−ợc b−ớc sóng II - 14 Hiện nay, với mong muốn xây dựng mạng cáp quang “trong suốt” (transparent) hoàn toàn, ng−ời ta đang tập trung nghiên cứu các bộ OTU biến đổi b−ớc sóng theo dạng Quang-Quang. Tuy nhiên khả năng ứng dụng trong thực tế của thiết bị này ch−a thể đ−ợc. • Một vài cấu hình điều chế tín hiệu quang Trong yêu cầu truyền dẫn dung l−ợng cao, các laser tỏ ra có nhiều nh−ợc điểm do tồn tại các thành phần phổ không đồng nhất. Khi tốc độ dữ liệu tăng lên, xuất hiện các vạch chirp t−ơng ứng với các thành phần tần số khác nhau. Đây là yếu tố gây ảnh h−ởng lớn tới tán sắc. Các kỹ thuật mới đây cho thấy, các nguồn phát quang điều chế ngoài có cấu trúc phổ đồng nhất hơn và độ rộng phổ cũng đ−ợc thu hẹp đáng kể. Do đó mà các yếu tố ảnh h−ởng đến truyền dẫn nh− tán sắc, nhiễu xạ, GVD giảm đi đáng kể. Có hai cấu hình chính đang đ−ợc triển khai trong hệ thống truyền dẫn quang đ−ờng trục là nguồn phát quang điều chế ngoài bằng các giao thoa kế và các nguồn hấp thụ điện. D−ới đây đề cập tới hai cấu hình đang đ−ợc ứng dụng phổ biến là nguồn phát quang dùng điều chế ngoài là giao thoa kế Match Zender và bộ hấp thụ điện. 9 Bộ điều chế hấp thụ Một trong các cách điều chế hấp thụ đang đ−ợc sử dụng phổ biến hiện nay là bơm d−ới ng−ỡng. Ng−ời ta dùng một laser liên tục dạng mode lock hoặc DFB bơm vào miền tích cực của một laser khác. Tín hiệu điện muốn đ−ợc điều chế sẽ đ−ợc đ−a vào các chân điều khiển của laser thụ động. D−ới tác dụng của điện tr−ờng này, các điện tử đ−ợc tái hợp và phát ra các photon đồng nhất hơn. Đặc điểm của cấu hình này là, laser thụ động sẽ chỉ đ−ợc kích thích d−ới ng−ỡng thì mới có khả năng thực hiện điều chế. 9 Bộ điều chế ngoài MZ Nguyên tắc điều chế dựa trên các hiệu ứng Pockel. Trong một vài vật liệu có tính chất đặc biệt: Chiết suất của chúng phụ thuộc vào c−ờng độ điện tr−ờng áp đặt lên chúng. Vật liệu đang đ−ợc áp dụng phổ biến NiLiO3. Nguyên lý của nó nh− sau: Trên một nhánh của giao thoa kế MZ sẽ đ−ợc tích hợp vật liệu điều chế pha. Nhánh này đ−ợc tích hợp thêm l−ới cách tử kim loại hình răng l−ợc. Nguồn sáng từ các laser phát ra đ−ợc chia ra thành hai nhánh. Các thành phần nhanh pha hơn đ−ợc cho đi qua vật liệu điều chế. Nhờ tác dụng của điện tr−ờng, các thành phần nhanh pha đ−ợc điều chế lại để chậm pha đi t−ơng ứng. Tại đầu ra của MZ, các thành phần của chirp đ−ợc loại bỏ, làm cho phổ laser sau điều chế đồng nhất hơn. Hiện nay, Nortel đã có những sản phẩm Laser dùng điều chế M-Z với khả năng chịu đ−ợc tán sắc tổng lên tới 1500 ps/nm. II - 15 • Thiết bị thu Hiện nay, để chuyển đổi tín hiệu quang sang điện, ng−ời ta vẫn sử dụng photodiode. Có hai loại photodiode đang đ−ợc sử dụng chính là loại photodiode có cấu trúc PIN và loại đánh thủng thác lũ APD. Ưu điểm chính của cấu trúc PIN là có tỉ lệ tạp âm thấp. Tuy nhiên độ nhạy bộ thu cũng thấp. Còn đối với cấu trúc APD, độ nhạy phía thu cao hơn nh−ng tạp âm cũng cao hơn. (5) Kỹ thuật tách ghép nhiều b−ớc sóng Kỹ thuật ghép b−ớc sóng: Dựa trên nguyên tắc các b−ớc sóng ánh sáng là không có tính t−ơng tác, có thể ghép và tách từng b−ớc sóng ánh sáng độc lập. Có nhiều ph−ơng pháp tách ghép b−ớc sóng khác nhau. D−ới đây đề cập ba ph−ơng pháp tách ghép theo b−ớc sóng đang đ−ợc sử dụng phổ biến trong kỹ thuật truyền dẫn WDM. 9 Cách tử dạng mảng Hình 2.4 Cách tử dẫn sóng dạng mảng Kết cấu tách và ghép b−ớc sóng theo cách này đ−ợc dựa trên nguyên lý của cách tử nhiễu xạ. Các sợi quang đ−ợc sắp xếp trên một hàng với các góc tới khác nhau sao cho t−ơng ứng với góc nhiễu xạ t−ơng ứng của từng b−ớc sóng trên cách tử. Theo nguyên lý ánh sáng, có thể kết hợp các b−ớc sóng này thành một chùm sáng để đ−a vào trong sợi quang. Trên hình 2.4 là mô tả nguyên lý ghép kênh. Việc thực hiện tách các kênh đ−ợc thực hiện theo chiều ng−ợc lại. Tại đầu thu, chùm sáng đi ra khỏi sợi quang đ−ợc chiếu lên trên cách tử. Các b−ớc sóng khác nhau sẽ nhiễu xạ với các góc khác nhau. Nhờ thấu kính hội tụ, có thể biến các chùm sóng đi ra thành các chùm song song Các kênh sau khi táchkênh kết hợp đầu vào II - 16 và đ−a vào dãy các sợi quang t−ơng ứng. Nói chung, sau quá trình tách, chùm ánh sáng là đơn b−ớc sóng. Tuy nhiên, để giảm các hiệu ứng xuyên kênh, ng−ời ta phải đặt các bộ lọc thông quang theo b−ớc sóng. 9 Ma trận dẫn sóng bản phẳng Ma trận dẫn sóng bản phẳng là một ma trận các kênh dẫn sóng bản phẳng đ−ợc chế tạo trên một đế phẳng. Nguyên lý dẫn sóng của chúng cũng đ−ợc xây dựng trên cơ sở phản xạ toàn phần. Từng đôi nhóm b−ớc sóng đ−ợc lần l−ợt ghép với nhau. Lý do là để bù khoảng cách và công suất của mỗi b−ớc sóng tr−ớc khi ghép vào một kênh tổng. Nh− vậy sẽ tránh đ−ợc các hiện t−ợng mất đồng bộ giữa các kênh. Đây là ph−ơng thức ghép đơn giản và có thể tăng số ma trận ghép kênh lên vô hạn. Ưu điểm chính của ma trận dẫn sóng bản phẳng là khoảng cách giữa các b−ớc sóng là nhỏ, số kênh ghép là lớn băng thông và công suất của các kênh là bằng phẳng. Đây là linh kiện quan trọng trong truyền dẫn WDM. Tuy nhiên việc tách kênh theo chiều ng−ợc lại sẽ gặp phải một vấn đề lớn là công suất. Dễ thấy, cứ qua mỗi điểm nút, công suất của tất cả cáckênh đều bị giảm đi 3dB, do vậy ứng với n kênh, thì công suất tổng cộng đầu vào tr−ớc đó của mỗi b−ớc sóng phải đ−ợc tăng ích lên tr−ớc 3n dB thì mới đáp ứng đ−ợc độ nhạy bộ thu. Do vậy, tr−ớc mỗi bộ chia này cần có một bộ tiền khuếch đại quang đủ lớn. Ngoài ra, trong mỗi luồng sau khi chia vẫn bao gồm n b−ớc sóng đầu vào, do vậy, nếu muốn chọn lọc từng b−ớc sóng thì phải dùng các bộ lọc b−ớc sóng thì mới có thể chọn riêng đ−ợc từng kênh. Đây cũng là một −u điểm bởi ng−ời ta có thể chọn lựa kênh mang thông tin và có thể ch−ơng trình hoá chúng. Hiện nay, ng−ời ta đã chế tạo ra đ−ợc các bộ chia công suất không theo tỉ lệ 1:1 mà có thể là 1:3, 1:5… để có thể chỉ cần tách ra một hoặc một vài b−ớc sóng theo mong muốn để không cần có một ma trận quá lớn tại các điểm Add/Drop trên tuyến. 9 Bộ nối chéo quang Hình 2.5 Cấu tạo của bộ nối chéo quang II - 17 Để phục vụ cho việc tách ghép và chuyển đổi định tuyến của một phần dung l−ợng trong hệ thống WDM, ng−ời ta sử dụng các bộ nối chéo luồng số để đ−a vào hoặc ra một phần dung l−ợng nào đó. Ng−ời ta đã xây dựng các ma trận nối chéo luồng số. Cơ sở của ma trận đ−ợc xây dựng trên một ma trận không gian. Các b−ớc sóng tr−ớc khi đ−ợc chuyển chéo hay Add/Drop phải đ−ợc tách ra thành đơn b−ớc sóng, sau đó đ−ờng đi của b−ớc sóng này sẽ đ−ợc điều chỉnh bằng một g−ơng nhờ hệ thống vi cơ. (6) Công nghệ khuếch đại tín hiệu WDM Hiện nay có hai kỹ thuật khuếch đại quang đang đ−ợc ứng dụng chủ yếu là khuếch đại quang sợi trên cơ sở EDFA và khuếch đại RAMAN. D−ới đây đề cập tới nguyên lý của hai công nghệ khuếch đại này và phân tích các −u nh−ợc điểm. 9 Khuếch đại EDFA Bộ khuếch đại quang sợi EDFA đ−ợc chế tạo trên cơ sở pha tạp Ion Er+ vào trong nền sợi thuỷ tinh. Er+ đóng vai trò phần tử tích cực. Khi có một nguồn năng l−ợng ánh sáng đủ lớn, các điện tử sẽ đ−ợc kích thích để nhảy lên các mức kích thích t−ơng ứng với các khe năng l−ợng đó, do đây là trạng thái không bền, các điện tử sẽ dịch chuyển về trạng thái siêu bền có trong vùng năng l−ợng cho phép của Er. Nó nằm trong vùng phổ 1550 nm. Khi có các phôton ánh sáng thuộc vùng phổ này đi qua môi tr−ờng, các điện tử bị tái hợp kích thích để trở về trạng thái cơ bản, giải phóng ra các phôton t−ơng ứng với photon kích thích, và quá trình khuếch đại đ−ợc thực hiện. Hình 2.6 Sơ đồ khuếch đại quang Trong vùng năng l−ợng kích thích của Er, có thể dùng nhiều loại laser khác nhau để làm nguồn kích thích. Trong thực tế, có hai loại nguồn bơm laser đang đ−ợc sử dụng phổ biến có b−ớc sóng kích thích là 980nm và 1480 nm. Ưu điểm của nguồn bơm 980 là hiệu suất hấp thụ cao, và có hệ số khuếch đại với mức tạp âm thấp. Tuy nhiên, nguồn bơm phải đ−ợc đặt gần với môi tr−ờng kích thích vì b−ớc sóng này bị suy hao nhanh trong sợi quang. Với Tín hiệu vào Bộ cách quang Nguồn LD bơm Bộ ghép ánh sáng kích thích Tín hiệu cần kích thích EDF Bộ cách quang Bộ lọc Tín hiệu ra II - 18 b−ớc sóng kích thích 1480 nm, tạp âm khuếch đại lớn hơn. Công suất kích thích để đạt đ−ợc cùng một hệ số khuếch đại cũng cần phải lớn hơn. Tuy nhiên, khả năng truyền dẫn năng l−ợng kích thích này trong sợi quang có hệ số suy hao thấp hơn. Do vậy có thể đặt các bộ khuếch đại ở xa so với nguồn kích. Đây là −u điểm để ứng dụng bộ khuếch đại này trong truyền dẫn trên biển. Một đặc điểm cơ bản trong phổ phát xạ của Er là không bằng phẳng. Đây là một nh−ợc điểm không tốt của bộ khuếch đại EDFA. Nó làm cho bộ thu gặp khó khăn. Để khắc phục vấn đề này, có nhiều giải pháp đ−ợc áp dụng. Một là ng−ời ta pha tạp thêm vào môi tr−ờng khuếch đại các ion khác để dàn phẳng dải phổ. Phổ biến hiện nay là pha tạp nhôm. Tuy nhiên độ bằng phẳng này không cao. Hai là ng−ời ta tích hợp bộ khuếch đại EDFA với một bộ điều chế dàn phẳng công suất ngoài gọi là các bộ equalizer. Đặc tính phổ truyền qua của bộ này có cấu trúc ng−ợc với phổ phát xạ của EDFA, chúng đ−ợc thiết kế sao cho có thể dàn phẳng công suất trên tất cả các kênh. Hiện nay phổ biến vẫn đang sử dụng dùng các loại lọc công suất và bộ dàn phẳng trên cơ sở của MZ. Các sản phẩm bộ khuếch đại EDFA hiện nay có độ bằng phẳng khoảng 35 nm trong vùng b−ớc sóng thuộc băng C. Hiện nay đã có nhiều sản phẩm của các hãng có bộ khuyếch đại EDFA có chất l−ợng rất cao. Độ bằng phẳng của bộ khuyếch đại là nhỏ hơn 1 dB. Công suất tuyệt đối đạt tới 25 dBm hoặc 30 dBm tùy loại của các hãng Tyco hay Nuphoton Tech. 9 Bộ khuếch đại RAMAN Nguyên lý của bộ khuếch đại RAMAN dựa trên hiệu ứng Raman. Môi tr−ờng khuếch đại chính là sợi quang siêu sạch. Khi có một nguồn kích thích đủ lớn đ−ợc bơm vào trong môi tr−ờng, các điện tử sẽ hấp thụ photon và nhảy lên mức kích thích. Khi có một photon cần khuếch đại đi vào môi tr−ờng sẽ kích thích điện tử tái hợp trở về trạng thái cân bằng, giải phóng ra photon 0,98 àm 1,45 - 1,49 àm 1,53 - 1,56 àm 1,53 - 1,56 àm Hấp thụ Phát xạ c−ỡng bức Phát xạ tự phát 4I13/2 4I11/2 4I15/2 Hình 2.7 Cấu trúc vùng năng l−ợng của EDFA và phổ của EDFA II - 19 giống nh− photon đi vào và một photon. Điều kiện khuếch đại là b−ớc sóng kích thích phải ngắn hơn b−ớc sóng đ−ợc kích thích 100 nm. Độ rộng phổ khuếch đại là khoảng 48 nm. Đỉnh b−ớc sóng đ−ợc khuếch đại có thể điều chỉnh một cách dễ dàng nhờ điều chỉnh b−ớc sóng nguồn kích thích. Do vậy bộ khuếch đại RAMAN có thể khuếch đại mọi vùng cửa sổ b−ớc sóng. Tuy nhiên, để đạt đ−ợc một hệ số khuếch đại thì bộ khuếch đại Raman cần nguồn kích thích có công suất lớn hơn nhiều so với khuếch đại EDFA. Phổ so sánh điểm khuếch đại cộng h−ởng đ−ợc đ−a ra trong hình d−ới. Hình 2.8 Phổ phát xạ Raman của sợi quang Hiện nay, một cấu hình lai ghép ứng dụng cả hai bộ khuếch đại EDFA/Raman đã đ−ợc triển khai trong thực tế để tận dụng −u điểm của cả hai bộ khuếch đại. Lúc đó, bộ khuếch đại Raman đóng vai trò nh− một bộ dàn phẳng phổ công suất của bộ khuếch đại EDFA. (7) Các bộ lọc thông quang Để thực hiện tách các kênh b−ớc sóng tại đầu cuối, các kỹ thuật lọc b−ớc sóng trở nên vô cùng quan trọng. Yêu cầu đầu tiên cho các bộ lọc là phải có khả năng chọn lọc b−ớc sóng. Ngoài ra, các yêu cầu tỉ lệ nhiễu, xuyên kênh cũng đặt ra rất nghiêm ngặt để đảm bảo chất l−ợng của thông tin cũng nh− các biện pháp xử lý tín hiệu sau khi thu không quá phức tạp. Có các loại bộ lọc nh− màng lọc, các bộ lọc trên cơ sở các giao thoa kế, bộ lọc trên cơ sở cách tử nhiễu xạ. D−ới đây đề cập đến một vài bộ lọc thông quang đang đ−ợc ứng dụng phổ biến. II - 20 9 Màng lọc Màng lọc (TFF) là linh kiện đ−ợc sử dụng trong các kỹ thuật tách ghép tín hiệu quang. TFF là linh kiện sử dụng nhiều lớp vật liệu điện môi siêu mỏng đ−ợc lắng đọng trên các đế thuỷ tinh hoặc đế polimer. Các lớp này chỉ cho phép một loại photon ứng với một loại b−ớc sóng đi qua. Các b−ớc sóng còn lại bị phản xạ trở lại. Bằng cách tạo nhiều lớp màng lọc này, có thể tách từng b−ớc sóng theo yêu cầu. Hình 2.9 mô tả ví dụ tách từng b−ớc sóng trong luồng bốn b−ớc sóng. Lớp TFF đầu tiên cho b−ớc sóng thứ nhất đi qua và các b−ớc sóng 2, 3 và 4 phản xạ lại. Lớp thứ hai sẽ cho b−ớc sóng thứ hai đi qua còn các b−ớc sóng 3 và 4 phản xạ lại. T−ơng tự, ta có thể tách từng b−ớc sóng còn lại. 9 Buồng cộng h−ởng F-B Buồng cộng h−ởng F-B đ−ợc xây dựng trên cơ sở của giao thoa kế Ferby Perot. Buồng có kết cấu là vật liệu áp điện PZT có thể thay đổi độ rộng nhờ áp đặt các điện áp. Đầu vào của ánh sáng là một mặt g−ơng truyền qua một chiều. Mặt kia là một mặt g−ơng cho qua một phần. Khi có một chùm sáng đi vào, tuỳ theo chiều dài của buồng F-B, b−ớc sóng nào đáp ứng đ−ợc điều kiện giao thoa, c−ờng độ Hình 2.10 Buồng cộng h−ởng F-B của chúng sẽ đ−ợc tăng c−ờng và thoát ra ngoài. Đặc điểm của chúng là có thể cho phép độ mịn có thể đạt tới phần nghìn, và độ phân giải b−ớc sóng đạt tới vài chục KHz. 9 Bộ lọc M-Z Bộ lọc M-Z đ−ợc xây dựng trên cơ sở giao thoa kế M-Z. Nguồn tín hiệu WDM đ−ợc chia vào và đi trên hai nhánh của giao thoa kế. Một nhánh sẽ đóng vai trò điều chế pha của b−ớc sóng t−ơng ứng bằng cách thay đổi chiết suất của nhánh đó. B−ớc sóng nào có pha đ−ợc thay đổi bằng số nguyên lần 2π thì tại đầu ra b−ớc sóng λ1 …λi …λn λ1 λ3 …λn λ2 E Hình 2.11 Bộ lọc dùng Giao thoa kế M-Z V PZT λ2 λ1λ2…λn Sợi quang Sợi quang Hình 2.9 Nguyên lý lọc băng màng mỏng II - 21 đó đ−ợc tăng c−ờng. Nguyên lý thay đổi chiết suất đ−ợc dựa trên hiện t−ợng Porkel (bậc 1) hoặc Kerr (bậc 2). Vật liệu hiện nay đang đ−ợc áp dụng phổ biến là vật liệu LiNiO3. Chiết suất của vật liệu là hàm phụ thuộc vào điện tr−ờng áp đặt lên tinh thể. Do vậy ng−ời ta chế tạo một l−ới các điện cực hình răng l−ợc đan xen vào nhau. Khi áp đặt một điện tr−ờng biến đổi tần số thấp lên trên l−ới điện cực này pha của từng b−ớc sóng sẽ đ−ợc biến đổi và có thể chọn lọc đ−ợc từng b−ớc sóng. 2.1.3. Công nghệ sợi quang dùng cho truyền dẫn WDM (1) Các loại sợi quang Phân loại theo đặc tính truyền dẫn ánh sáng, có hai loại sợi quang là sợi quang đơn mode và sợi quang đa mode. Cần khẳng định ngay rằng, cáp sợi quang dùng cho truyền dẫn đ−ờng trục và WDM phải là các sợi quang đơn mode. Phân loại theo khuyến nghị của ITU-T, sợi quang đơn mode đ−ợc chia thành các loại : sợi quang theo các khuyến nghị G650, G651, G652, G653, G654 và G655. Hiện nay đang phổ biến sử dụng hai loại sợi quang theo khuyến nghị G652 và G655. Nh− trên đã trình bày, trong truyền dẫn cự ly xa với dung l−ợng lớn, vấn đề tán sắc rất đ−ợc quan tâm. Dựa trên tiêu chí tán sắc, ng−ời ta cũng có thể chia ra thành các loại sợi quang khác nhau gồm sợi quang tán sắc âm, sợi quang tán sắc d−ơng, và sợi quang có tán sắc không. L−u ý rằng, tắn sắc là d−ơng hay âm hay bằng không chỉ xảy ra đối với từng b−ớc sóng và không đúng với b−ớc sóng khác. Dựa trên các tiêu chí này, ng−ời ta sẽ tổng hợp một tuyến cáp sợi quang với sự bố trí xen kẽ các loại sợi quang khác nhau cho nhóm b−ớc sóng với tham vọng bù đắp sự suy giảm chất l−ợng tín hiệu do tán sắc gây ra. Sợi cáp quang dùng trong cáp biển đ−ợc chia thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào độ sâu n−ớc biển mà cáp phải thả và ph−ơng thức bảo vệ cáp. Cụ thể có năm loại đ−ợc cho trong bảng d−ới đây: Stt Tên loại cáp Ký hiệu Độ sâu n−ớc có thể hoạt động 1 Cáp nhẹ (Light Weight) LW Trên 8000 m n−ớc 2 Cáp một vỏ bọc thép nhẹ SAL Tối đa 1500 m 3 Một vỏ bọc thép vừa SAM Tối đa 1000 m 4 Một vỏ bọc thép nặng SAH Tối đa 500 m 5 Hai vỏ bọc thép DA Tối đa 400 m Bảng 2.1 Các loaị cáp quang biển II - 22 Sợi quang sau khi chế tạo đ−ợc đo kiểm tr−ớc khi chế tạo cáp. Cáp sợi quang thả biển đ−ợc chế tạo đặc biệt hơn so với cáp trên đất liền. Thứ nhất về lớp vỏ bảo vệ, trong kỹ thuật chế tạo cáp biển, vỏ bọc cáp phải đ−ợc làm từ nhựa Polietilen tỉ trọng cao (HDPE) để có tính chống ẩm trong môi tr−ờng ngập n−ớc và bị ăn mòn. Thứ hai là hợp chất điền đầy trong cáp phải có tính ngăn n−ớc rất lớn ngay cả khi cáp bị đứt. Cáp biển th−ờng đ−ợc chế tạo với một chiều dài đủ lớn để có thể vận chuyển một lần cho một tuyến cập bờ. Điều này nhằm hạn chế việc phải thi công các công việc ._. • Tập chức năng phân tích các cảnh báo bảo mật: Tập chức năng này qui định việc truy cập tới các nguyên tắc cho việc giám sát, đánh giá các cảnh báo bảo mật liên quan. • Tập chức năng đánh giá tính toàn vẹn dữ liệu: Tập chức năng này qui định việc truy cập đến các thông tin nhằm xác định sự cần thiết cho việc bảo mật, giám sát và phân tích các tiêu chuẩn đánh giá về bảo mật đ−ợc xây dựng để bảo vệ dữ liệu từ các truy cập không chính đáng, sự sửa đổi không cho phép hay giả mạo quyền hạn. • Tập chức năng quản trị thẩm quyền truy cập đối với bên trong/ngoài: Tập chức năng này hỗ trợ các yêu cầu và phân phối các mã, đánh giá một ng−ời sử dụng của một cấp quản trị khi ng−ời đó hiển diện trong hệ thống. Khi một ng−ời sử dụng trở thành tác nhân có quyền truy cập từ bên trong/ngoài thì chức năng này sẽ đ−ợc phân phối các quyền truy cập đến nguồn tài nguyên, đồng thời hỗ trợ việc đ−a ra một chứng thực cho phép họ hiện diện trong hệ thống. • Chức năng quản trị các mật mã hay các khoá bên trong/ngoài: Tập chức năng này hỗ trợ các yêu cầu và phân phối các mật mã đ−ợc sử dụng cho việc kết nối với các ng−ời sử dụng bên trong/ngoài trong hệ thống SEM. III- 86 • Chức năng quản trị các giao thức bảo mật bên trong/ngoài: Tập chức năng này qui định việc quản lý các thoả thuận tiến hành kết nối để đảm bảo việc thao tác giữa các giao thức bảo mật nh−: để đảm bảo việc kết nối từ 2 phía thì phải sử dụng cùng một thuật toán mật mã với cùng một tập các tuỳ chọn và tham số. • Tập chức năng quản lý các cảnh báo bảo mật của khách hàng: Tập chức năng này cho phép khách hàng truy cập đến các thông tin về cảnh báo bảo mật có liên quan đến chỉ thị tấn công chức năng bảo mật trong phần mạng mà họ có quyền quản lý. • Tập chức năng quản lý các cảnh báo bảo mật của mạng l−ới: Tập chức năng này qui định việc lựa chọn các thông tin cảnh báo về bảo mật mà đang hiển thị rằng có vi phạm đến an ninh mạng. Nó cho phép ng−ời sử dụng có toàn quyền truy cập đến các dữ liệu đó, • Tập chức năng quản lý các cảnh báo bảo mật của các NE: Tập chức năng này cho phép ng−ời sử dụng nội bộ có thể khai báo và thực hiện các theo dõi kiểm tra nhằm lấy đ−ợc các dữ liệu trong quá trình vận hành NE. Tức là cho phép truy cập đến các báo cáo của NE nh− xác minh thẩm quyền của ng−ời sử dụng, không gian địa chỉ và các dữ liệu quản trị. • Tập chức năng quản lý các khoá bảo mật của NE: Tập chức năng này hỗ trợ các yêu cầu về việc tạo ra các khoá đ−ợc sử dụng để kết nối giữa các NE và giữa NE với SEM. 4.1.4. Các chức năng tiện ích khác: • Chức năng giám sát mạng con (SNC): Chức năng này cho phép quan sát và hiển thị thông tin về cảnh báo trạm (nhanh và chậm) các cảnh báo và các cờ giám sát của cả trạm gần và trạm xa. Sau đó sẽ kết hợp với các hoạt động giám sát để lập kế hoạch cho giám sát các hệ thống d−ới biển và khởi động ch−ơng trình dò tìm lỗi tự động (AFLP) tuỳ theo các điều kiện cảnh báo. • Chức năng bảo d−ỡng hệ thống quản lý phần tử mạng: Hệ thống SEM giám sát các dữ liệu về chất l−ợng và nhận các báo cáo về trạng thái và cảnh báo nh− các thiết bị đầu cuối kết hợp. Mục tiêu giám sát cũng bao gồm các dữ liệu liên kết mạng bao gồm cấu hình SEM, dung l−ợng đĩa cứng, cảnh báo từ SEM, thiết lập mật khẩu và phân quyền, giám sát đồng bộ, quản lý các dữ liệu của trạm lặp. • Giao diện ng−ời máy: Chức năng HMI là giao diện giữa ng−ời vận hành và hệ thống SEM, giao diện ng−ời máy chịu trách nhiệm kiểm tra dữ liệu đ−ợc quản lý bởi SEM, SNC và hiển thị chúng ở dạng thân thiện với III- 87 ng−ời sử dụng nh− bảng hoặc biểu đồ trên các màn hình có độ phân giải cao nh− CRT hoặc LCD, thêm đó giao diện Web hoặc Windows X dùng cho các ứng dụng cũng sẽ là một phần của HCI. 4.1.5. Giao diện chuẩn giữa lớp quản lý phần tử mạng và quản lý mạng. Nh− trên đã đề cập trong phần tr−ớc giao diện th−ờng đ−ợc sử dụng giữa hệ thống quản lý mạng cấp d−ới và hệ thống quản lý mạng cấp cao hơn là Q3 hoặc CORBA (theo tiêu chuẩn TMF). Trong đó giao diện CORBA là giao diện chính đ−ợc sử dụng bởi nó tiêu biểu cho một giải pháp thực tế để đạt đ−ợc giao diện chung phù hợp với các nhà cung cấp thiết bị khác nhau. 4.1.5.1.Giao diện Q3 Các ứng dụng của giao thức OSI và giao diện Q3 đến giao tiếp giữa SEM và SEM đã đ−ợc bàn đến và thực hiện trong phần 3.1.1.3. Giao diện Q3 đ−ợc xây dựng dựa trên giao thức thông tin quản lý chung (CMIP) và phần tử dịch vụ thông tin quản lý chung (CMISE). Trong đó CMIP là một giao thức lớp ứng dụng của giao thức chuẩn OSI th−ờng đ−ợc sử dụng cho việc vận hành quản lý mạng còn CMIPE là một tập chỉ tiêu các dịch vụ sử dụng cho vận hành quản lý. Thế nh−ng Q3 lại là một giao diện quá phức tạp cho việc kết nối liên các lớp một cách có hiệu quả, nhất là trong tr−ờng hợp các nhà cung cấp thiết bị khác nhau. 4.1.5.2.Giao diện Corba: Corba là một công nghệ mới để thiết lập một môi tr−ờng đối t−ợng phân bố, trong môi tr−ờng này các ứng dụng phần mềm có thể vận hành các đối t−ợng trên máy tính nghĩa là có các kiến trúc nối liền khác nhau qua một mạng. Corba định nghĩa các giao diện (bao gồm các tập dữ liệu cần trong quá trình hoạt động) nh− Corba IDL để thực hiện môi tr−ờng đối t−ợng phân bố. Hình 4.6: Giao diện kết nối lên lớp trên NMS UI Reach Throufh SEM CORBA IDL Interface CORBA IDL Interface SEM-SLTE Interface EMS Log NML-EML Interface Network Resourse Auto-Discovery Fault Managerment Connection Management END to END path setting Equipment Management Performance Management Section Management between EM NM Protection Switching and Maintenance SEM EMSHTTP.. (For SSE GUI) FPT, FTAM.. (For PM) III- 88 Hầu hết các giao diện giữa SEM và SEM đ−ợc phát triển đã lỗi thời đã sử dụng Corba, song chúng không có các kết nối liên lớp do cách định nghĩa Corba IDL khác nhau, phần thiếu của các kết nối liên lớp giữa Corba middleware và các chức năng thực thi phụ thuộc. Nh−ng trong một môi tr−ờng đối t−ợng phân bố mà tạo ra các vận hành đối t−ợng trong các máy tính thì có các kiến trúc phân cấp khác nhau. Nghĩa là khi một giao diện chuẩn sử dụng Corba đ−ợc phát triển, thì các kết nối mức cao liên quan trong quá trình thực thi có thể xảy ra. Thậm chí Diễn đàn quản lý viễn thông (TMF) đã phát triển giao diện giữa EML và NML là chỉ dùng Corba. Các tập chỉ tiêu bao gồm: • TMF513 thỏa thuận th−ơng mại: Báo cáo vấn đề th−ơng mại, các thủ tục, các tr−ờng hợp sử dụng và các mẫu thủ tục. • TMF608 thoả thuận thông tin: Mô hình thông tin giao thức Neural. • TMF814 tập giải pháp: Giao thức phản hồi thực thi riêng biệt và các bài học. Mặc dù các tập chỉ tiêu trên là đang trong quá trình phát triển, các kết nối mức cao liên quan đ−ợc mong đợi do giao diện Corba và các đối t−ợng sẽ đ−ợc thực thi đ−ợc chỉ rõ trong các tập chỉ tiêu trên. Trong t−ơng lai gần, giao diện Corba với các tập chỉ tiêu TMF sẽ đ−ợc chọn lựa nh− các tiêu chuẩn quốc tế. TMF513/608 đ−ợc dựa trên các thiết kế phần mềm h−ớng đối t−ợng. Các tập chỉ tiêu đó mô tả hệ thống hoạt động sử dụng ngôn ngữ kiểu thống nhất (UML) 4.1.6. Triển khai giao diện Corba Liên quan đến quá trình thiết kế giao diện, nội dung trong phần này sẽ mô tả cách thực thi giao diện Corba trong một mạng cáp quang biển bao gồm mô hình đối t−ợng, các đối t−ợng bên trong NM và EM và chỉ tiêu đối t−ợng. 4.1.6.1.Mô hình đối t−ợng Lớp NMS nhận ra vùng nơi mà lớp SEM quản lý nh− một mạng con và NMS quản lý các NE, các kết nối, các đầu cuối của tín hiệu trong một mạng con. Do Corba là dựa trên thiết kế h−ớng đối t−ợng, nên các kiểu đối t−ợng của mạng cáp quang biển đ−ợc bắt buộc phát triển giao diện EML- NML có sử dụng Corba. Nhìn một cách tổng thể giao diện EML- NML sẽ phải đ−ợc định nghĩa các dữ liệu sau đây: III- 89 Dữ liệu quản lý nào sẽ đ−ợc qui định? • Giao diện nào không phải là Corba dùng để truyền dữ liệu quản lý? • Thủ tục truyền thông nào sẽ đ−ợc thực thi Mô hình quản lý của hệ thống SEM đ−ợc đ−a ra trong hình 4.7 Mô hình trên bao gồm các phần tử đ−ợc mô tả d−ới đây: • Mạng con: Bộ phận quản lý phần tử mô tả thiết bị mà có các tài nguyên chung đ−ợc coi nh− là mạng con cho quản lý mạng. Hệ thống quản lý phần tử mạng (EMS ) chính là một nhóm các mạng con tại điểm quan sát của lớp quản lý mạng. • Kết nối mạng con (Subnetwork Connection -SNC): Đây là kết nối đ−ợc trừu t−ợng hoá từ một mạng con, nó t−ơng ứng với một đ−ờng hoặc kênh thông tin. Thiết bị SLTE sẽ cung cấp các đ−ờng có một dung l−ợng lớn vừa phải . Mỗi đ−ờng đ−ợc coi nh− một kết nối mạng con. • Liên kết hình học topo: Đây chính là kết nối vật lý giữa các mạng con, hầu hết các mạng cáp quang biển đều theo cấu trúc điểm- điểm, xong hiện nay với các công nghệ mới một loại thiết bị có tên là bộ tách ghép ME (SLTE) FTP (WDM) Sub-network Connection ME (SLTE) FTP (WDM)) ME (SLTE) FTP (WDM) Sub-network Connection ME (SLTE) FTP (WDM)) Topological Link : CPT (Connection Termination Point) : Terrestrial side PTP (Physical Termination Point) ME: Managed Element Hình 4.7: Các đối t−ợng quản lý trong mạng cáp quang ể Subnetửok #1 Subnetửok #2 III- 90 kênh quang OADM cho phép cấu trúc của hệ thống quản lý mạng có cấu hình uyển chuyển hơn Point - multipoint... • Điểm đầu cuối: là một khái niệm trừu t−ợng hoá của điểm kết nối vật lý và điểm kết nối logic. Một điểm đầu cuối vật lý (FTP) đ−ợc nô tả nh− các Connector giữa 2 đầu thiết bị cáp quang biển và thiết bị trên đất liền. Điểm đầu cuối logic đ−ợc mô tả nh− điểm đầu cuối kết nối (CTP) là các card phân phối luồng đ−ợc trang bị cho SLTE. • Phần tử mạng đ−ợc quản lý (ME): Là các phần tử mạng đ−ợc quản lý bởi các hệ thống quản lý phần tử mạng EMS đó chính là các SLTE. Dữ liệu quản lý không truyền qua giao diện Corba nó bao gồm các dữ liệu về chất l−ợng thiết bị và mạng l−ới trên FTP. Mặc dù hầu hết các dữ liệu quản lý đ−ợc truyền đi qua giao diện Corba từ EM to NM, nh−ng dữ liệu về chất l−ợng thì lại đ−ợc truyền thông qua giao thức truyền file (FTP hoặc FTAM) do các dạng dữ liệu khác nhau đối với các nhà cung cấp thiết bị khác nhau. Giao diện Corba đ−ợc sử dụng cho việc báo cáo trong tr−ờng hợp các chỉ tiêu về chất l−ợng bị v−ợt ng−ỡng. Cũng nh− vậy khi tích hợp bộ phận vận hành của hệ thống quản lý, NM cũng hỗ trợ một chức năng gọi là UI reach-through, thuật ngữ trên có nghĩa là giao diện ng−ời máy của hệ thống quản lý phần tử mạng (EM HMI) gọi khẩn trên các máy khách của hệ thống quản lý phần tử mạng. Chức năng UI reach-through dễ dàng đ−ợc thực hiện nếu các giao thức sử dụng cho EM HMI là các giao thức mạng phổ biến nh− HTTP, trên hệ điều hành Windows X, hoặc DCOM. • Thủ tục truyền thông: Thủ tục truyền thông phải đ−ợc xác định để chắc chắn các phiên và dữ liệu truyền thích hợp giữa 2 lớp quản lý NM và EM 4.1.6.2.Các đối t−ợng bên trong của quản lý mạng và phần tử quản lý mạng. Để triển khai giao diện Corba thuận tiện, các đối t−ợng cần định nghĩa trong mỗi ứng dụng nh− SEM và NMS phải đầy đủ trong đó định nghĩa về Corba IDL phải đ−ợc chắc chắn. Nói cách khác phát triển giao diện giữa NML và EML sẽ phải thiết kế dùng chính các định nghĩa đối t−ợng mà đ−ợc mô tả trong mô hình mạng. 4.1.6.3.Chỉ tiêu đối t−ợng Corba IDL định nghĩa giao diện giữa EML và NML bao gồm các chỉ tiêu đối t−ợng (dữ liệu thuộc về các đối t−ợng, các ph−ơng pháp cho các đối t−ợng. Các ứng dụng Corba thông th−ờng đ−ợc thực hiện bằng cách sử dụng các sản phẩm middleware th−ơng mại. Hầu hết các tr−ờng hợp sản phẩm Middleware III- 91 đ−ợc sử dụng cho cả 2 hệ thống NMS và S, do kết nối liên các lớp giữa các sản phẩm khác nhau ch−a đ−ợc xác nhận. Để thực hiện giao tiếp giữa NML và EML một chỉ tiêu lựa chọn cho Corba là bắt buộc nh− thực hiện việc đ−a các cảnh báo/ trạng thái thành các yêu cầu thông báo đ−ợc chỉ ra trong Corba 2.3. 4.1.6.4.Kết nối liên các lớp: Để cho phép kết nối liên các lớp của giao diện Corba với các sản phẩm của các nhà cung cấp khác nhau, một bản thoả thuận về chức năng phải đ−ợc yêu cầu bao gồm các trạng thái thực thi hiện thời của đối t−ợng đ−ợc định nghĩa trong các tập chỉ tiêu, cấu hình mạng con của hệ thống quản lý phần tử mạng sử dụng một số các tài nguyên, mô tả trạng thái SNC, các h−ớng dẫn sử dụng các dịch vụ cảnh báo, song hiện tại vẫn ch−a có thoả thuận chức năng cho quản lý đồng bộ và chất l−ợng. 4.1.7. Thiết kế mạng DCN 4.1.7.1.Các b−ớc thiết kế chung một mạng DCN nh− sau: - Xác định địa chỉ NSAP và Media Access Control (MAC). - Xác định các vùng và các vùng con: Dựa và các vùng đã đ−ợc phân cấp để lên ph−ơng án thiết kế địa chỉ - Xác định tốc độ các kênh truy nhập cho phù hợp với dòng dữ liệu quản lý. Các vấn đề cần ghi nhớ: - Các phần tử mạng (NE) đ−ợc định cấu hình ở lớp 1: Thiết bị nằm trong lớp 1 này sẽ trao đổi thông tin với tất cả các thiết bị lớp 1 khác trong cùng một vùng con. - Phần tử mạng đóng vai trò cổng truy nhập thông tin GNE (Gateway) của một cấu hìnhsẽ đ−ợc định cấu hình ở lớp 1 hoặc lớp 2: các thiết bị lớp 1 phát đi thông tin quản lý đã đ−ợc lựa chọn tới các thiết bị lớp 1 hoặc 2. - Các bộ định tuyến sẽ đ−ợc khai báo nằm ở lớp 2. - Các thiết bị lớp 2 trao đổi thông tin quản lý với tất cả các thiết bị khác cũng nằm tại lớp 2 trên các vùng khác nhau. Tốc độ trên kênh quản lý sẽ phải đ−ợc thiết kế nh− sau: - Tốc độ của mạng WAN cho liên kết từ xa tới GNE nh− sau: 64 Kb/s cho một vùng con < 25 phần tử mạng. 64 Kb/s cho mỗi nhóm 25 NE đ−ợc bổ xung vào mạng. - Tốc độ mạng WAN cho liên kết vận hành, khai thác từ xa. III- 92 Cho máy tính quản lý vận hành, khai thác, bảo d−ỡng (Presentation) từ xa (R1/R2/B180) là 128Kb/s. Cho các máy tính truy nhập từ xa khác là 64Kb/s. - Tốc độ mạng WAN cho liên kết từ xa của hệ thống điều hành (OS). Giữa các hệ thống NMS và các Sever từ 256Kb/s tới 2Mb/s. Giao thức định tuyến cơ sở IS-IS. - Tất cả các phần tử mạng NE đ−ợc khai báo ở lớp 1 Hệ thống trung gian. Các phần tử mạng đ−ợc đặt trong cùng một vùng, việc chia sẻ địa chỉ đúng trong vùng con của mỗi NE giúp cho ng−ời quản trị có cách nhìn toàn cảnh hệ thống mà họ quản lý. Mỗi phần tử mạng sẽ là nơi tốt nhất để tìm kiếm bất kỳ NE khác trong cùng khu vực. Bởi rất nhiều phần tử mạng sẽ đ−ợc đặt trong cùng một vùng, bao gồm đề mục trong bảng định tuyến – xác định khả năng của mỗi NE trong cùng một vùng. - GNE đ−ợc khai báo lớp 1 hoặc lớp 2 - Hệ thống trung gian. Trong trình tự kết nối giữa các NE đã đ−ợc xác định vị trí trong các vùng con và các vùng khác nhau, trong cấu trúc IS-IS định ra một số NE nh− cổng phân biệt ranh giới bao gồm trong các vùng/ vùng con khác nhau. Các GNE đ−ợc vận hành nh− IS lớp 1 trong vùng con và IS lớp L2 đối với các vùng khác. Bởi khi một NE sẽ định tuyến thông tin đến một NE khác không cùng một vùng/ vùng con thì việc đ−a chúng đến GNE mà nó sẽ tiếp nhận và gửi thông tin đi tiếp đến các GNE của vùng/vùng con đến và đ−a thông tin tới NE cần đến. 4.1.7.2.Thiết kế kích th−ớc mạng DCN cho mạng TMN - Phân chia mạng DWDM và SDH thành nhiều vùng nhỏ. - Phân chia một vùng thành nhiều vùng con. - Xác định tốc độ truyền cho kênh giám sát. - Xác định các GNE. - Kết nối tới hệ điều hành Phân chia mạng ra làm nhiều vùng nhỏ. Thông th−ờng mỗi sub-area gồm từ 25-30 NE đ−ợc gọi là một GNE. - Mỗi vùng sẽ chứa khoảng 100-200 NE III- 93 - Hai hay nhiều hơn GNE có thể đ−ợc đặt tại các vị trí khác nhau trong cùng sub-area sẽ đ−ợc chọn sao cho có thể hỗ trợ dự phòng cho các sub-area khác. Hình 4.8: Phân chia mạng. Ví dụ về giải pháp kết nối: D−ới đây là mô hình ví dụ kết nối dự phòng cho mạng DCN Với giải pháp tạo nên nhiều mạng dự phòng con cho các sub-area, trong tr−ờng lỗi nghiêm trọng xảy ra trong GNE thì các thông tin quản lý liên quan đến thiết bị trong một sub-area đ−ợc chọn thay đổi trong các thiết bị lớp 1 để kích hoạt các thiết bị tại lớp 2 để tìm đ−ờng tới OS. Sub Area 1 25 NE Sub Area 2 25 NE Sub Area 5 25 NE Area 100 NE . . III- 94 Hình 4.9: Ví dụ về giải pháp DCN cho mạng NMS. 4.2. Kết nối giữa hệ thống quản lý mạng SEM của CQB với hệ thống quản lý mạng của VNPT(VNPT NMS). 4.2.1. Mô hình kết nối giữa 2 hệ thống. Hệ thống quản lý mạng SEM của CQB sẽ nằm tại lớp EMS trong mô hình TMN nh− hình vẽ 4.10. Hình vẽ 4.10: Mô hình TMN của hệ thống NMS của VNPT Nh− vậy theo mô hình TMN, SEM của của CQB trục Bắc – Nam sẽ đ−ợc gọi là Submarine EMS của VNPT NMS. Hệ thống SEM sẽ kết nối với với hệ thống VNPT NMS thông qua thiết bị trung gian (MD - Mediation Device) nh− hình vẽ 4.11. NE EMS NMS NMS: Network Managemet System. EMS: Element Mangement Ring 1 Ring 6 Ring 3 Ring 4 Ring 5 Ring 7 Ring 1 Server Presentation Router Switch Remote Supervision III- 95 Hình vẽ 4.11 Mô hình kết nối giữa SEM với VNPT NMS. Mạng DCN (Data Communication Netwok) của VNPT đ−ợc khai thác vào năm 2002 sẽ có nhiệm vụ kết nối tất cả các lớp mạng và các phần tử mạng với hệ thống NMS của VNPT nh− hình vẽ 4.12. Hình 4.12 Kết nối giữa các lớp mạng trong VNPT thông qua mạng DCN. Giao thức truyền tin của hệ thống SEM với hệ thống NMS của VNPT là CORBA, Q3 hay các giao thức mở khác, giao diện giữa SEM với NE thông qua Ethernet , hay thông các giao diện của mạng DCN. VNPT NMS M M M M M Switching NW1 (EMS) Switching NW2 Transmission NW1 (EMS) VTN-Nortel Switching NW3 Transmission NW2 (SEM) Submarine DCN OMC WS & Extension Terminal NE- (AXE) Sub-EMS (SEM) NE Work Stations Q3 SNMP IP SNMP Corb MD1 MD2 All Functions MD1: for Alcatel Only Low Level WS III- 96 4.2.2. Các yêu cầu của hệ thống SEM • Có khả năng kết nối đến hệ thống VNPT NMS. • Có thể gửi đ−ợc các dữ liệu nh−: Fault, Performance, Inventory, Configuration, Security và trả lời các truy vấn cho VNPT NMS.. • SEM phải cung cấp cho VNPT NMS tất cả các định dạng dữ liệu truy xuất. • SEM phải hỗ trợ kết nối bằng các MD cho VNPT NMS. • SEM phải cung cấp các thông tin chi tiết về giao diẹn (Ethernet, X25,...) và các giao thức truyền thông nh− Corba, TCP/IP, SNMP...) 4.2.3. Northbound giao diện cần có giữa 2 hệ thống quản lý mạng Northbound là một giao diện bắt buộc phải có trong hệ thống SEM nó cho phép một phần mềm hệ thống thứ 3 nằm giữa 2 hệ thống quản lý mạng, và nó có nhiệm vụ giao tiếp giữa chúng theo một cấu trúc và theo một dạng dữ liệu thống nhất. Giao diện Northbound còn mở rộng đến các thủ tục kết nối, các cấu trúc truyền tin, và tất cả các khía cạnh khác để cho phép SEM và các ứng dụng trong NMS trao đổi thông tin một cách chính xác. Giao diện Northbound cho phép hỗ trợ truyền tin nh−: - Thông tin về cảnh báo/ lỗi. - Thông tin về chất l−ợng. - Thông tin về khai báo cấu hình, các sự kiện. - Thông tin về bảo mật. NMS EMS NE NE NE ... SEM Northbound Interface OR Hình 4. 13 Mô tả về giao diện Northbound III- 97 4.2.4. Mediation Device-Thiết bị trung gian kết nối giữa SEM và VNPT NMS Nh− trên chúng ta đã nói về vai trò của các thiết bị trung gian trong việc kết nối giữa hệ thống quản lý mạng cấp d−ới lên hệ thống quản lý mạng cấp cao. Để tiến hành kết nối giữa 2 hệ thống quản lý nói trên chúng ta cần phải xây dựng cấu trúc của hệ thống MD để từ đó đ−a ra các yêu cầu về mặt kết nối. Mỗi hệ thống EMS sẽ đ−ợc hỗ trợ các giao diện về quản lý cảnh báo, chất l−ợng, cấu hình riêng của chúng. Các giao diện đó thông th−ờng khác nhau theo các loại NE hoặc tùy thuộc vào các nhà cung cấp khác nhau. Do đó thông qua việc thiết kế các MD nhằm khắc phục tính không đồng nhất giữa giao diện của NMS và giữa các EMS và cho phép trao đổi thông tin trong suốt giữa chúng. Chính vì vậy hệ thống MD cũng đ−ợc định nghĩa riêng rẽ thành 4 thành phần sau đây: - Hệ thống con trung gian chất l−ợng. - Hệ thống con trung gian s− kiện. - Hệ thống con trung gian lỗi. - Hệ thống con trung gian cấu hình. - NE or EMS NIMS Files PMS FMS CMS SNMP trapsFiles commands Performance Mediation Inventory Mediation Fault Mediation Configuration Mediation PMS : Performance management System FMS : Fault Management System NIMS : Network Inventory Management System CMS : Configuration Management System Hình 4.14 Cấu trúc của hệ thống MD III- 98 4.2.4.1. Hệ thống con trung gian cho chất l−ợng LIF Files(F3) Performance Mediation Adapter Produce NE/EMS X Specific protocol or FTP PMS FTP Mediation Host Configuration File (F2) All Performance Counters Configuration Save input data in files(F1) 1 2 3 45 6 Hình 4.15 Cấu trúc Hệ thống con trung gian quản lý chất l−ợng Hệ thống con này thực hiện việc giao tiếp giữa hệ thống con quản lý chất l−ợng (PMS) và giao diện quản lý chất l−ợng của EMS. PMS đòi hỏi các dữ liệu về chất l−ợng d−ới dạng các file ASCII theo dạng đ−ợc chỉ ra và đ−ợc gọi là dạng LIF (Load input file). EMS th−ờng đ−a ra các dữ liệu về chất l−ợng d−ới dạng file ASCII hoặc nhị phân mà có thể sử dụng đ−ợc với giao thức FTP. Do đó một bộ chuyển đổi chất l−ợng sẽ đ−ợc định nghĩa theo mỗi loại EMS nh− trong hình vẽ 4.15 : Yêu cầu đối với EMS: - Dữ liệu về chất l−ợng của EMS là ngôn ngữ máy có định dạng có thể hiểu đ−ợc. - Dữ liệu về chất l−ợng của EMS có thể hiểu khai báo cấu hình đ−ợc. - EMS phải đ−a ra một giao diện đ−ợc định nghĩa rõ ràng để có thể lấy đ−ợc từ xa và định kỳ các dữ liệu về chất l−ợng. - Các dữ liệu đánh giá chất l−ợng đ−ợc yêu cầu cho chức năng PMS phải đ−ợc khai báo từ phía EMS. Phụ thuộc vào việc giám sát của EMS, các khai báo đó có thể đ−ợc thực hiện bằng nhân III- 99 công tr−ớc khi bắt đầu chuyển đổi dữ liệu trong thiết bị trung gian. 4.2.4.2. Hệ thống con trung gian cho liệt kê. Hệ thống con trung gian cho liệt kê các sự kiện bàn về vấn đề tích hợp giữa hệ thống con quản lý sự kiện mạng NIMS và giao diện quản lý sự kiện của EMS. Các sự kiện cần liệt kê trên mạng bao gồm: • Các phần tử mạng nh−: SLTE, WDM, SDH, DXC... • Các thành phần trong NE nh−: Rack, shelver, card. • Các cổng truyền dẫn phân bố trên các NE đó. • Các mạch giao tiếp của NE nh−: STM-N trail, SDH path... Các bản báo cáo giữa NIMS và MD đ−ợc truyền online thông qua các file, các file này đ−ơc NIMS kết xuất tự động d−ới dạng ASCII CVS và cùng một dạng với MD qua một công cụ gọi là Data Audit. Hình vẽ 4.16 d−ới đây mô tả cấu trúc của hệ thống con trung gian liệt kê mạng. CSV Files Z Inventory M edia tion Ada pter Import Produces NE/EMS Z Specific protocol NIMS Periodic starts i i cronta b Mediation host 1 2 3 4 4.2.4.3. Hệ thống con trung gian cho lỗi Hình vẽ 4.17 d−ới đây mô tả cấu trúc của hệ thống con trung gian lỗi. III- 100 FMS Micromuse mttrapd SNMP Alarm (SNMP Trap) Equipment/EMS* Z Specific protocol Equipment/EMS* X Specific protocol ASCII Socket SNMP Agent Socket management Z protocol alarm Adapter Z Specific Protocol X protocol alarm Adapter X Specific Protocol ... Mediation Host *if the EMS provide a fault management external interfaceif t i lf t t lt i t f Resynchronisation request Resynchronisation Request/end Resynchronisation Request/end script Resynchronisation end c d en o p q r s Hệ thống con trung gian cho lỗi bàn về vấn đề tích hợp giữa hệ thống con quản lý lỗi FMS và giao diện quản lý lỗi của EMS. Nh− đã nói ở trên, một hệ thống FMS bao gồm 2 giao diện t−ơng tác lẫn nhau: SNMP chuyên dùng để điều tra về các cảnh báo thu nhận đ−ợc, nó thu thập các cảnh báo đến từ hệ thống con trung gian cảnh báo và ánh xạ chúng vào dạng FMS. Scrip khởi tạo việc đồng bộ lại cảnh báo trên các thiết bị trung gian thông qua việc thiết lập một thuộc tính SNMP đặc biệt trên hệ thống con trung gian cho lỗi cho mục đích khôi phục lỗi. Trong đó: SNMP Agent là một hệ thống con trung gian cảnh báo ở phần trên, nó là thông th−ờng cho bất kỳ thiết bị trung gian cảnh báo hoặc bất kỳ giao diện nào của nhà cung cấp EMS. Nó gửi các cảnh báo ở dạng thống nhất tới FMS thông qua việc sử dụng giao thức SNMP. Nó quản lý một vài qui trình chuyển đổi giao thức chỉ ra cụ thể của NE. Nó cũng nhận các cảnh báo ở dạng thống nhất bên trong dạng ASCII và các cảnh báo đã đ−ợc định dạng đến SNMP Agent. Adapter t−ơng tác với SNMP Agent tại phía trên và với giao diệncảnh báo đ−ợc chỉ ra của EMS tại phía d−ới nó. Nó thi hành dịch định dạng giữa định dạng cảnh báo cụ thể của NE và định dạng cảnh báo thống nhất bên trong d−ới dạng ASCII và các cảnh báo đã đ−ợc định dạng đến SNMP Agent. III- 101 SNMP Agent và Adapter làm việc cùng nhau để giao tiếp với EMS, song SNMP Agent có thể tập trung tiếp nhận cảnh báo đến từ một vài Adapter. Trong khi đó 1 và chỉ 1 Adapter có thể giao tiếp với một EMS cho tr−ớc. 4.2.4.4. Hệ thống con trung gian cho khai báo cấu hình Hệ thống con trung gian cho khai báo cấu hình bàn về vấn đề tích hợp giữa hệ thống con quản lý khai báo cấu hình CMS và giao diện quản lý cấu hình của EMS. Các thiết bị trung gian dự trên giao thức Corba ở phía trên và giao diện đ−ợc chỉ ra trong NE ví dụ nh− Q hoặc F ở phía d−ới. Giao tiếp bên trong nhìn chung cũng là thông qua giao thức Corba. Các lệnh về cấu hình đ−ợc gọi là MML (Man Machine Language). Các thiết bị trung gian về khai báo cấu hình dựa vào 2 khối gọi là Adapter Controller (AC) và Adapter dùng giao thức Corba cho việc giao tiếp giữa chúng. Hình 4.18 Mô tả cấu trúc của hệ thống con trung gian cho cấu hình. CMS WEClient IDL Interface Configuration mediation host TNE1 Plug Switch Equipment A of type TNE1 AdapterCtrl interface AdapterControler MMLClient Switch Equipment B of type TNE1 Adapter (one per session and per equipment) MMLServer interface Adapter (one per session and per equipment) MMLServer interface eSpecific format MML command Specific protocol Z of TNE 1 gInternal format MML response hUniform format MML response dInternal format MML command cUniform format MML command fSpecific format MML response Trong đó: Phụ trách việc giao tiếp giữa các lệnh MML với các thiết bị trung gian cấu hình thông qua các ph−ơng thức gọi giao tiếp “AdapterCtrl”. Còn kết quả lệnh MML trả về bởi Adapter Controller đến các CMS plug nh− là gọi về. Gọi III- 102 về đó bao gồm trong các ph−ơng pháp gọi Corba đ−ợc hỗ trợ bởi CMS plug “WEClient” giao diện IDL. Giao diện AdapterCtrl đ−ợc hỗ trợ bởi Adapter Controller, nó chuyên dùng để giao tiếp với CMS plug, đồng thời nó cũng quản lý các lệnh MML thực hiện theo yêu cầu của CMS. Giao diện MMLClient đ−ợc thực hiện bởi Adapter Controller, nó chuyên dùng để giao tiếp với Adapter, đồng thời nó cũng nhận các lệnh MML từ Adapter nh− gọi về. Giao diện MMLServer đ−ợc thực hiện bởi Adapter, nó chuyên dùng để giao tiếp với Adapter Controller, đồng thời nó cho phép hỏi về việc thực hiện một lệnh MML trên một NE cho tr−ớc trong ngữ cảnh của một phiên. Kết luận: Từ các nghiên cứu ở ch−ơng tr−ớc, trong ch−ơng này chúng ta đã tiến hành đ−a ra các yêu cầu cụ thể về mặt nguyên tắc để thiết kế hệ thống quản lý mạng CQB (SEM) cho hệ thống CQB trục Bắc – Nam. Liên quan đến thiết kế trên phải kể đến các yêu cầu về thiết kế kiến trúc mạng, tổ chức và phân lớp mạng, thiết kế các thành phần liên quan nh− mạng DCN đến các yêu cầu về giao diện kết nối giữa các lớp và các bộ phận cấu thành, các yêu cầu về các nhóm chức năng chủ yếu. Đồng thời trên cơ sở so sánh cấu trúc hai mạng giữa đề xuất ph−ơng pháp kết nối hệ thống SEM với hệ thống quản lý mạng cấp trên VNPT NMS. Kết luận Đề tài: “Hệ thống truyền dẫn cáp quang biển trục Bắc Nam – Thiết kế hệ thống quản lý mạng cho Hệ thống truyền dẫn Cáp quang biển trục Bắc Nam” đã tập trung nghiên cứu vào một số khía cạnh kỹ thuật ch−a từng đ−ợc nghiên cứu tại Việt Nam: - Hệ thống truyền dẫn cáp quang biển đ−ờng trục dựa trên công nghệ ghép kênh theo b−ớc sóng. - Nghiên cứu sâu về mô hình TMN và vận dụng của mô hình trên vào việc quản lý các hệ thống cáp quang biển nói chung và cho mạng truyền dẫn đ−ờng trục tại Việt nam nói riêng. - Xây dựng nguyên tắc thiết kế hệ thống quản lý mạng cho Hệ thống truyền dẫn Cáp quang biển trục Bắc Nam. - Nghiên cứu giải pháp kết nối giữa hệ thống quản lý mạng của Hệ thống truyền dẫn Cáp quang biển trục Bắc Nam (SEM) và hệ thống quản lý mạng tập trung của Tổng Công ty B−u chính Viễn thông Việt Nam (VNPT NMS) Do quá trình thực hiện đề tài trong một thời gian ngắn nên các nghiên cứu còn một số hạn chế nhất định. Mong muốn rằng kết quả của đề tài sẽ đ−ợc áp dụng làm cơ sở về mặt nguyên tắc trong việc thiết kế hệ thống quản lý mạng cho Tuyến truyền dẫn cáp quang biển trục Bắc – Nam. . tài liệu tham khảo 1. Submarine Cable Network Systems – Shigeyuki Akiba, Shigendo Nishi, NTT Quality Printing Services co., Tokyo, Japan. 2. Undersea Fiber Communication Systems – José Chesnoy, Alcatel Optic Group Nozay Cedex, Academic Press, Copyright 2002. 3. OptiX Training Materials (DWDM), Huawei Technologies Co.,Ltd, 2001. 4. Khuyến nghị dòng Series M Liên minh viễn thông quốc tế ITU-T. 5. VNPT NMS - Network Management System, Alcatel 2003 6. Công nghệ truyền dẫn quang, Biên dịch Cao Mạnh Hùng, Nhà xuất bản B−u điện, 6-2002. 7. Hệ thống ghép kênh theo b−ớc sóng quang, Biên dịch D−ơng Đức Tuệ, Nhà xuất bản B−u điện, tháng 5 – 2001. 8. Dự án khả thi Tuyến cáp quang biển trục Bắc Nam, số hiệu 99.144- 2002.1308, Tổng Công ty B−u chính Viễn thông Việt Nam, 2002. 9. Đề tài: Cấu trúc khả thi tuyến cáp quang đ−ờng trục dọc đ−ờng Hồ Chí Minh, Mã số 003-2001-TCT-RPD-VT-01, Viện KHKT B−u điện. 10. Tuyển tập các công trình nghiên cứu nghề cá biển, Viện nghiên cứu hải sản – Bộ thuỷ sản, Nhà xuất bản nông nghiệp,1998. ._.