Các Kiến Trúc Mạng Được Dùng Trong Fso Mặt Đất

- Giữ thẳng hướng phát-thu khi tòa nhà dao động

Giữ thẳng hướng giữa khối phát và khối thu là rất quan trọng nhằm đảm bảo sự thành công của việc truyền tín hiệu. Đây thực sự là vấn đề phức tạp khi sử dụng búp sóng hẹp phân tán góc và tầm nhìn (FOV). Sự dãn nhiệt của các phần khung tòa nhà hoặc những trận động đất yếu có thể gây ra sự lệch hướng. Trong khi sự dãn nhiệt có đặc tính chu kỳ theo ngày hoặc mùa thì động đất lại không thể dự đoán được. Một nguyên nhân gây ra sự lệch hướng nữa là gió, đặc biệt khi các thiết bị thu phát được đặt trên các tòa nhà cao. Sự dao động của tòa nhà là một quá trình ngẫu nhiên làm ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống và gây ra lỗi.

- Sự an toàn cho mắt

Với sự gia tăng của các hệ thống truyền thông quang vô tuyến sử dụng các búp laser hướng về các vùng dân cư mật độ cao, sự an toàn cho mắt là vấn đề đáng được quan tâm. Những hệ thống FSO này phải an toàn đối với mắt, có nghĩa là chúng phải không gây nguy hiểm cho những người vô tình gặp phải các búp sóng quang. Yêu cầu này rò ràng sẽ tạo ra giới hạn trên cho cường độ búp sóng phát của laser. Khi thiết kế các hệ thống thông tin quang, người thiết kế phải đảm bảo rằng các bức xạ quang phải an toàn và không được gây ra bất cứ tác hại nào cho những người mà tiếp xúc với nó. Các tia bức xạ quang có thể gây tổn thương cho cả da và mắt, tuy nhiên tác hại đối với mắt là đáng ngại hơn cả bởi vì mắt có khả năng tập trung năng lượng quang. Mắt người có thể tập trung ánh sáng trong dải từ 0.4-1.4 μm. Những dải bước sóng khác có xu hướng bị hấp thụ bởi giác mạc của mắt trước khi năng lượng được tập trung.

1.2 Các kiến trúc mạng được dùng trong FSO mặt đất

Các hệ thống FSO có thể được thiết kế và làm việc trong bất kỳ cấu hình mạng nào, bao gồm cấu hình lưới, điểm – điểm, điểm – đa điểm, vòng. Việc này giúp cho các nhà cung cấp mạng khu vực đô thị dễ dàng xây dựng và mở rộng mạng tốc độ cao tới các khách hàng.

1.2.1 Kiến trúc mạng lưới

Một mạng lưới bao gồm một chuỗi các nút mạng được kết nối với nhau với mức độ dư thừa nhất định cho việc dự phòng. Trong những mạng kiểu này, mọi nút mạng đều được kết nối với các nút khác một cách trực tiếp hoặc thông qua một số chặng. Mức dư thừa trong mạng quyết định mức kết nối trong mạng. Do đó, số lượng nút mạng càng nhiều thì mức dư thừa kết nối càng lớn, khả năng đảm bảo liên lạc càng

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 72 trang tài liệu này.

Hình 1.4 Kiến trúc mạng lưới

1.2.2 Kiến Trúc Mạng Điểm – Đa Điểm

Kiến trúc điểm – đa điểm cung cấp kết nối với chi phí rẻ hơn và thuận tiện cho việc thêm nút mạng với chi phí về băng thông thấp hơn kiến trúc điểm – điểm.

Hình 1.5 Kiến trúc mạng điểm- đa điểm

Trong kiến trúc mạng điểm – đa điểm một nút mạng đóng vai trò như một nút khởi đầu và nhiều tuyến quang vô tuyến được bắt nguồn từ nút này. Phương pháp hiệu quả nhất là nối mỗi tuyến FSO tới một thiết bị lớp 2 hoặc lớp 3 đặt trong một phòng của tòa nhà. Sau đó các tuyến này được nối bằng sợi quang tới bộ chuyển mạch hoặc định tuyến đặt ở vị trí bất kỳ trong tòa nhà, có thể là tầng trên cùng hay ở một phòng khác.

1.2.3 Kiến Trúc Mạng Nhiều Tuyến Điểm – Điểm

Hình 1.6 Kiến trúc điểm- điểm

Kiến trúc mạng nhiều tuyến điểm – điểm thích hợp cho những trường hợp cần tạo ra một tuyến mở rộng vượt quá giới hạn cự ly hoặc bị bắt buộc phải rút ngắn cự ly tuyến quang do vấn đề thời tiết. Đây là kiểu kết nối giành riêng với khả năng cung cấp băng tần rộng hơn.

1.2.4 Kiến Trúc Mạng Vòng

Hình 1.7 Kiến trúc mạng vòng

Trong kiến trúc mạng vòng, các nút mạng nối với nhau thông qua các tuyến quang vô tuyến tạo thành vòng khép kín và có thể phân nhánh thành các tuyến điểm – điểm. Kiến trúc mạng vòng có độ tin cậy cao hơn kiến trúc điểm – điểm và điểm – đa điểm. Đồng thời, nó lại không phức tạp như kiến trúc mạng lưới.

1.3 Mô hình hệ thống FSO

Cũng giống như bất kỳ một hệ thống thông tin nào khác, một hệ thống FSO cũng bao gồm 3 thành phần cơ bản: máy phát, kênh truyền dẫn và máy thu.

Các thành phần chính trong hệ thống truyền thông quang không dây được minh họa như trong hình 1.8

Hình 1.8 Sơ đồ khối của hệ thống truyền thông quang không dây

1.3.1. Bộ phát

Dữ liệu đầu vào phía nguồn được truyền tới một đích ở xa. Phía nguồn có cơ chế điều chế sóng mang quang riêng, chẳng hạn như điều chế laser, tín hiệu quang sau đó sẽ được truyền đi qua kênh khí quyển. Các tham số của hệ thống phát quang là kích cỡ, công suất và chất lượng búp sóng, các tham số này xác định cường độ laser và góc phân kỳ nhỏ nhất có thể đạt được từ hệ thống. Phương thức điều chế được sử dụng rộng rãi tại bộ phát là điều chế cường độ (IM), trong đó cường độ phát xạ của nguồn quang sẽ được điều chế bởi số liệu cần truyền đi.

1.3.2 Kênh truyền

Kênh truyền của một hệ thống FSO là kênh truyền tự do có thể trong môi trường nước, không gian, khí quyển. Một kênh thông tin quang khác với kênh nhiễu Gauss thông thường đó là trong kênh thông tin quang, tín hiệu truyền đi x(t) thể hiện công suất chứ không phải biên độ. Điều này dẫn đến hai giới hạn về tín hiệu được truyền:

- tín hiệu truyền đi phải không âm;

- giá trị trung bình của tín hiệu truyền đi không được vượt quá giá trị cực đại của công suất phát.

1.3.3 Bộ thu

Tại phía thu, trường quang được tập trung lại và được tách, cùng với sự xuất hiện của xuyên nhiễu, méo tín hiệu, và bức xạ nền. Bên phía thu, các đặc tính quan trọng là kích cỡ độ mở (aperture size) và số lượng photon, những đặc tính này xác định lượng ánh sáng được tập trung và phạm vi tách trường quang của bộ tách quang.

1.4. Kết luận

Nội dung chương 1 đã giới thiệu khái quát về hệ thống truyền thông quang qua không gian cũng như mô hình của hệ thống FSO. Tương lai ngày càng đòi hỏi phải có các giải pháp truyền dẫn tốc độ cao để đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiêp, tổ chức và cá nhân. Các giải pháp cũng cần phải có chi phí hiệu quả, triển khai nhanh, truyền dẫn thông tin một cách an toàn và tin cậy. FSO có thể đáp ứng các yêu cầu này và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều trong tương lai.

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG FSO

2.1 Ứng dụng trong thông tin mặt đất

Công nghệ FSO có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong các mạng truy nhập và các mạng đô thị (metro networks). Khoảng cách từ hầu hết những người sử dụng đầu cuối đến các mạng xương sống là ngắn (chỉ vào khoảng 1 dặm trở lại) nên công nghệ FSO có thể là giải pháp lý tưởng cho vấn đề “nút thắt cổ chai”, đóng vai trò như là cầu nối giữa mạng cáp quang xương sống và người sử dụng đầu cuối. Dưới đây là một số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu của FSO:

2.1.1 Kết nối tốc độ cao giữa các tòa nhà

Hiện nay, các doanh nghiệp đang gặp phải vấn đề quá tải lưu lượng mạng tại các kết nối giữa các tòa nhà. Với các doanh nghiệp sử dụng các mạng nội bộ dựa trên tiêu chuẩn Gigabit Ethernet, các kết nối 2.048 (hoặc 1.544) Mbit/s giữa các tòa nhà sẽ làm hạn chế lưu lượng kết nối. Trong khi đó, các doanh nghiệp với yêu cầu số liệu lớn mong muốn truyền dẫn dung lượng cao giữa các trụ sở doanh nghiệp mà không sử dụng các kết nối sợi quang chi phí cao. Việc lắp đặt sợi quang cũng phức tạp và tốn thời gian hơn. Ngoài ra, việc xin cấp phép, vấn đề an ninh, đào rãnh, đặt cáp và yêu cầu về môi trường cũng là các vấn đề trở ngại.

Để loại bỏ các vấn đề trở ngại trên và tăng lưu lượng kết nối, các doanh nghiệp có các tòa nhà nằm trong tầm nhìn thẳng chuyển sang sử dụng các giải pháp FSO. Các giải pháp FSO cho phép loại bỏ:

- Tắc nghẽn về lưu lượng.

- Yêu cầu xin phép và cấp giấy phép.

- Việc đào rãnh, cống và đặt cáp.

- Vấn đề liên quan tới hợp đồng thuê (cho thuê) tòa nhà.

- Tốn thời gian lắp đặt.

- Chi phí cao.

Hình 2.1 Kết nối tốc độ cao giữa các tòa nhà

Về mặt công nghệ, ứng dụng ít thách thức nhất là sử dụng FSO làm đường truyền số liệu kết nối các tòa nhà đô thị (kết nối giữa các mạng LAN). Trong ứng dụng này, cự ly tuyến FSO từ vài trăm mét cho tới vài km, việc triển khai FSO đơn giản và tốn ít chi phí lắp đặt hơn bất kỳ loại cáp nào.

FSO có thể sử dụng làm đường truyền dẫn tốc độ cao nối người dùng Internet với nhà cung cấp hoặc các mạng khác. Nó cũng có thể được sử dụng làm hệ thống mạng vòng đô thị để cung cấp các kết nối tốc độ cao cho các doanh nghiệp. FSO có thể được dùng để mang lưu lượng của mạng di động từ antenna tới các thiết bị khác của mạng. FSO thậm chí có thể dùng để truyền số liệu giữa một tàu vũ trụ ở xa và một trạm ở gần trái đất.

2.1.2 Ứng dụng trong mạng truy nhập đầu cuối

FSO là giải pháp lý tưởng đề làm cầu nối về băng thông giữa người dùng đầu cuối và mạng xương sống. Thông tin cáp quang ở mạng xương sống có thể cung cấp băng thông khổng lồ với tốc độ dữ liệu rất lớn.

Tuy nhiên băng thông khổng lồ của thông tin quang trong các mạng lòi lại không thể được sử dụng hết bởi người sử dụng trong các mạng truy nhập. Lý do là vì giới hạn băng thông của công nghệ truyền dẫn trên cáp đồng được sử dụng phổ biến để kết nối giữa người sử dụng và mạng cáp quang xương sống. Điều này này dẫn đến việc tốc độ dữ liệu mà người dùng có thể sử dụng bị hạn chế rất nhiều, vấn đề này được gọi là “nghẽn cổ chai ở mạng truy nhập”. Đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra để giải quyết vấn đề này như: Internet cáp quang FTTH, công nghệ siêu băng rộng không dây UBW, công nghệ thông tin quang tự do FSO…Và công nghệ FSO là giải pháp hứa hẹn nhất bởi những ưu điểm như giá thành thiết kế, triển khai và sử dụng lại thấp, băng thông lớn, phổ tần không cần cấp phép…

Hình 2.2 FSO ứng dụng trong mạng truy nhập đầu cuối

Trên thực tế, đường truyền dẫn FSO với khoảng cách từ 50m đến vài km đã được triển khai trên thị trường với tốc độ dữ liệu có thể từ 1 Mbps lên tới 10 Gbps.

- Đường truyền dẫn dự phòng cho cáp quang: công nghệ FSO có thể được sử dụng để cung cấp đường truyền dự phòng trong trường hợp đường truyền cáp quang chính gặp sự cố.

- Dùng trong các mạng tế bào: Công nghệ FSO có thể được sử dụng làm đường truyền dẫn backhaul giữa các trạm gốc (BS) và các trung tâm chuyển mạch (switching centres) trong mạng thông tin di động 3G, 4G hoặc là để truyền dẫn tín hiệu CDMA IS-95 từ các tế bào tới các trạm gốc.

- Đường truyền dẫn tạm thời trong trường hợp thiên tai: Công nghệ FSO được ứng dụng ở những nơi cần đến đường truyền dẫn tạm thời khi những đường truyền dẫn chính bị phá vỡ do thiên tai như động đất, núi lửa, sóng thần…FSO khi đó có thể được sử dụng để kết nối cho 1 hội nghị.

- Mạng truyền dẫn trong trường học: Công nghệ FSO đã được sử dụng để kết nối giữa các khuôn viên của trường đại học, trung tâm nghiên cứu,... và cung cấp link dự phòng với tốc độ tương đương FAST-Ethernet hoặc có thể lên tới GigabitEthernet.

- Ứng dụng ở những nơi địa hình khó khăn: Công nghệ FSO là một giải pháp tốt để dùng làm cầu nối về dữ liệu qua những khoảng cách như là vượt qua một