[VIP] Đồ án [DA017] Định tuyến và gắn bước sóng trong mạng WDM

Code:

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.
1.1. Giới thiệu chương
Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất nhanh. Bên cạnh gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet. Số người sử dụng truy cập Internet ngày càng tăng và thời gian mỗi lần truy cập thuờng kéo dài gấp nhiều lần cuộc nói chuyện điện thoại. Chúng ta đang hướng tới một xã hội mà  việc truy cập thông tin có thể được đáp ứng ở mọi lúc, mọi nơi chúng ta cần. Mạng internet và ATM ngày nay không đủ dung lượng để đáp ứng cho nhu cầu băng thông trong tương lai.
 
Hình 1.1: Sự gia tăng lưu lượng dữ liệu và tiếng nói qua các năm.
Kĩ thuật thông tin quang có thể được xem là vị cứu tinh của chúng ta trong việc giải quyết vấn đề trên. Bởi vì hệ thống thông tin quang ra đời với những khả năng vượt trội của nó: băng thông khổng lồ (gần 50Tbps), suy giảm tín hiệu thấp (khoảng 0.2dB/km), méo tín hiệu thấp, đòi hỏi năng lượng cung cấp thấp, không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ, khả năng bảo mật cao… Vì vậy thông tin quang được xem là kĩ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng. Các hệ thống thông tin quang không chỉ đặc biệt phù hợp với các tuyến thông tin đường dài, trung kế mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và trong tương lai.
Vì vậy việc phát triển và xây dựng hệ thống thông tin sợi quang là cần thiết cho nhu cầu phát triển thông tin trong tương lai. Trong chương này sẽ nói rõ về hệ thống thông tin sợi quang và việc truyền ánh sáng trong sợi quang.
1.2. Giới thiệu về thông tin quang
Khác với thông tin hữu tuyến hay vô tuyến - các loại thông tin sử dụng các môi trường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn và không gian như hình 1.2 - thì thông tin quang là hệ thống truyền tin qua sợi quang như hình 1.3. Điều đó có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang. Tại nơi nhận, nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu.
 

 

1.2.1. Sự phát triển của thông tin quang
Các phương tiện sơ khai của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người về chuyển dộng, hình dáng và màu sắc sự vật qua đôi mắt. Tiếp đó một hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng, các đèn hiệu. Sau đó, năm 1791, VC. Chape phát minh một máy điện báo quang. Thiết bị này sử dụng khí quyển như là một môi trường truyền dẫn, do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện về thời tiết. Để giải quyết hạn chế này, Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến có khả năng thực hiện thông tin giữa những người gởi và người nhận ở xa nhau.
Đầu năm 1880, A.G. Bell- người phát minh ra hệ thống điện thoại đã nghĩ ra một thiết bị quang thoại có khả năng biến đổi dao động máy hát thành ánh sáng. Tuy nhiên, sự phát triển tiếp theo của hệ thống này đã bị bỏ bê do sự xuất hiện hệ thống vô tuyến.
Sự nghiên cứu hiện đại về thông tin quang được bắt đầu bằng sự phát minh thành công của Laser năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và Hockham năm 1966 về việc chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp. Bốn năm sau, Kapron đã có thể chế tạo các sợi quang trong suốt có độ suy hao khoảng 20dB/km. Được cổ vũ bởi thành công này, các nhà khoa học và kĩ sư trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành các hoạt động nghiên cứu và phát triển và kết quả là các công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dải thông, về các Laser bán dẫn… đã được phát triển thành công trong những năm 70, độ tổn thất của suy hao đã được giảm đến 0.18dB/km. Hơn nữa trong những năm 70, Laser bán dẫn có khả năng thực hiện dao động liên tục đã được chế tạo, tuổi thọ của nó ước lượng khoảng 100 năm và cho phép tạo ra cự ly truyền xa hơn với dung lượng truyền lớn hơn mà không cần đến các bộ tái tạo. Cùng với công nghệ chế tạo các nguồn phát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với các hệ thống thông tin cáp kim loại.
Hiện nay các hệ thống thông tin quang truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu của mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN.
1.2.2. Những ưu điểm của hệ thống thông tin quang
Thông tin sợi quang có những ưu điểm vượt trội. Trong phần này, em đưa những ưu điểm thể hiện tính vượt trội của nó:
   Băng thông khổng lồ đầy tiềm năng: tần số sóng mang quang trong  khoảng1013 đến 1016 Hz (thường gần vùng hồng ngoại quanh giá trị 1014 Hz), cung cấp băng thông truyền lớn hơn nhiều so với hệ thống cáp kim loại (băng thông của cáp đồng trục  khoảng 500Mhz). Hiện tại, giá trị băng thông của hệ thống sợi quang chưa sử dụng hết nhưng việc ở một vài GHz qua khoảng cách vài km và hàng trăm Mhz qua khoảng cách hàng chục Km mà không cần sự can thiệp về điện (dùng bộ lặp) là có thể. Vì thế, dung lượng mang thông tin của hệ thống thông tin quang lớn hơn nhiều so với hệ thống cáp đồng tốt nhất. Do suy hao lớn ở băng thông rộng, hệ thống cáp đồng trục giới hạn khoảng cách truyền với chỉ một vài km ở băng thông trên 100Mhz.
   Sợi quang kích thước nhỏ và nhẹ: sợi quang có bán kính rất nhỏ, thường  bán kính này không lớn hơn bán kính sợi tóc con người. Vì thế, thậm chí khi sợi quang được phủ thêm những lớp bảo vệ thì chúng vẫn nhỏ và nhẹ hơn nhiều so với cáp đồng.
   Sự cách li về điện: sợi quang được chế tạo từ thuỷ tinh hoặc đôi lúc là chất dẻo, đó là những chất cách điện, vì thế không giống với dây dẫn kim loại, nó không cho thấy những trục trặc cơ bản. Hơn nữa, đặc tính này làm cho việc truyền thông tin của sợi quang trở nên phù hợp một cách lí tưởng cho sự thông tin trong những môi trường mạo hiểm về điện.
   Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu và xuyên âm: sợi quang được chế tạo từ các chất điện môi phi dẫn nên chúng không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, các xung điện tử, nhiễu tần số vô tuyến. Vì thế hoạt động của hệ thống thông tin quang không bị ảnh hưởng khi truyền qua môi trường nhiễu điện. Điều đó có nghĩa là nó có thể lắp đặt cung ứng với cáp điện lực và có thể sử dụng trong môi trường phản ứng hạt nhân.
   Bảo mật thông tin: ánh sáng từ sợi quang bị bức xạ một cách không đáng kể nên chúng có tính bảo mật tín hiệu cao. Đặc tính này thu hút đối với quân đội, ngân hàng và các ứng dụng truyền dữ liệu.
   Suy hao thấp: sự phát triển của sợi quang qua nhiều năm đã đạt được kết quả trong việc chế tạo ra sợi quang có độ suy hao rất thấp. Sợi quang được chế tạo với độ suy hao 0.2dB/km và đặc tính này trở thành lợi thế chính của thông tin quang. Điều này thuận lợi cho việc đặt bộ khuếch đại cho mỗi khoảng cách trên đường truyền mà không cần chuyển sang tín hiệu điện ở bước trung gian, do đó giảm được cả giá thành và cả độ phức tạp của hệ thống.
   Tính linh hoạt: mặc dù các lớp bảo vệ là cần  thiết, sợi quang  được chế tạo với sức căng cao, bán kính rất nhỏ. Với lợi thế về kích thước và trọng lượng, sợi quang nói chung là tốt hơn trong việc lưu trữ, chuyên chở, xử lí và lắp đặt dễ hơn hệ thống cáp đồng.
   Độ tin cậy của hệ thống và dễ bảo dưỡng: do đặc tính suy hao thấp của sợi quang nên có thể giảm được yêu cầu số bộ lặp trung gian hoặc số bộ khuếch đại trên đường truyền. Vì thế, với một vài bộ lặp thì độ tin cậy của hệ thống có thể được nâng cao hơn hẳn hệ thống dẫn điện. Hơn nữa, độ tin cậy của các thiết bị quang không còn là vấn đề, các thiết bị quang có tuổi thọ rất cao, khoảng 20-30 năm.
   Giá thành thấp đầy tiềm năng: thủy tinh cung cấp cho thông tin quang được lấy từ cát, không phải là nguồn tài nguyên khan hiếm. Vì thế, sợi quang đem lại giá thành thấp. 
Thông tin quang cũng cho phép truyền đồng thời các tín hiệu có bước sóng khác nhau. Đặc tính này cùng với khả năng truyền dẫn băng thông rộng của sợi quang sẵn có làm cho dung lượng truyền dẫn của tuyến trở nên rất lớn.
1.2.3. Cấu trúc và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang
             




Các thành phần của tuyến truyền dẫn quang bao gồm: phần phát quang, cáp sợi quang và phần thu quang.
-Phần phát quang: được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điều khiển liên kết với nhau. Phần tử phát xạ ánh sáng có thể là: Diod Laser (LD), Diod phát quang (LED: Light Emitting Diode). LED dùng phù hợp cho hệ thống thông tin quang có tốc độ bit không quá 200Mbps sử dụng sợi đa mode. LED phát xạ tự phát, ánh sáng không định hướng nên để sử dụng LED tốt trong hệ thống thông tin quang thì nó phải có công suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh. LD khắc phục nhược điểm của LED, thường sử dụng LD cho truyền dẫn tốc độ cao. LD có nhiều ưu điểm hơn so với LED: phổ phát xạ của LD rất hẹp (khoảng từ 1 đến 4nm nên giảm được tán sắc chất liệu), góc phát quang hẹp (5- 100), hiệu suất ghép ánh sáng vào sợi cao.     
- Cáp sợi quang: gồm các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài. Có thể chọn các loại sợi sau: sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc, sợi quang đa mode chiết suất giảm dần, sợi quang đơn mode.
- Phần thu quang: do bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành. Trong hệ thống thông tin quang, người ta quan tâm nhất đối với các bộ tách sóng quang là các diod quang PIN và diod quang kiểu thác APD được chế tạo từ các bán dẫn cơ bản Si, Ge, InP.       
Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang còn có các bộ nối quang, các mối hàn, các bộ chia quang và các trạm lặp. Tất cả tạo nên một tuyến thông tin hoàn chỉnh.
Tương tự như cáp đồng, cáp sợi quang được khai thác với điều kiện lắp đặt khác nhau, có thể được treo ngoài trời, chôn trực tiếp dưới đất hoặc đặt dưới biển,…tuỳ thuộc vào các điều kiện lắp đặt khác nhau mà độ chế tạo của cáp cũng khác nhau và các mối hàn sẽ kết nối các độ dài cáp thành độ dài tổng cộng của tuyến được lắp đặt. Tham số quan trọng nhất của cáp sợi quang tham gia quyết định độ dài tuyến là suy hao sợi quang theo bước sóng.
Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng LED hoặc laser bán dẫn. Cả hai nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ thống thông tin quang, với tín hiệu quang đầu ra có tham số biến đổi tương ứng với sự thay đổi của dòng điều biến. Bước sóng làm việc của nguồn phát quang cơ bản phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, đoạn sợi quang ra của nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang khai thác trên tuyến.
Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ đuợc lan truyền dọc theo sợi quang để tới phần thu quang. Khi truyền trên sợi dẫn quang, tín hiệu thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên. Bộ tách sóng quang ở phần thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới. Tín hiệu quang được biến đổi trở lại thành tín hiệu điện. Các Photodiod PIN và Photodiod thác APD đều có thể sử dụng làm các bộ tách sóng quang trong các hệ thống thông tin quang. Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu quang là độ nhạy thu quang.
Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có các trạm lặp quang đặt trên tuyến. Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã được sử dụng để thay thế cho các thiết bị trạm lặp quang.


Đây Là Tài Liệu Vip, Để Lấy Password Giải Nén Tài liệu Này, Bạn Hãy Xem Tại Đây:
[You must be registered and logged in to see this link.]