NGN - Hướng dẫn nhanh
Sự ra đời của truyền thông dữ liệu và thoại tốc độ cao đã làm nảy sinh nhu cầu về một phương tiện truyền tải thông tin nhanh chóng. Các mạch hoặc liên kết kỹ thuật số đã phát triển từ nhu cầu truyền giọng nói hoặc dữ liệu ở dạng kỹ thuật số.
Việc chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng số tuân theo quy trình bốn giai đoạn ( xem Hình sau ) và sẽ được trình bày chi tiết trong các phần sau.
Lấy mẫu
Các tần số giọng nói có dạng tín hiệu tương tự, tức là sóng sin ( xem Hình sau ). Tín hiệu này phải được chuyển đổi thành dạng nhị phân để nó được truyền qua phương tiện kỹ thuật số. Giai đoạn đầu tiên của quá trình chuyển đổi này là chuyển đổi tín hiệu âm thanh thànhPulse Amplitude Modulation(PAM)tín hiệu. Quá trình này thường được gọi làsampling.
Quá trình lấy mẫu phải thu thập đầy đủ thông tin từ các tần số thoại đến để có thể tạo bản sao của tín hiệu gốc. Tần số giọng nói thường nằm trong khoảng300Hz to 3400Hz, thường được gọi là commercial speech band.
Để lấy mẫu, một tần số lấy mẫu được áp dụng cho tần số giọng nói ban đầu. Tần số lấy mẫu được xác định bởiNyquist Sampling Theorem, điều đó ra lệnh “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”
Điều này đảm bảo rằng một mẫu được lấy tối thiểu một lần trong mỗi nửa chu kỳ, do đó, loại bỏ khả năng lấy mẫu tại các điểm không của chu kỳ, nơi sẽ không có biên độ. Điều này dẫn đến tần số lấy mẫu tối thiểu là 6,8 KHz.
Tiêu chuẩn Châu Âu lấy mẫu tín hiệu đến tại 8 KHZ, đảm bảo một mẫu, được lấy mọi 125micro secondshoặc 1/8000 giây ( xem Hình sau ).
Lượng tử hóa
Biên độ của mỗi mẫu lý tưởng sẽ được gán mã nhị phân (1 hoặc 0), nhưng có thể có vô số biên độ; do đó, cần có sẵn một số lượng vô hạn mã nhị phân. Điều này sẽ không thực tế, vì vậy một quy trình khác phải được sử dụng, được gọi làquantizing.
Lượng tử hóa so sánh tín hiệu PAM với thang đo lượng tử hóa, có số lượng hữu hạn các mức rời rạc. Thang đo lượng tử hóa chia thành 256 mức lượng tử, trong đó, 128 mức dương và 128 mức âm.
Giai đoạn lượng tử hóa liên quan đến việc phân bổ một mã nhị phân 8 bit duy nhất thích hợp với khoảng lượng tử hóa mà biên độ của tín hiệu PAM rơi vào ( xem Hình sau ).
Điều này bao gồm 1 bit phân cực với 7 bit còn lại được sử dụng để xác định mức lượng tử hóa ( như trong hình trên ).
Bit đầu tiên như đã thấy trước đây là bit phân cực, ba bit tiếp theo cho mã phân đoạn, cho tám mã phân đoạn, và bốn bit còn lại cho mức lượng tử hóa, cho mười sáu mức lượng tử hóa.
Ép buộc
Bản thân quá trình lượng tử hóa dẫn đến một hiện tượng được gọi là quantization distortion. Điều này xảy ra khi biên độ tín hiệu được lấy mẫu nằm giữa các mức lượng tử hóa. Tín hiệu luôn được làm tròn đến mức tổng thể gần nhất. Sự khác biệt giữa mức được lấy mẫu và mức lượng tử hóa là sự biến dạng lượng tử.
Tốc độ thay đổi biên độ của tín hiệu thay đổi ở các phần khác nhau của chu kỳ. Điều này xảy ra nhiều nhất ở tần số cao vì biên độ của tín hiệu thay đổi nhanh hơn ở tần số thấp. Để khắc phục điều này, mã phân đoạn đầu tiên có các mức lượng tử hóa gần nhau. Sau đó, mã phân đoạn tiếp theo sẽ tăng gấp đôi chiều cao của mã trước đó, v.v. Quá trình này được gọi làcompanding, vì nó nén các tín hiệu lớn hơn và mở rộng các tín hiệu nhỏ hơn.
Ở Châu Âu, họ sử dụng A-law so với Bắc Mỹ và Nhật Bản, những người sử dụng μ law.
Vì sự biến dạng lượng tử hóa tương đương với tiếng ồn, việc xử lý sẽ cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu trên các tín hiệu có biên độ thấp và tạo ra tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu có thể chấp nhận được trên toàn bộ dải biên độ.
Mã hóa
Để thông tin nhị phân được truyền qua một con đường kỹ thuật số, thông tin phải được sửa đổi thành một mã dòng phù hợp. Kỹ thuật mã hóa được sử dụng ở Châu Âu được gọi làHigh Density Bipolar 3 (HDB3).
HDB3 có nguồn gốc từ mã dòng được gọi là AMI hoặc Alternate Mark Inversion. Trong mã hóa AMI, có 3 giá trị được sử dụng: không có tín hiệu nào để biểu diễn số nhị phân 0 và tín hiệu tích cực hoặc tiêu cực được sử dụng luân phiên để biểu thị số nhị phân 1.
Một vấn đề liên quan đến mã hóa AMI xảy ra khi một chuỗi dài các số không được truyền. Điều này có thể gây ra sự cố vòng lặp khóa pha ở đầu thu ở xa.
HDB3hoạt động theo cách tương tự như AMI, nhưng kết hợp thêm một bước mã hóa thay thế bất kỳ chuỗi nào gồm bốn số không bằng ba số không, theo sau là 'bit vi phạm.' Sự vi phạm này là của cùng một cực của quá trình chuyển đổi trước đó ( xem Hình sau ).
Như có thể thấy trong ví dụ, 000V thay thế chuỗi đầu tiên của bốn số không. Tuy nhiên, việc sử dụng kiểu mã hóa này có thể dẫn đến mức DC trung bình được đưa vào tín hiệu, vì có thể có một chuỗi dài các số không, tất cả đều được mã hóa theo cùng một cách. Để tránh điều này, mã hóa của từng số không liên tiếp được thay đổi thành B00V, bằng cách sử dụng bit 'Vi phạm lưỡng cực' xen kẽ theo cực.
Từ đó, có thể giả định rằng với mã hóa HDB3, số lượng số không tối đa không có chuyển tiếp là ba. Kỹ thuật mã hóa này thường được gọi làmodulation format.
Ghép kênh
Cho đến nay, chúng tôi chỉ tập trung vào một kênh thoại. Bây giờ, chúng ta cần kết hợp một số kênh này thành một đường truyền duy nhất, một quá trình được gọi làmultiplexing. Ghép kênh là một quá trình được sử dụng trong đó một số kênh có thể được kết hợp để chúng được truyền qua một đường truyền duy nhất. Quy trình thường được sử dụng trong điện thoại được gọi làTime Division Multiplexing (TDM).
Như chúng ta đã thấy trước đây, lấy mẫu cho một kênh diễn ra mỗi 125 micro seconds. Điều này giúp bạn có thể lấy mẫu các kênh khác trong giai đoạn này. Ở Châu Âu, khoảng thời gian được chia thành32 khoảng thời gian, được gọi là timeslots. 32 khoảng thời gian này sau đó có thể được nhóm lại với nhau để tạo thànhframe( xem hình sau ).
Do đó, khoảng thời gian của một khung hình có thể được coi là 125 micro giây. Bây giờ cũng có thể giả định rằng mỗi khe thời gian bao gồm 8 bit dữ liệu và được lặp lại 8000 lần, tốc độ kênh là 64000 bit / giây hoặc 64Kbits là có thể đạt được. Với thông tin này, giờ đây có thể xác định tổng số bit dữ liệu được truyền qua một đường dẫn, được gọi làsystem bit rate. Điều này được tính bằng công thức sau:
Tốc độ bit hệ thống = Tần số lấy mẫu x Số khe thời gian x Bit trên mỗi khe thời gian = 8000 x 32 x 8, = 2048000 bit / giây, = 2.048Mbits
Trong số 32 kênh hiện có, 30 kênh được sử dụng để truyền giọng nói, và 2 khe thời gian còn lại được sử dụng để căn chỉnh và báo hiệu. Phần sau đây sẽ giải thích chức năng của tất cả các khe thời gian.
Ô thời gian 1 đến 15 và 17 đến 31
30 khe thời gian này có sẵn để truyền tín hiệu tương tự số hóa ở dạng 8 bit, với băng thông 64 kbit / s (ví dụ: dữ liệu của khách hàng).
Ô thời gian 0
Hệ thống khuyến nghị của Châu Âu xác định rằng Ô thời gian 0 của mỗi khung được sử dụng để đồng bộ hóa, còn được gọi là frame alignment( xem Hình sau ). Điều này đảm bảo rằng các khe thời gian trong mỗi khung được căn chỉnh giữa trạm phát và trạm nhận.
Các frame alignment word (FAW) được mang trong các bit dữ liệu từ 2 đến 8 của mỗi khung chẵn, trong khi các khung lẻ mang not frame alignment word(NFAW) trong bit dữ liệu 2 ( xem Hình sau ).
Kiểm tra lỗi cũng có sẵn trong ô thời gian 0, sử dụng cyclic redundancy check (CRC) để xác minh sự liên kết khung, được chuyển trong bit dữ liệu 1 của tất cả các khung. Ngoài ra còn có cơ sở báo cáoFar End Alarms, được biểu thị bằng số nhị phân 1 được chèn vào bit dữ liệu 3 của tất cả các khung lẻ. Các bit dữ liệu còn lại từ 4 đến 8 của các khung lẻ có thể được sử dụng để báo động quốc gia và quản lý mạng.
Ô thời gian 16
Timeslot 16 có sẵn 8 bit dữ liệu và bằng cách sử dụng mã biến đổi gồm 4 bit dữ liệu, có thể thực hiện báo hiệu cho 2 kênh thoại trong mỗi khung.
Do đó, có thể thấy rằng cần có 15 khung để hoàn thành việc báo hiệu cho tất cả các kênh thoại ( xem Hình sau ).
Vì hiện nay có nhiều khung được thực hiện theo một thứ tự hợp lý, nên phải có một thiết bị để căn chỉnh chúng. Điều này đạt được bằng cách sử dụng khung trước các khung chứa thông tin tín hiệu, được gọi là Khung 0.
Timeslot 16 in Frame 0 chứa một multi-frame alignment word(MFAW), sử dụng các bit dữ liệu từ 1 đến 4, và được sử dụng để chỉ ra sự bắt đầu của một đa khung, được kiểm tra tại trạm nhận ( xem Hình sau ).
Bit dữ liệu 6 có thể được sử dụng để chỉ ra distant multi-frame alignment loss(DLMFA). Như có thể thấy, một đa khung bao gồm tất cả các khung cần thiết để hoàn thành tất cả các hoạt động nói và tín hiệu, tức là 16 khung, và được gọi làmulti-frame( xem Hình sau ).
Thời lượng của nhiều khung hình có thể được tính bằng cách sử dụng như sau:
Thời lượng của đa khung = Số khung x thời lượng của khung
= 16 x 125micro giây
= 2000 micro giây
= 2 mili giây
Tất cả các kênh còn lại đều có thể sử dụng để truyền thoại hoặc dữ liệu và được gọi là khe thời gian từ 1 đến 15 và 17 đến 31, và tương đương với các kênh được đánh số từ 1 đến 30.
FAW = Từ căn chỉnh khung
MFAW = Multiframe Alignment Word
DATA = từ dữ liệu 8 bit
SIG = khe thời gian báo hiệu CAS
Hệ thống phân cấp kỹ thuật số Plesiochronous (PDH) đã được phát triển theo từng giai đoạn từ hệ thống PCM 30 kênh (PCM-30) cơ bản.
Như có thể thấy trong Hình sau, có sẵn ba hệ thống phân cấp khác nhau, mỗi hệ thống hỗ trợ tốc độ đường truyền và tốc độ ghép kênh khác nhau. Do đó, tỷ lệ tổng hợp cao hơn có thể đạt được bằng cách nhóm các tỷ lệ thấp hơn với nhau thông qua việc sử dụng bộ ghép kênh.
Các liên kết tốc độ bit cao hơn cũng yêu cầu các bit bổ sung để đóng khung và điều khiển. Ví dụ, tín hiệu 8,4 Mbits bao gồm 4 × 2,048 Mbits = 8,192 Mbits, 256 Kbits còn lại được sử dụng để tạo khung và điều khiển.
Hệ thống phân cấp của Châu Âu và Bắc Mỹ thường được gọi bằng chữ cái ‘E’ cho Châu Âu và ‘T’đối với Bắc Mỹ, với các cấp độ phân cấp được đánh số liên tục. Các mức phân cấp này có thể được so sánh trong Hình sau:
| Cấp bậc | Tốc độ bit (Mbits) | Kênh thoại | |
|---|---|---|---|
| Bắc Mỹ | T1 | 1.544 | 24 |
| T2 | 6.312 | 96 | |
| T3 | 44,736 | 672 | |
| T4 | 274.176 | 4032 | |
| Châu âu | E1 | 2.048 | 30 |
| E2 | 8,448 | 120 | |
| E3 | 34.368 | 480 | |
| E 4 | 139.264 | 1920 | |
| Không xác định | 565.148 | 7680 |
Các tốc độ bit này thường được viết tắt lần lượt là 1,5 meg, 3 meg, 6 meg, 44 meg, 274 meg và 2 meg, 8 meg, 34 meg, 140 meg và 565 meg.
Do di sản của PDH rất nổi bật trong ngành viễn thông, nên cần phải đáp ứng các tốc độ đường truyền này trong bất kỳ công nghệ mới nào được giới thiệu, do đó nhiều tốc độ đường truyền PDH được hỗ trợ bởi Hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ (SDH). Ngoại lệ duy nhất cho điều này là việc bỏ qua mức 8,4 Mbits, mức này không còn ý nghĩa thực tế nữa và không được hỗ trợ bởi SDH.
Trong hệ thống 2 Mbits cơ bản, dữ liệu được xen kẽ byte, theo đó mỗi khe thời gian 8 bit được gửi lần lượt. Trong trường hợp các mức phân cấp cao hơn, các luồng dữ liệu được ghép với nhau theo từng bit. Một nhược điểm của hệ thống này là tốc độ bit của mỗi tín hiệu nhánh có thể thay đổi so với giá trị danh nghĩa do mỗi bộ ghép kênh có nguồn cung cấp xung nhịp độc lập của riêng chúng. Những sai lệch xung nhịp này phụ thuộc vào tốc độ đường truyền và có thể được bù đắp bằng cách sử dụng các kỹ thuật biện minh trong băng thông còn lại sau giai đoạn ghép kênh. Tốc độ đường truyền cũng quy định mã đường truyền được sử dụng để truyền như có thể thấy bên dưới:
| Tốc độ bit (Mbits) | Số kênh 64Kbit | Độ lệch đồng hồ cho phép (ppm) | Mã giao diện | Mã dòng / phương tiện được ưu tiên | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cân bằng | Đồng trục | Sợi quang | ||||
| 2.048 | 30 | ± 50 | AMI | HDB3 | ||
| 8,448 | 120 | ± 30 | HDB3 | HDB3 | HDB3 | |
| 34.368 | 480 | ± 20 | HDB3 | HDB3 | 4B3T 2B1Q |
5B6B |
| 139.264 | 1920 | ± 15 | CMI | 4B3T | 5B6B | |
Các thuộc tính của PDH
Plesiochronous - “Gần như đồng bộ”
Ghép kênh tín hiệu 2 Mbit / s thành tín hiệu ghép kênh bậc cao.
Đặt cáp giữa các điểm chuyển mạch là rất tốn kém.
Tăng dung lượng lưu lượng của cáp bằng cách tăng tốc độ bit.
4 tín hiệu thứ tự thấp hơn được ghép thành một tín hiệu thứ tự cao hơn ở mỗi mức.
Công nghệ PDH cho phép ghép kênh liên tiếp tín hiệu từ 2 M - 8 M, từ 8 M - 34 M, từ 34 M - 140 M và cuối cùng là hệ thống 140 M - 565 M.
Cũng tồn tại các muxes “nhảy” hoặc “bỏ qua” cho phép ghép 16 tín hiệu 2 M thành tín hiệu 34 M mà không có mức 8 M trung gian.
Hạn chế của PDH
Synchronisation- Dữ liệu được truyền đều đặn. Với thời gian bắt nguồn từ bộ dao động của máy phát, dữ liệu được lấy mẫu ở cùng tốc độ khi nó đang được truyền.
Dữ liệu được truyền đều đặn. Với thời gian bắt nguồn từ bộ dao động của máy phát, dữ liệu được lấy mẫu với tốc độ chậm hơn máy phát. Một trong những nhược điểm của PDH là mỗi phần tử được đồng bộ hóa một cách độc lập. Để dữ liệu được nhận một cách chính xác, tốc độ lấy mẫu ở đầu thu phải giống với tốc độ truyền ở đầu phát.
Dữ liệu được truyền đều đặn. Với thời gian bắt nguồn từ bộ dao động của máy phát, dữ liệu được lấy mẫu với tốc độ nhanh hơn máy phát. Nếu bộ dao động ở đầu thu chạy chậm hơn ở đầu phát thì máy thu sẽ bỏ lỡ một số bit của tín hiệu được truyền.
Hoặc, nếu đồng hồ của máy thu chạy nhanh hơn đồng hồ của máy phát, thì máy thu sẽ lấy mẫu một số bit hai lần.
Các bit biện minh được thêm vào các tín hiệu bậc thấp hơn để chúng có thể được ghép với một tốc độ duy nhất. Bộ tạo dao động của thiết bị được sử dụng như một nguồn định thời cho quá trình điều chỉnh tốc độ bit ở bậc thấp hơn và cả quá trình ghép kênh. Các bit biện minh bị loại bỏ ở cuối nhận được khi các tín hiệu được khử ghép.
Bởi vì các phương pháp đồng bộ hóa đã được sử dụng, không thể khử ghép kênh từ tín hiệu bậc cao sang tín hiệu nhánh bậc thấp nhất trong một thiết bị. Cần phải khử ghép kênh ở tất cả các cấp độ để truy cập tín hiệu đang bị rơi tại một trang web và sau đó ghép kênh lại tất cả các kênh khác sao lưu với tỷ lệ cao hơn. Điều này có nghĩa là phải có rất nhiều thiết bị trên trang web để thực hiện điều này. Điều này được gọi làPDH Mux Mountain. Tất cả các thiết bị này đã chiếm rất nhiều không gian trên trang web và cũng làm tăng nhu cầu về phụ tùng được giữ trên trang web.
Thiếu khả năng phục hồi trong mạng PDH có nghĩa là nếu xảy ra đứt cáp quang, lưu lượng sẽ bị mất. Quản lý mạng PDH chỉ đơn giản là báo cáo các cảnh báo cho các nhà khai thác NOC. Nhân viên NOC không có công cụ chẩn đoán hoặc khắc phục. Một kỹ sư bảo trì cần được gửi đến trang web với một lượng thông tin tối thiểu. Mỗi phần tử mạng yêu cầu kết nối với mạng DCN vì không có phương tiện nào tồn tại để mang thông tin quản lý qua mạng PDH.
Thiếu tiêu chuẩn về kết nối có nghĩa là không thể kết nối thiết bị từ nhiều nhà cung cấp. Thiết bị có thể hoạt động trên các bước sóng khác nhau, sử dụng các tốc độ bit khác nhau hoặc các giao diện quang học độc quyền.
SDH Networks đã thay thế PDH và có một số lợi thế chính.
Các khuyến nghị của ITU G.707, G.708 và G.709 cung cấp cơ sở cho mạng toàn cầu.
Mạng được hưởng lợi từ khả năng phục hồi lưu lượng để giảm thiểu tổn thất lưu lượng trong trường hợp đứt cáp quang do lỗi thiết bị.
Tích hợp công nghệ giám sát cho phép cấu hình và xử lý sự cố mạng từ xa.
Công nghệ linh hoạt cho phép tiếp cận sông nhánh ở bất kỳ cấp độ nào.
Công nghệ bằng chứng trong tương lai cho phép tốc độ bit nhanh hơn khi công nghệ tiến bộ.
Trong khi các mạng PDH của Châu Âu không thể giao tiếp với các mạng của Hoa Kỳ, các mạng SDH có thể mang cả hai loại. Trang trình bày này trình bày cách so sánh các mạng PDH khác nhau và tín hiệu nào có thể được truyền qua mạng SDH.
SDH - Cấu trúc liên kết mạng
Hệ thống đường dây
Một hệ thống đơn lẻ là hệ thống cấu trúc liên kết mạng PDH. Lưu lượng chỉ được thêm vào và giảm ở các điểm cuối của mạng. Các nút đầu cuối được sử dụng ở cuối mạng để thêm và giảm lưu lượng.
Trong bất kỳ mạng SDH nào, có thể sử dụng một nút được gọi là trình tái tạo. Nút này nhận tín hiệu SDH bậc cao và truyền lại nó. Không thể truy cập lưu lượng theo thứ tự thấp hơn từ bộ tái tạo và chúng chỉ được sử dụng để bao phủ khoảng cách xa giữa các vị trí mà khoảng cách đó có nghĩa là nguồn điện nhận được sẽ quá thấp để mang lưu lượng.
Hệ thống chuông
Một hệ thống vòng bao gồm một số bộ thêm / bớt (ADM) được kết nối trong một cấu hình vòng. Lưu lượng truy cập có thể được truy cập tại bất kỳ ADM nào xung quanh vòng và lưu lượng truy cập cũng có thể bị giảm tại một số nút cho mục đích quảng bá.
Mạng vòng cũng có lợi ích là cung cấp khả năng phục hồi lưu lượng, nếu có sự cố đứt cáp quang, tôi không bị mất. Khả năng phục hồi của mạng được thảo luận chi tiết hơn ở phần sau.
Đồng bộ hóa mạng SDH
Trong khi mạng PDH không được đồng bộ hóa tập trung, mạng SDH (do đó có tên là hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ). Một nơi nào đó trên mạng của các nhà khai thác sẽ là một nguồn tham khảo chính. Nguồn này được phân phối xung quanh mạng qua mạng SDH hoặc qua mạng đồng bộ hóa riêng biệt.
Mỗi nút có thể chuyển sang nguồn dự phòng nếu nguồn chính không khả dụng. Các mức chất lượng khác nhau được xác định và nút sẽ chuyển sang nguồn chất lượng tốt nhất tiếp theo mà nó có thể tìm thấy. Trong trường hợp nút sử dụng thời gian dòng đến, byte S1 trong chi phí MS được sử dụng để biểu thị chất lượng của nguồn.
Nguồn chất lượng thấp nhất có sẵn cho một nút thường là bộ dao động bên trong của nó, trong trường hợp một nút chuyển sang nguồn xung nhịp bên trong của chính nó, điều này cần được khắc phục càng sớm càng tốt vì nút có thể bắt đầu tạo ra lỗi theo thời gian.
Điều quan trọng là chiến lược đồng bộ hóa cho một mạng được lập kế hoạch cẩn thận, nếu tất cả các nút trong mạng cố gắng đồng bộ hóa với hàng xóm của nó ở cùng một phía, bạn sẽ nhận được một hiệu ứng gọi là vòng lặp thời gian, như được hiển thị ở trên. Mạng này sẽ nhanh chóng bắt đầu tạo ra lỗi khi mỗi nút cố gắng đồng bộ hóa với nhau.
Hệ thống phân cấp SDH
Biểu đồ sau đây cho thấy cách cấu tạo của tải trọng và nó không đáng sợ như lúc đầu. Một vài trang trình bày tiếp theo sẽ giải thích cách tín hiệu SDH được xây dựng từ các tải trọng cấp thấp hơn.
Khung STM-1
Khung được tạo thành từ các hàng gồm 9 chi phí chung và 261 byte tải trọng.
Khung được truyền từng hàng như minh họa bên dưới. 9 byte trên đầu liên tiếp được truyền, tiếp theo là 261 byte trọng tải, hàng tiếp theo sau đó được truyền theo kiểu tương tự cho đến khi toàn bộ khung đã được truyền. Toàn bộ khung được truyền trong 125 micro giây.
STM-1 Chi phí
3 hàng đầu tiên của chi phí được gọi là chi phí chung của phần bộ lặp. Hàng thứ 4 tạo thành con trỏ AU và 5 hàng cuối cùng chứa chi phí chung của phần ghép kênh.
Để giải thích các loại chi phí khác nhau, hãy xem xét một hệ thống trong đó tải trọng được chuyển qua một số bộ tái tạo trung gian trước khi đến ADM mà nó đang được thêm vào / loại bỏ.
Chi phí chung của phần bộ lặp được sử dụng để liên lạc và giám sát giữa hai nút lân cận bất kỳ.
Các chi phí chung của phần ghép kênh được sử dụng để liên lạc và giám sát giữa hai nút có các phương tiện thêm / bớt như ADM.
Ở cấp độ thấp hơn, cũng có các chi phí dẫn đường được thêm vào ở cấp độ phụ lưu, chúng sẽ được thảo luận chi tiết hơn ở phần sau.
Việc giám sát các cảnh báo trên không khác nhau giúp xác định sự cố trên mạng dễ dàng hơn. Một cảnh báo RS cho biết sự cố ở phía HO SDH giữa hai nút, trong khi nếu điều tra một cảnh báo MS, bạn có thể loại trừ các sự cố ở các nút của bộ tái tạo.
Theo dõi đường dẫn SDH
Dấu vết đường dẫn có thể rất hữu ích trong việc xác định các vấn đề liên kết giữa các nút. Có thể có nhiều kết nối vật lý khác nhau như các mối nối và các bản vá trong khung quang học giữa hai nút. Mỗi nút được cấu hình bởi nhà khai thác mạng để gửi một chuỗi duy nhất xác định nó.
Mỗi nút cũng được cấu hình với chuỗi mà nó sẽ nhận được từ nút lân cận.
Nếu dấu vết đường dẫn mà nút nhận được khớp với dấu vết mà họ đang mong đợi, thì mọi thứ đều ổn.
Nếu dấu vết đường dẫn nhận được không khớp với dấu vết mà nút đang mong đợi, thì điều này cho thấy sự cố với kết nối giữa các nút.
Quản lý SDH
Các kênh DCC có trong phần chi phí chung cho phép dễ dàng quản lý mạng SDH. Hệ thống quản lý mạng được kết nối với một nút trên mạng có thể giao tiếp với các nút khác trên mạng bằng các kênh DCC. Nút được kết nối với mạng DCN được gọi là nút cổng vào, vì mục đích phục hồi thường có nhiều hơn một nút cổng trên mạng.
Khả năng phục hồi mạng SDH
Trong một cấu hình vòng, lưu lượng được gửi cả hai tuyến xung quanh vòng từ ADM ban đầu (Bộ ghép kênh Thêm / Thả). Tại bất kỳ ADM nào mà tín hiệu không bị giảm, nó chỉ đi qua. Mặc dù lưu lượng truy cập vòng qua cả hai tuyến đường, nhưng chỉ có một tuyến đường được sử dụng để trích xuất lưu lượng truy cập từ ADM tiếp nhận, tuyến đường này làactive routehoặc đường dẫn. Các tuyến đường khác được gọi làstandby route hoặc đường dẫn.
Nếu có sự cố đứt cáp quang trên đường dẫn hoạt động, ADM nhận sẽ chuyển đổi bằng cách sử dụng tín hiệu thay thế làm đường dẫn hoạt động. Điều này cho phép khôi phục nhanh chóng và tự động lưu lượng truy cập đến khách hàng. Khi sự cố đứt cáp quang được sửa chữa, vòng không tự động chuyển trở lại vì điều này có thể gây ra một “cú đánh” lưu lượng truy cập nữa, nhưng sẽ sử dụng nó làm đường dẫn dự phòng trong trường hợp hỏng hóc trong tương lai trên đường dẫn hoạt động mới. MUX bị mất lưu lượng sẽ sử dụng K byte để báo hiệu công tắc bảo vệ quay trở lại MUX ban đầu.
Công tắc vòng thủ công cũng có thể được thực hiện từ trung tâm quản lý mạng hoặc từ các thiết bị đầu cuối cục bộ do các kỹ sư vận hành.
WDM là một công nghệ cho phép các tín hiệu quang khác nhau được truyền qua một sợi quang duy nhất. Nguyên tắc của nó về cơ bản giống như ghép kênh phân chia theo tần số (FDM). Đó là, một số tín hiệu được truyền bằng các sóng mang khác nhau, chiếm các phần không chồng chéo của phổ tần số. Trong trường hợp của WDM, dải phổ được sử dụng nằm trong vùng 1300 hoặc 1550 nm, là hai cửa sổ bước sóng mà tại đó sợi quang có mức suy hao tín hiệu rất thấp.
Ban đầu, mỗi cửa sổ được sử dụng để truyền một tín hiệu kỹ thuật số duy nhất. Với sự tiến bộ của các thành phần quang học như laze phản hồi phân tán (DFB), bộ khuếch đại sợi quang pha tạp erbium (EDFA) và bộ dò quang, người ta sớm nhận ra rằng mỗi cửa sổ truyền trên thực tế có thể được sử dụng bởi một số tín hiệu quang, mỗi tín hiệu chiếm một lực kéo nhỏ của cửa sổ tổng bước sóng có sẵn.
Trên thực tế, số lượng tín hiệu quang được ghép trong một cửa sổ chỉ bị giới hạn bởi độ chính xác của các thành phần này. Với công nghệ hiện tại, hơn 100 kênh quang có thể được ghép thành một sợi duy nhất. Công nghệ sau đó được đặt tên làdense WDM (DWDM).
Ưu điểm chính của DWDM là có khả năng tăng băng thông cáp quang lên gấp nhiều lần. Một mạng lưới sợi lớn đang tồn tại trên khắp thế giới có thể đột nhiên tăng dung lượng của chúng lên gấp nhiều lần mà không cần phải kéo dài các sợi mới, một quá trình tốn kém. Rõ ràng, thiết bị DWDM mới phải được kết nối với các sợi này. Ngoài ra, có thể cần các bộ tái tạo quang học.
Số lượng và tần số của bước sóng được sử dụng đang được ITU (T) tiêu chuẩn hóa. Bộ bước sóng được sử dụng không chỉ quan trọng đối với khả năng tương tác mà còn để tránh nhiễu triệt tiêu giữa các tín hiệu quang.
Bảng sau đây đưa ra các tần số trung tâm, danh định dựa trên khoảng cách kênh tối thiểu là 50 GHz được neo vào tham chiếu 193.10 THz. Lưu ý rằng giá trị của C (vận tốc ánh sáng) được lấy bằng 2,99792458 x 108 m / giây. để chuyển đổi giữa tần số và bước sóng.
ITU-T Grid (trong dải C), ITU (T) Rec. G.692
| Tần số trung tâm danh nghĩa (THz) cho khoảng cách 50 GHz | Tần số trung tâm danh nghĩa (THz) cho khoảng cách 100 GHz | Bước sóng trung tâm danh nghĩa (Nm) |
|---|---|---|
| 196,10 | 196,10 | 1528,77 |
| 196.05 | 1529,16 | |
| 196,00 | 196,00 | 1529,55 |
| 195,95 | 1529,94 | |
| 195,90 | 195,90 | 1530,33 |
| 195,85 | 1530,72 | |
| 195,80 | 195,80 | 1531.12 |
| 195,75 | 1531,51 | |
| 195,70 | 195,70 | 1531,90 |
| 195,65 | 1532,29 | |
| 195,60 | 195,60 | 1532,68 |
| 195,55 | 1533.07 | |
| 195,50 | 195,50 | 1533.47 |
| 195,45 | 1533,86 | |
| 195,40 | 195,40 | 1534,25 |
| 195,35 | 1534,64 | |
| 195,30 | 195,30 | 1535.04 |
| 195,25 | 1535.43 | |
| 195,20 | 195,20 | 1535,82 |
| 195.15 | 1536,22 | |
| 195,10 | 195,10 | 1536,61 |
| 195.05 | 1537,00 | |
| 195,00 | 195,00 | 1537,40 |
| 194,95 | 1537,79 | |
| 194,90 | 194,90 | 1538,19 |
| 194,85 | 1538,58 | |
| 194,80 | 194,80 | 1538,98 |
| 194,75 | 1539,37 | |
| 194,70 | 194,70 | 1539,77 |
| 194,65 | 1540,16 | |
| 194,60 | 194,60 | 1540,56 |
| 194,55 | 1540,95 | |
| 194,50 | 194,50 | 1541,35 |
| 194,45 | 1541,75 | |
| 194,40 | 194,40 | 1542.14 |
| 194,35 | 1542,54 | |
| 194,30 | 194,30 | 1542,94 |
| 194,25 | 1543,33 | |
| 194,20 | 194,20 | 1543,73 |
| 194.15 | 1544.13 | |
| 194,10 | 194,10 | 1544,53 |
| 194.05 | 1544,92 | |
| 194,00 | 194,00 | 1545.32 |
| 193,95 | 1545,72 | |
| 193.90 | 193.90 | 1546.12 |
| 193,85 | 1546,52 | |
| 193.80 | 193.80 | 1546,92 |
| 193,75 | 1547,32 | |
| 193.70 | 193.70 | 1547,72 |
| 193,65 | 1548.11 | |
| 193.60 | 193.60 | 1548,51 |
| 193,55 | 1548,91 | |
| 193.50 | 193.50 | 1549,32 |
| 193.45 | 1549,72 | |
| 193.40 | 193.40 | 1550.12 |
| 193,35 | 1550,52 | |
| 193.30 | 193.30 | 1550,92 |
| 193,25 | 1551,32 | |
| 193.20 | 193.20 | 1551,72 |
| 193.15 | 1552.12 | |
| 193.10 | 193.10 | 1552,52 |
| 193.05 | 1552,93 | |
| 193,00 | 193,00 | 1533,33 |
| 192,95 | 1553,73 | |
| 192.90 | 192.90 | 1554.13 |
| 192,85 | 1554,54 | |
| 192,80 | 192,80 | 1554,94 |
| 192,75 | 1555,34 | |
| 192.70 | 192.70 | 1555,75 |
| 192,65 | 1556.15 | |
| 192.60 | 192.60 | 1556,55 |
| 192,55 | 1556,96 | |
| 192,50 | 192,50 | 1557,36 |
| 192.45 | 1557,77 | |
| 192.40 | 192.40 | 1558,17 |
| 192.35 | 1558,58 | |
| 192.30 | 192.30 | 1558,98 |
| 192,25 | 1559,39 | |
| 192.20 | 192.20 | 1559,79 |
| 192.15 | 1560,20 | |
| 192.10 | 192.10 | 1560,61 |
DWDM trong mạng
Một mạng SDH điển hình sẽ có hai sợi ở mỗi bên của mỗi nút, một sợi để truyền đến neighbor on và một cái để nhận từ nó neighbor on.
Mặc dù việc có hai sợi giữa một trang nghe có vẻ không quá tệ, nhưng trên thực tế, có thể sẽ có nhiều hệ thống chạy giữa các trang, mặc dù chúng không tạo thành một phần của cùng một mạng.
Chỉ với hai mạng được hiển thị ở trên, giờ đây cần có bốn sợi giữa các vị trí C & D, và việc đặt giữa các vị trí là cực kỳ tốn kém. Đây là lúc mạng DWDM phát huy tác dụng.
Sử dụng hệ thống DWDM, số lượng sợi cần thiết giữa các vị trí C & D được giảm xuống một sợi duy nhất. Thiết bị DWDM hiện đại có thể ghép kênh lên đến 160 kênh, tiết kiệm đáng kể đầu tư cáp quang. Bởi vì thiết bị DWDM chỉ hoạt động với tín hiệu vật lý, nó hoàn toàn không ảnh hưởng đến lớp SDH của mạng. Tín hiệu SDH không bị kết thúc hoặc bị gián đoạn, liên quan đến mạng SDH. Vẫn có một kết nối trực tiếp giữa các trang web.
Mạng DWDM độc lập với giao thức. Chúng vận chuyển các bước sóng ánh sáng và không hoạt động ở lớp giao thức.
Hệ thống DWDM có thể tiết kiệm số tiền lớn cho các nhà khai thác mạng khi lắp đặt cáp quang, thậm chí nhiều hơn trên những khoảng cách xa. Sử dụng bộ khuếch đại quang học, có thể truyền tín hiệu DWDM đến khoảng cách xa.
Bộ khuếch đại nhận tín hiệu DWDM đa bước sóng và chỉ cần khuếch đại tín hiệu đó để đến vị trí tiếp theo.
Một op-amp sẽ khuếch đại lambdas màu đỏ hoặc xanh lam, nếu nó đang khuếch đại lambdas màu đỏ, nó sẽ loại bỏ các kênh màu xanh lam đã nhận và ngược lại. Để khuếch đại theo cả hai hướng, cần có một trong cả hai loại bộ khuếch đại.
Để hệ thống DWDM hoạt động tốt, các bước sóng đến bộ khuếch đại quang phải được cân bằng.
Điều này liên quan đến việc thiết lập tất cả các nguồn quang đến cho hệ thống DWDM thành các mức công suất quang tương tự. Các bước sóng chưa được cân bằng có thể xuất hiện lỗi khi thực hiện lưu lượng.
Một số nhà sản xuất thiết bị DWDM hỗ trợ kỹ thuật viên hiện trường bằng cách đo công suất quang học của các kênh đến và đề xuất kênh nào cần điều chỉnh công suất.
Việc cân bằng các bước sóng có thể được thực hiện theo một số cách; Một bộ suy hao quang có thể được lắp giữa khung quản lý sợi quang và bộ ghép DWDM - một kỹ sư có thể điều chỉnh tín hiệu ở phía bộ ghép DWDM.
Ngoài ra, thiết bị nguồn có thể có bộ truyền quang đầu ra thay đổi, điều này cho phép kỹ sư điều chỉnh công suất quang thông qua phần mềm tại thiết bị nguồn.
Một số bộ ghép DWDM có bộ suy hao được tích hợp sẵn cho mọi kênh đã nhận, kỹ sư có thể điều chỉnh mọi kênh tại điểm truy cập DWDM.
Khi nhiều tần số ánh sáng truyền qua một sợi quang, một điều kiện được gọi là sự trộn lẫn bốn sóng có thể xảy ra. Các bước sóng ánh sáng mới được tạo ra trong sợi quang ở các bước sóng / tần số được xác định bởi tần số của các bước sóng ban đầu. Tần số của bước sóng mới được cho bởi f123 = f1 + f2 - f3.
Sự hiện diện của các bước sóng có thể ảnh hưởng xấu đến tỷ lệ tín hiệu quang trên nhiễu trong sợi quang và ảnh hưởng đến BER của lưu lượng trong một bước sóng.
LINH KIỆN WDM
Các thành phần WDM dựa trên các nguyên tắc quang học khác nhau. Các hình đưa ra dưới đây mô tả một liên kết WDM duy nhất. Các tia laser DFB được sử dụng làm máy phát, một máy phát cho mỗi bước sóng. Bộ ghép kênh quang kết hợp các tín hiệu này vào sợi truyền. Bộ khuếch đại quang được sử dụng để bơm công suất tín hiệu quang lên, bù đắp cho những tổn thất của hệ thống.
Ở phía máy thu, bộ tách kênh quang tách từng bước sóng, để đưa đến máy thu quang ở cuối liên kết quang. Các tín hiệu quang học được thêm vào hệ thống bằng các ADM quang học (OADM).
Các thiết bị quang học này tương đương với các ADM kỹ thuật số, chỉnh sửa và phân tách tín hiệu quang dọc theo đường truyền. OADM thường được làm bằng lưới dẫn sóng dạng mảng (AWG), mặc dù các công nghệ quang học khác, chẳng hạn như lưới cáp quang, cũng đã được sử dụng.
Một thành phần chính của WDM là công tắc quang học. Thiết bị này có khả năng chuyển đổi tín hiệu quang từ một cổng đầu vào nhất định sang một cổng đầu ra nhất định. Nó tương đương với một xà ngang điện tử. Bộ chuyển mạch quang cho phép cấu tạo mạng quang, do đó, một tín hiệu quang nhất định có thể được định tuyến tới đích thích hợp của nó.
Một thành phần quang học quan trọng khác là bộ chuyển đổi bước sóng. Bộ chuyển đổi bước sóng là thiết bị chuyển đổi tín hiệu quang đến ở một bước sóng nhất định thành một tín hiệu khác có bước sóng khác, duy trì cùng một nội dung kỹ thuật số. Khả năng này rất quan trọng đối với mạng WDM vì nó cung cấp tính linh hoạt hơn trong việc định tuyến các tín hiệu quang trên toàn mạng.
MẠNG VẬN TẢI QUANG
Mạng WDM được xây dựng bằng cách kết nối các nút kết nối chéo bước sóng (WXC) trong một cấu trúc liên kết nhất định được lựa chọn. WXC được thực hiện bởi bộ ghép kênh bước sóng và bộ phân kênh, bộ chuyển mạch và bộ chuyển đổi bước sóng.
Hình dưới đây mô tả một kiến trúc nút WXC chung.
Các tín hiệu quang, được ghép trong cùng một sợi quang, đến bộ phân kênh quang. Tín hiệu được phân tách thành một số sóng mang bước sóng của nó, và được gửi đến một ngân hàng chuyển mạch quang. Các bộ chuyển mạch quang định tuyến một số tín hiệu bước sóng thành một ngân hàng đầu ra.
Bộ ghép kênh, nơi các tín hiệu được ghép và đưa vào các sợi đi để truyền. Bộ chuyển đổi bước sóng có thể được sử dụng giữa bộ chuyển mạch quang và bộ ghép kênh đầu ra để cung cấp tính linh hoạt hơn cho việc định tuyến. WXC đã được nghiên cứu trong một số năm. Khó khăn với WXC là nhiễu xuyên âm và tỷ lệ tắt.
Nút kết nối chéo theo bước sóng
Mạng truyền tải quang (OTN) là mạng WDM cung cấp dịch vụ vận chuyển qua các đường dẫn ánh sáng. Đường dẫn ánh sáng là một đường ống băng thông cao mang dữ liệu lên đến vài gigabit mỗi giây. Tốc độ của đường truyền ánh sáng được xác định bởi công nghệ của các thành phần quang học (laze, bộ khuếch đại quang học, v.v.). Tốc độ theo thứ tự STM-16 (2488,32 Mbps) và STM-64 (9953,28 Mbps) hiện có thể đạt được.
Một OTN bao gồm các nút WXC, cùng với một hệ thống quản lý, điều khiển việc thiết lập và chia nhỏ đường dẫn ánh sáng thông qua các chức năng giám sát như giám sát các thiết bị quang học (bộ khuếch đại, bộ thu), khôi phục lỗi, v.v. Việc thiết lập và chia nhỏ các đường dẫn ánh sáng phải được thực hiện trên một quy mô thời gian lớn như hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày, vì mỗi đường dẫn đều cung cấp dung lượng băng thông đường trục.
Có rất nhiều sự linh hoạt trong cách triển khai các OTN, tùy thuộc vào các dịch vụ vận tải sẽ được cung cấp. Một trong những lý do cho sự linh hoạt này là hầu hết các thành phần quang học đều trong suốt đối với mã hóa tín hiệu. Chỉ ở ranh giới của lớp quang học, nơi tín hiệu quang học cần được chuyển đổi trở lại miền điện tử, thì mã hóa mới quan trọng.
Do đó, các dịch vụ quang trong suốt để hỗ trợ các công nghệ mạng điện tử cũ khác nhau, chẳng hạn như SDH, ATM, IP và chuyển tiếp khung, chạy trên lớp quang, là một kịch bản có thể xảy ra trong tương lai.
Lớp quang học được chia thành ba lớp con -
Mạng lớp kênh quang, giao tiếp với các máy khách OTN, cung cấp các kênh quang (OChs).
Mạng lớp ghép kênh quang, ghép nhiều kênh khác nhau thành một tín hiệu quang duy nhất.
Mạng lớp phần truyền dẫn quang, cung cấp việc truyền tín hiệu quang qua sợi quang.
ĐỊNH DẠNG KHUNG OTN
Tương tự như việc sử dụng khung SDH, truy cập vào OCh được mong đợi thông qua khung OC, khung này hiện đã được xác định. Kích thước khung cơ bản tương ứng với tốc độ STM-16 hoặc 2488,32 Mbps, tạo thành tín hiệu OCh cơ bản. Hình sau mô tả một định dạng khung OCh có thể có.
Khung kênh quang
Vùng ngoài cùng bên trái của khung (được hiển thị trong Hình bên dưới) được dành riêng cho các byte trên đầu. Các byte này sẽ được sử dụng cho các hàm OAM & P, tương tự như các byte trên đầu của khung SDH, đã thảo luận trước đó.
Tuy nhiên, các chức năng bổ sung có thể sẽ được hỗ trợ, chẳng hạn như cung cấp các sợi tối (đặt trước bước sóng giữa hai điểm cuối cho một người dùng) và APS dựa trên bước sóng. Vùng ngoài cùng bên phải của khung được dành riêng cho chương trình sửa lỗi chuyển tiếp (FEC) được thực hiện trên tất cả dữ liệu tải trọng. FEC trên lớp truyền dẫn quang làm tăng độ dài khoảng tối đa và giảm số lượng bộ lặp. Có thể sử dụng mã Reed-Solomon.
Một số OChs phải được ghép kênh với nhau trong miền quang, để tạo thành tín hiệu bộ ghép kênh quang (OMS). Điều này song song với việc ghép nhiều khung STM-1 thành định dạng khung STM-N SDH. Nhiều OChs có thể được ghép để tạo thành OMS.
Tín hiệu khách quang được đặt trong tín hiệu tải trọng OCh. Tín hiệu máy khách không bị hạn chế bởi định dạng khung OCh. Thay vào đó, tín hiệu máy khách được yêu cầu chỉ là tín hiệu kỹ thuật số tốc độ bit không đổi. Định dạng của nó cũng không liên quan đến lớp quang học.
NHẪN WDM
Về mặt khái niệm, vòng WDM không khác nhiều so với vòng SDH. Các WXC được kết nối với nhau trong một cấu trúc liên kết vòng, tương tự như các ADM SDH trong một vòng SDH. Sự khác biệt chính về kiến trúc giữa vòng SDH và vòng WDM bắt nguồn từ khả năng chuyển đổi và chuyển đổi bước sóng của WXC.
Ví dụ, các tính năng này có thể được sử dụng để cung cấp các mức bảo vệ không song song trong công nghệ SDH. Nói cách khác, có thể cung cấp bảo vệ theo bước sóng hoặc đường dẫn ánh sáng, ngoài bảo vệ đường dẫn và đường truyền.
Các giao thức APS quang cũng phức tạp như các APS SDH. Bảo vệ có thể được cung cấp ở mức OCh hoặc mức phần ghép kênh quang / phần truyền dẫn quang. Một số khả năng bảo vệ bổ sung có thể được thực hiện mà không cần song song trong các vòng SDH. Ví dụ, một đường dẫn ánh sáng bị lỗi (ví dụ như lỗi laser) có thể được sửa bằng cách chuyển đổi tín hiệu quang từ một bước sóng nhất định thành một bước sóng khác, tránh việc định tuyến lại tín hiệu.
Điều này tương đương với chuyển mạch khoảng trong SDH, với sự khác biệt là ngay cả hai vòng WDM sợi quang cũng có thể cung cấp khả năng bảo vệ OCh như vậy. Tuy nhiên, trong lớp OMS, bảo vệ nhịp sẽ yêu cầu bốn vòng sợi quang, như trong SDH. Các tính năng bổ sung này chắc chắn sẽ làm tăng thêm độ phức tạp trong các giao thức APS lớp quang.
Khi vòng WDM lên, các đường dẫn ánh sáng cần được thiết lập phù hợp với kiểu lưu lượng được hỗ trợ.
MẠNG WDM MESH
Mạng WDM dạng lưới được xây dựng với các thành phần quang học giống như các vòng WDM. Tuy nhiên, các giao thức được sử dụng trong mạng lưới khác với các giao thức được sử dụng trong các vòng. Ví dụ, bảo vệ trong mạng lưới là một đề xuất phức tạp hơn cũng như vấn đề định tuyến và gán bước sóng trong mạng lưới WDM.
Mạng lưới có khả năng là cơ sở hạ tầng xương sống kết nối các vòng WDM. Một số kết nối này dự kiến là quang học, tránh tắc nghẽn quang học / điện tử và mang lại sự minh bạch. Những người khác sẽ yêu cầu chuyển đổi tín hiệu quang học thành miền điện tử để quản lý giám sát và có lẽ cho mục đích thanh toán. Hình dưới đây mô tả một mạng WDM.
Infrastructure - Trong hình này, ba lớp cấu trúc liên kết sau được hiển thị:
- Truy cập mạng
- Mạng khu vực
- Mạng đường trục
Cơ sở hạ tầng mạng WDM
Cả vòng SDH và mạng quang thụ động (PON) làm mạng truy nhập đều được bao gồm. Chúng thường dựa trên một bus, hoặc cấu trúc liên kết hình sao và giao thức điều khiển truy cập phương tiện (MAC) được sử dụng để điều phối việc truyền giữa những người dùng. Không có chức năng định tuyến nào được cung cấp trong các mạng như vậy.
Những kiến trúc này thực tế cho các mạng hỗ trợ tối đa vài trăm người dùng trong khoảng cách ngắn. Mặc dù PON là mạng ít tốn kém hơn các vòng WDM, do thiếu các thành phần tích cực và các tính năng như định tuyến bước sóng, các laser cần thiết tại các nguồn PON làm cho thế hệ đầu tiên của thiết bị này vẫn đắt hơn các vòng SDH. Điều này ủng hộ giải pháp SDH ở cấp độ mạng truy cập, ít nhất là trong tương lai gần.
Mạng đường trục chứa các thành phần quang hoạt động, do đó cung cấp các chức năng như chuyển đổi bước sóng và định tuyến. Các mạng đường trục sẽ phải giao tiếp bằng cách nào đó với các công nghệ truyền tải kế thừa, chẳng hạn như ATM, IP, PSTN và SDH.
Kịch bản tổng thể được mô tả trong Hình sau. Một số loại giao diện liên quan trong hình.
Lớp phủ Mạng truyền tải WDM mang Lưu lượng ATM / IP.
Đóng gói khung SDH
Khung OCh phải được xác định để có thể dễ dàng thực hiện việc đóng gói khung SDH. Ví dụ, toàn bộ STM-16xc phải được vận chuyển dưới dạng trọng tải OCh. Nếu sử dụng kênh quang STM-16 cơ bản, có thể không đóng gói SDH-16xc vào kênh quang STM-16 do các byte trên không OCh.
Định dạng khung OCh hiện đang được xác định. Hình sau minh họa việc đóng gói khung SDH vào khung OCh.
Giao diện SDH sang WDM
Thiết bị WDM có giao diện SDH vật lý sẽ truyền tín hiệu quang đến thiết bị SDH. Các giao diện này phải tương thích ngược với công nghệ SDH. Do đó, thiết bị SDH không cần biết về công nghệ WDM được sử dụng để truyền tín hiệu của nó (ví dụ: thiết bị có thể thuộc về một vòng BLSR / 4).
Trong trường hợp này, WXC sẽ giảm và thêm vào môi trường quang bước sóng ban đầu được sử dụng trong vòng SDH. Bằng cách này, các lớp WDM và SDH được tách rời hoàn toàn, điều này cần thiết cho khả năng tương tác WDM với thiết bị cũ SDH.
Điều này đặt ra những hạn chế bổ sung đối với việc lựa chọn bước sóng trong lớp quang học, vì bước sóng bước sóng cuối cùng, một giao diện với thiết bị SDH, phải là bước sóng được thiết bị SDH sử dụng để kết thúc đường truyền quang, nếu không cung cấp chuyển đổi bước sóng trong thiết bị SDH.
Một liên kết WDM
| Công nghệ | Phát hiện | Sự phục hồi | Chi tiết | |
|---|---|---|---|---|
| WDM | WDM-OMS / OCH | 1-10ms | 10-30ms | Ring / PP |
| SDH | SDH | 0,1ms | 50ms | Nhẫn |
| APS 1 + 1 | 0,1ms | 50ms | PP | |
| ATM | FDDI | 0,1ms | 10ms | Nhẫn |
| STM | 0,1ms | 100ms | ||
| ATM PV-C / P 1 + 1 | 0,1ms | 10msxN | Chờ N = # bước nhảy | |
| ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P | 40s | 1-10 giây | ||
| IP | Giao thức cửa khẩu biên giới | 180ms | 10-100 giây | |
| Giao thức định tuyến cổng nội bộ và E-OSPF | 40s | 1-10 giây | ||
| Hệ thống trung gian | 40s | 1-10 giây | ||
| Định tuyến giao thức Internet | 180s | 100s |
Theo Bảng hiển thị ở trên, mặc dù khôi phục trong WDM nhanh hơn so với công nghệ SDH, nhưng việc phát hiện lỗi trong WDM lại chậm hơn. Lớp phủ an toàn hơn của các cơ chế bảo vệ WDM / SDH yêu cầu một sơ đồ bảo vệ WDM nhanh hơn. Ngoài ra, các APS SDH có thể bị chậm lại một cách giả tạo nếu các máy khách SDH có thể chịu được sự suy giảm hiệu suất do các quy trình đó gây ra.
Việc khôi phục lỗi không cần thiết ở các lớp cao hơn có thể gây mất ổn định tuyến đường và tắc nghẽn giao thông; do đó, nó nên được tránh bằng mọi giá. Kiểm tra độ bền của lỗi có thể được sử dụng ở các lớp cao hơn để tránh phản ứng sớm với các lỗi ở các lớp thấp hơn.
Việc khôi phục lỗi tại lớp con OMS có thể thay thế các quy trình khôi phục của một số trường hợp tín hiệu SDH được phục vụ bởi lớp quang. Do đó, một số lượng lớn khách hàng SDH tiềm năng không bị bắt đầu các quy trình khôi phục lỗi ở các lớp của chúng. Do đó, một lần khôi phục lỗi duy nhất tại lớp con OMS quang học có thể dự phòng hàng trăm.
Sự phát triển hướng tới một Mạng truyền tải toàn quang
Quá trình phát triển theo hướng mạng WDM toàn quang có khả năng xảy ra dần dần. Đầu tiên, các thiết bị WXC sẽ được kết nối với các sợi hiện có. Một số thành phần bổ sung có thể cần thiết trong liên kết quang, chẳng hạn như EDFA, để tạo các liên kết cáp quang kế thừa phù hợp với công nghệ WDM. WXC sẽ giao tiếp với thiết bị cũ, chẳng hạn như SDH và giao diện dữ liệu phân tán sợi quang (FDDI).
Điểm cộng của mạng truyền tải trong suốt toàn quang là việc chuyển các chức năng SDH sang lớp trên (IP / ATM) hoặc bên dưới (WDM) SDH có thể xảy ra, giúp tiết kiệm về khả năng nâng cấp và bảo trì mạng. Việc tổ chức lại lớp như vậy có thể ảnh hưởng đến mạng truyền tải, giả sử rằng lưu lượng truy cập thời gian thực, bao gồm cả thoại, được nhịp độ (IP / ATM). Điều này có thể dẫn đến sự tuyệt chủng của các tín hiệu SDH của VC.
Một vấn đề quan trọng sau đó sẽ là làm thế nào để đóng gói hiệu quả nhất các gói vào SDH, hoặc thậm chí trực tiếp vào khung OCh. Bất kể phương pháp đóng gói mới nào xuất hiện, khả năng tương thích ngược với IP / PPP / HDLC và đóng gói ATM là điều bắt buộc.
DWDM sử dụng một tập hợp độ dài sóng quang (hoặc kênh) khoảng 1.553 nm với khoảng cách kênh là 0,8 nm (100 GHz), mỗi bước sóng có thể mang thông tin lên đến 10 Gbps (STM 64). Hơn 100 kênh như vậy có thể được kết hợp và truyền trên một sợi quang duy nhất. Các nỗ lực đang được thực hiện để siết chặt các kênh hơn nữa và tăng tốc độ bit dữ liệu trên mỗi kênh.
Theo thử nghiệm, việc truyền 80 kênh, mỗi kênh mang 40 Gbps (tương đương 3,2 Tbits / giây) trên một sợi quang duy nhất đã được thử nghiệm thành công trên chiều dài 300 km. Việc triển khai mạng quang DWDM dựa trên điểm-điểm và dựa trên vòng yêu cầu loại phần tử mạng mới hơn có thể thao tác tín hiệu trong quá trình chạy mà không cần chuyển đổi OEO tốn kém. Bộ khuếch đại quang học, bộ lọc, bộ ghép kênh bổ sung quang học, bộ ghép kênh khử ghép kênh và kết nối chéo quang học là một số yếu tố mạng thiết yếu. MEMS đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế và phát triển các phần tử mạng đó.
MEMS là từ viết tắt của Micro Electro Mechanical Systems. Nó được sử dụng để tạo ra các thiết bị siêu thu nhỏ, có kích thước từ vài micron đến vài cm. Chúng khá giống với vi mạch, nhưng có khả năng tích hợp các bộ phận cơ học chuyển động trên cùng một chất nền.
Công nghệ MEMS có nguồn gốc từ ngành công nghiệp bán dẫn. Chúng được chế tạo bằng quy trình chế tạo hàng loạt tương tự như VLSI. MEMS điển hình là một hệ thống vi mô tích hợp trên chip có thể kết hợp các bộ phận cơ học chuyển động ngoài các yếu tố điện, quang học, chất lỏng, hóa học và y sinh.
Về mặt chức năng, MEMS bao gồm nhiều cơ chế truyền khác nhau để chuyển đổi tín hiệu từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác.
Nhiều loại cảm biến vi mô và thiết bị truyền động vi mô khác nhau có thể được tích hợp với, xử lý tín hiệu, hệ thống con quang học và vi tính toán để tạo thành một hệ thống chức năng hoàn chỉnh trên một con chip. Khả năng đặc trưng của MEMS là bao gồm các bộ phận cơ khí chuyển động trên cùng một chất nền.
Do kích thước nhỏ, có thể sử dụng MEMS ở những nơi hầu như không thể đặt các thiết bị cơ khí; chẳng hạn như bên trong mạch máu của cơ thể người. Thời gian chuyển đổi và phản hồi của các thiết bị MEMS cũng ít hơn so với các máy thông thường và chúng tiêu thụ ít điện năng hơn.
Ứng dụng MEMS
Ngày nay, MEMS đang được ứng dụng trong mọi lĩnh vực. Viễn thông, khoa học sinh học và cảm biến là những người hưởng lợi chính. Các cảm biến chuyển động, gia tốc và ứng suất dựa trên MEMS đang được triển khai đại trà trong máy bay và tàu vũ trụ để tăng độ an toàn và độ tin cậy. Vệ tinh Pico (nặng khoảng 250 gm) được phát triển như một thiết bị kiểm tra, liên lạc và giám sát. Chúng sử dụng các hệ thống dựa trên MEMS làm trọng tải cũng như để kiểm soát quỹ đạo của chúng. MEMS được sử dụng trong đầu phun của máy in phun và đầu đọc / ghi của ổ đĩa cứng. Ngành công nghiệp ô tô đang sử dụng MEMS trong 'hệ thống phun nhiên liệu' và cảm biến túi khí.
Các kỹ sư thiết kế đang đưa MEMS vào các thiết kế mới của họ để cải thiện hiệu suất sản phẩm của họ. Nó làm giảm chi phí và thời gian sản xuất. Tích hợp nhiều chức năng vào MEMS cung cấp mức độ thu nhỏ cao hơn, số lượng thành phần thấp hơn và tăng độ tin cậy.
Kỹ thuật thiết kế và chế tạo
Trong vài thập kỷ gần đây, ngành công nghiệp bán dẫn đã phát triển đến mức trưởng thành. Sự phát triển MEMS được hưởng lợi phần lớn bởi công nghệ này. Ban đầu, các kỹ thuật và vật liệu được sử dụng để thiết kế và chế tạo mạch tích hợp (IC) được vay mượn trực tiếp để phát triển MEMS, nhưng hiện nay nhiều kỹ thuật chế tạo dành riêng cho MEMS đang được phát triển. Vi gia công bề mặt, vi gia công số lượng lớn, khắc ion phản ứng sâu (DRIE) và khuôn vi mô là một số kỹ thuật chế tạo MEMS tiên tiến.
Sử dụng micromachining method, các lớp polysilicon khác nhau, thường dày từ 1-100 mm, được lắng đọng để tạo thành một cấu trúc ba chiều có dây dẫn kim loại, gương và các lớp cách nhiệt. Quá trình khắc chính xác loại bỏ một cách có chọn lọc lớp màng bên dưới (lớp hy sinh) để lại một lớp màng phủ được gọi là lớp cấu trúc có khả năng chuyển động cơ học.
Surface micromachiningđược sử dụng để sản xuất nhiều loại thiết bị MEMS với khối lượng thương mại. Có thể nhìn thấy các lớp polysilicon và kim loại trước và sau quá trình khắc.
Bulk micromachininglà một quá trình được sử dụng rộng rãi khác để tạo thành các thành phần chức năng cho MEMS. Một tinh thể silicon đơn được tạo mẫu và định hình để tạo thành các bộ phận ba chiều có độ chính xác cao như kênh, bánh răng, màng, vòi phun, v.v. Những thành phần này được tích hợp với các bộ phận và hệ thống con khác để tạo ra MEMS hoàn toàn chức năng.
Một số khối xây dựng được tiêu chuẩn hóa để xử lý MEMS và các thành phần MEMS là các quy trình MEMS đa người dùng (MUMP). Đây là những nền tảng của một nền tảng dẫn đến cách tiếp cận dành riêng cho ứng dụng đối với MEMS, rất giống với cách tiếp cận dành riêng cho ứng dụng (ASIC), đã rất thành công trong ngành vi mạch tích hợp.
Tất cả các mạng DWDM quang học và MEMS
Các chuyên gia viễn thông ngày nay đang phải đối mặt với thách thức chưa từng có trong việc đáp ứng mảng dịch vụ băng thông cao ngày càng mở rộng trong các mạng viễn thông. Nhu cầu băng thông đang tăng lên theo cấp số nhân do sự mở rộng của Internet và các dịch vụ hỗ trợ Internet. Sự xuất hiện của Ghép kênh phân chia theo bước sóng dày đặc (DWDM) đã giải quyết sự khan hiếm công nghệ này và thay đổi hoàn toàn tính kinh tế của mạng quang lõi.
DWDM sử dụng một tập hợp các bước sóng quang (hoặc kênh) khoảng 1553 nm với khoảng cách kênh là 0,8 nm (100 GHz), mỗi bước sóng có thể mang thông tin lên đến 10 Gbps (STM 64). Hơn 100 kênh như vậy có thể được kết hợp và truyền trên một sợi quang duy nhất. Các nỗ lực đang được thực hiện để siết chặt các kênh hơn nữa và tăng tốc độ bit dữ liệu trên mỗi kênh.
Theo thực nghiệm, việc truyền 80 kênh, mỗi kênh truyền 40 Gbits / giây (tương đương 3,2 Tbits / giây) trên một sợi quang duy nhất đã được thử nghiệm thành công trên quãng đường dài 300 km. Việc triển khai mạng quang DWDM dựa trên điểm-điểm và dựa trên vòng yêu cầu loại phần tử mạng mới hơn có thể thao tác tín hiệu trong quá trình chạy mà không cần chuyển đổi OEO tốn kém. Bộ khuếch đại quang học, bộ lọc, bộ ghép kênh giảm thêm quang học, bộ ghép kênh và kết nối chéo quang học là một số yếu tố mạng thiết yếu. MEMS đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế và phát triển các phần tử mạng đó. Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về Add Drop Mux (OADM) và Optical Cross Connect (OXC).
Đột phá trong chuyển mạch quang học
Một công tắc quang học dựa trên MEMS thực tế đã được các nhà khoa học tại Bell Labs chứng minh vào năm 1999. Nó hoạt động giống như một thanh bập bênh có gương siêu nhỏ được mạ vàng ở một đầu. Một lực tĩnh điện kéo đầu còn lại của thanh xuống, nâng gương phản xạ ánh sáng theo một góc vuông. Do đó, ánh sáng tới di chuyển từ sợi này sang sợi kia.
Thành công công nghệ trên thực tế là một khối xây dựng của nhiều loại thiết bị và hệ thống, chẳng hạn như bộ ghép / ghép bước sóng, bộ chuyển mạch cung cấp quang, kết nối chéo quang và bộ cân bằng tín hiệu WDM.
Bộ ghép kênh thêm giọt quang
Tương tự như mạng SDH / SONET dựa trên vòng, các mạng dựa trên DWDM toàn quang đang bắt đầu phát triển. Tính ưu việt của mạng dựa trên vòng so với mạng lưới đã được các nhà thiết kế mạng SDH thiết lập. Trong vòng toàn quang, các băng thông (ls) có thể được dành riêng cho mục đích bảo vệ. Bộ ghép kênh bổ sung quang học (OADM) có chức năng tương tự như Bộ ghép kênh bổ sung thêm giọt SDH / SONET (ADM). Có thể thêm hoặc bớt một nhóm các bước sóng đã chọn (ls) từ tín hiệu ánh sáng đa bước sóng. OADM loại bỏ việc chuyển đổi OEO (quang sang điện và ngược) tốn kém.
Ma trận hai chiều của công tắc Quang học như mô tả ở trên được sử dụng để chế tạo OADM như vậy cung cấp rất ít tính linh hoạt. Mặt khác, Add Drop Multiplexers (R-OADM) có thể cấu hình lại cho phép hoàn toàn linh hoạt. Bất kỳ kênh nào đi qua đều có thể được truy cập, bỏ qua hoặc có thể thêm các kênh mới. Bước sóng của một kênh cụ thể có thể được thay đổi để tránh bị chặn. Công tắc quang học hoặc OADM loại này được gọi là công tắc 2D hoặc N2 vì số lượng phần tử chuyển mạch cần thiết bằng bình phương của số cổng và vì ánh sáng chỉ nằm trong một mặt phẳng có hai chiều.
OADM tám cổng yêu cầu 64 vi gương riêng lẻ với sự điều khiển của chúng trên thiết bị MEMS. Nó khá giống với công tắc 'thanh chéo' được sử dụng trong tổng đài điện thoại.
Công tắc quang học của loại này đã trải qua các thử nghiệm cơ học và quang học nghiêm ngặt. Suy hao chèn trung bình nhỏ hơn 1,4 db với độ lặp lại tuyệt vời ± 0,25 db trong hơn 1 triệu chu kỳ. OADM loại 2D / N2 có cấu hình lớn hơn 32 × 32 (1024 gương chuyển mạch) trở nên thực tế không thể quản lý được và không kinh tế. Nhiều lớp vải chuyển đổi nhỏ hơn được sử dụng để tạo ra cấu hình lớn hơn.
Kết nối chéo quang học
Hạn chế của chuyển mạch quang loại 2D đã được khắc phục bằng công nghệ chuyển mạch quang chưa sáng tạo của Bell Labs. Nó được gọi là‘Free Space 3-D MEMS’ hoặc là ‘Light Beam Steering’. Nó sử dụng một loạt các vi gương kép làm bộ chuyển mạch quang học. Gương vi mô được gắn trên một trong các trục của một bộ vòng gimbal ghép chéo, thông qua một bộ lò xo xoắn. Sự sắp xếp này cho phép gương di chuyển dọc theo hai trục vuông góc với bất kỳ góc nào mong muốn. Gương được kích hoạt bởi lực tĩnh điện tác dụng ở bốn góc phần tư bên dưới gương. Bộ phận vi gương hoàn chỉnh được tái tạo bằng công nghệ MEMS để tạo thành 'kết cấu chuyển mạch' gồm 128 hoặc 256 vi gương.
Một mảng các sợi đầu vào chuẩn trực được căn chỉnh với một bộ gương có thể định hướng lại ánh sáng bằng cách nghiêng gương theo trục X và Y sang bộ gương thứ hai được căn chỉnh với sợi đầu ra chuẩn trực. Bằng cách nhắm chính xác một bộ gương trên các sợi đầu vào và đầu ra, kết nối ánh sáng mong muốn có thể được thực hiện. Quá trình này được gọi là 'lái tia sáng'.
Thời gian chuyển đổi của công tắc 3D MEMS nhỏ hơn 10 ms và các vi gương cực kỳ ổn định. Kết nối chéo quang dựa trên công nghệ này cung cấp nhiều lợi thế độc đáo khác nhau so với kết nối chéo loại OEO. OXC có dung lượng cao, có thể mở rộng, tốc độ bit dữ liệu thực sự và không phụ thuộc vào định dạng dữ liệu. Nó định tuyến các kênh quang một cách thông minh mà không cần chuyển đổi OEO tốn kém. Dấu chân và tiêu thụ điện năng thấp là những lợi thế bổ sung của công nghệ chuyển mạch toàn quang.
Các hệ thống WDM ban đầu vận chuyển hai hoặc bốn bước sóng có khoảng cách rộng rãi. WDM và các công nghệ “tiếp nối” của CWDM và DWDM đã phát triển vượt ra ngoài giới hạn ban đầu này.
WDM
Các hệ thống WDM thụ động, truyền thống được phổ biến rộng rãi với 2, 4, 8, 12 và 16 kênh là cách triển khai bình thường. Kỹ thuật này thường có giới hạn về khoảng cách dưới 100 km.
CWDM
Ngày nay, WDM thô (CWDM) thường sử dụng khoảng cách 20 nm (3000 GHz) lên đến 18 kênh. Khuyến nghị CWDM ITU-T G.694.2 cung cấp một lưới các bước sóng cho khoảng cách mục tiêu lên đến khoảng 50 km trên các sợi đơn mode như được chỉ định trong Khuyến nghị ITU-T G.652, G.653 và G.655. Lưới CWDM được tạo thành từ 18 bước sóng được xác định trong phạm vi 1270 nm đến 1610 nm cách nhau 20 nm.
DWDM
Khoảng cách phổ biến WDM dày đặc có thể là 200, 100, 50 hoặc 25 GHz với số lượng kênh lên đến 128 kênh trở lên ở khoảng cách vài nghìn km với sự khuếch đại và tái tạo dọc theo một tuyến đường như vậy.