Thiết kế mạng cáp quang ftth gpon tại vnpt tp hcm

Mạng truy nhập cho phép tối ưu cấu trúc mạng viễn thông, giảm số lượng nút chuyển mạch trên mạng, tăng bán kính phục vụ của các tổng đài nội hạt lến đến khoảng 100km nếu sử dụng sợi quan

VŨ ĐỨC HUY

THIẾT KẾ MẠNG CÁP QUANG FTTH – GPON tại VNPT-TP.HCM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM NGỌC NAM

Hà Nội – Năm 2014

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lâp – Tự do – Hạnh phúc BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ

- Đề tài: Các giải pháp tiết kiệm trong mạng Data Center

- Tác giả: Vũ Đức Huy, Viện đào tạo sau đại học – Đại học Bách

Khoa Hà Nội

- Chuyên ngành: Điện Từ - Viễn Thông

- Người hướng dẫn: PGS-TS Phạm Ngọc Nam

- Đơn vị: Viện đào tạo sau đại học – Đại học Bách Khoa Hà Nội

Nhận xét:

1 Tổng quan chung:

2 Ưu điểm, nhược điểm của luận văn về nội dung, hình thức; thái độ, trách nhiệm của tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

3 Kết luận:

Tôi đồng ý (không đồng ý) để tác giả ………… được bảo vệ luận văn trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Xác nhận của cơ quan người nhận xét

(dùng cho người nhận xét ngoài trường ĐHBKHN)

Hà Nội, Ngày tháng năm 2014

Người nhận xét

(Ký tên và ghi rõ họ và tên người

hướng dẫn)

LỜI CAM ĐOAN

Trước hết, tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô trong Viện Điện tử viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo ra một môi trường tốt để tôi học tập và nghiên cứu Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô trong Viện Đào tạo sau đại học đã quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho các học viên có điều kiện thuận lợi để học tập và nghiên cứu Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Ngọc Nam đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và sửa chữa cho nội dung của luận văn này

Tôi cam đoan rằng nội dung của luận văn này là hoàn toàn do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và viết ra Tất cả đều được tôi thực hiện cẩn thận và có sự định hướng của giáo viên hướng dẫn

Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung trong luận văn này

Tác giả

Vũ Đức Huy

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật này thực hiện tại Viện Điện Tử - Viễn Thông Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn PGS-TS Phạm Ngọc Nam đã trực tiếp tận tình hướng dẫn giúp đỡ giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm luận văn

Em xin cảm ơn Ban Giám Hiệu cùng các thầy tại Viện điện tử - viễn thông Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn

Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới toàn thể gia đình, bạn

bè đã luôn động viên, khích lệ tin thần để em đủ nghị lực hoàn thành luận án

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x

CHƯƠNG I 3

TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP 3

1.1 Giới thiệu chung về mạng truy nhập 3

1.2 Vị trí vai trò của mạng truy nhập 5

1.2.1 Vị trí của mạng truy nhập 5

1.2.2 Yêu cầu đối với mạng truy nhập 7

1.2.3 Cấu trúc mạng truy nhập 8

1.3 Các công nghệ truy nhập, so sánh ưu khuyết điểm 9

1.3.1 Truy nhập vô tuyến 9

1.3.2 Mạng truy nhập thuê bao cáp kim loại truyền thống 10

1.3.2.1 Cấu trúc mạng truy nhập thuê bao cáp kim loại 10

1.3.2.2 Ưu nhược điểm của mạng truy nhập cáp kim loại 13

1.3.3 Mạng truy nhập cáp quang 15

1.3.3.1 Ưu điểm của mạng truy nhập cáp quang 15

1.3.3.2 Các phương thức truy nhập bằng cáp quang 17

1.4 Kết luận chương 18

CHƯƠNG II 19

QUY HOẠCH MẠNG CÁP QUANG THUÊ BAO FTTx 19

2.1 Cáp sợi quang 19

2.2 Tổng quan về kiến trúc mạng truy nhập quang 21

2.3 Nâng cấp mạng truy nhập cáp kim loại 24

2.3.1 Mạng HFC 24

2.3.2 Mô hình mạng HFC nâng cao (Enhanced HFC) 25

2.3.3 Mạng Fiber To The Curb (FTTC) 26

2.4 Cấu trúc mạng cáp quang thuê bao FTTx-GPON 29

2.4.1Cấu trúc mạng cáp quang thuê bao FTTx-GPON 29

2.4.1.1 Tủ quang phối cấp 1 30

2.4.1.2 Tủ quang phối cấp 2 30

2.4.1.3 Tập điểm quang 30

2.4.1.4 Bộ chia (Splitter) 31

2.4.2 Tổ chức quản lý các thành phần trong cấu trúc mạng cáp quang thuê bao FTTx 31 2.4.3 Tổ chức vùng phục vụ 32

2.5 Tổng quan dự báo nhu cầu thuê bao FTTX 32

2.6 Cấu trúc đấu nối cơ bản 33

2.6.1 Cấu trúc đấu nối tại tủ phối quang cấp 1 33

2.6.2 Cấu trúc đấu nối tại tủ phối quang cấp 2 34

2.6.3 Mô tả tổng quan tính năng kỹ thuật của các vật tư mạng quang GPON 34

CHƯƠNG III 36

CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI MẠNG CÁP QUANG THUÊ BAO FTTx 36

3.1 Hiện trạng mạng cáp quang viễn thông thành phố 36

3.1.1Tổng quan hiện trạng 36

3.1.2 Đánh giá hiện trạng 38

3.1.2.1 Về khả năng đáp ứng yêu cầu cho cáp quang truyền tải 38

3.1.2.1.1 Đáp ứng về cấu hình kết nối 38

3.1.2.1.2 Đáp ứng về chất lượng truyền dẫn của sợi quang 39

3.1.2.1.3 Về khả năng đáp ứng yêu cầu cho cáp quang thuê bao 39

3.2 Các giải pháp triển khai mạng cáp quang thuê bao FTTx 40

3.2.1 Tổng quan các giải pháp triển khai mạng cáp quang thuê bao FTTx 40

3.2.2 Các mô hình triển khai mạng cáp quang thuê bao FTTx 42

CHƯƠNG IV 44

THIẾT KẾ MẠNG GPON CHO KHU VỰC ĐÀI CHỢ LỚN 44

4.1 Các bước triển khai thiết kế mạng cáp quang FTTX 44

4.2 Hiện trạng mạng xDSL 45

4.2.1 Mạng cáp quang 45

4.2.2 Cấu trúc mạng truy nhập xDSL 46

4.2.3 Kết luận về sự cần thiết đầu tư 47

4.3 Các phương án tối ưu hóa mạng viễn thông 49

4.3.1 Những tiêu chí để lựa chọn giải pháp kỹ thuật - công nghệ 49

4.3.1.1 Đủ khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ khách hàng 49

4.3.1.2 Tính tổng thể của hệ thống 50

4.3.1.3 Tính thống nhất của hệ thống 50

4.3.1.4 Tính mở của hệ thống 50

4.3.1.5 Đảm bảo tính kinh tế của hệ thống 51

4.3.1.6 Có kế hoạch tối ưu hóa mạng 51

4.3.2 So sánh, phân tích và lựa chọn phương pháp 51

4.3.2.1 Tái cấu trúc lại mạng AON dùng cho PTS 51

4.3.2.2 Ứng dụng công nghệ quang thụ động GPON 52

4.3.2.3 Bố trí lại hệ thống switch quang 53

4.3.2.4 Phối hợp các phương pháp trên 54

4.4 Sơ đồ mạng phối hợp cấu trúc tại đài Viễn thông Chợ Lớn 54

CHƯƠNG VI 56

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

TỪ VIẾT TẮT

NT Network Termination

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

CHƯƠNG I

Hình 1 1 Vị trí của mạng truy nhập 5

Hình 1 2 Cấu trúc mạng truy nhập 8

Hình 1 3 Cấu trúc hình sao đơn 10

Hình 1 4 Cấu trúc sau kép sử dụng DP 11

Hình 1 5 Cấu trúc mạng cáp sử dụng CCP 12

Hình 1 6 Cấu trúc mạng cáp sử dụng 2 CCP 12

Hình 1 7 Giới hạn của xDSL 13

Hình 1 8 So sánh băng thông các loại dịch vụ 14

Hình 1 9 Truy nhập quang kết hợp cáp đồng và vô tuyến hỗn hợp 16

Hình 1 10 Các phương thức truy nhập quang 17

CHƯƠNG II Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản cáp quang 20

Hình 2.2 Cấu trúc tiêu biểu cho sợi cáp quang treo 20

Hình 2.3 Cấu trúc tiêu biểu cho sợi cáp quang kéo cống 20

Hình 2 4 Mạng feeder và mạng phân phối 21

Hình 2 5 Mạng thoại truyền thống 24

Hình 2 6 Mạng HFC 24

Hình 2.7 Băng tần dành cho mạng Enhanced HFC 26

Hình 2 8 Các dạng truy nhập quang khác nhau 27

Hình 2 9 Mô hình PON đơn giản 28

Hình 2.10 Cấu trúc tiêu biểu của mạng cáp quang thuê bao [3] 30

Hình 2.11 Phân bố bộ chia Splitter tiêu biểu trên mạng 31

Hình 2.12 Cấu trúc đấu nối cơ bản tại tủ phối quang cấp 1 33

Hình 2.13 Cấu trúc đấu nối cơ bản tại tủ phối quang cấp 2 34

Hình 2.14 Cấu trúc đấu nối cơ bản tại Tập Điểm 34

CHƯƠNG III Hình 3.1 Không thiết bị Splitter 37

Hình 3.2 Lắp một cấp thiết bị Splitter 37

Hình 3.3 Lắp hai cấp thiết bị Splitter [3] 38

Hình 3.4 Mạng cáp quang Viễn Thông Thành Phố 40

Hình 3.5 Mạng cáp quang FTTx 41

Hình 3.6 Mô hình thực tế có thể phát sinh trong quá trình cung cấp dịch vụ 43

CHƯƠNG IV Hình 4 1 Kiến trúc mạng truy nhập xDSL 47

Hình 4 2 Mô hình kết nối mạng quang thụ động GPON 52

Hình 4 3 Sơ đồ mạng FTTH-GPON tại đài Chợ Lớn 55

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CHƯƠNG I Bảng 1 1 Ví dụ về các đặc tính khác nhau của các loại dịch vụ phổ biến 4

CHƯƠNG II Bảng 2 1 Phân loại các mạng truy nhập khác nhau 23

Bảng 2 2 Các so sánh các kiến trúc khác nhau của PON 28

LỜI MỞ ĐẦU

Vào những năm đầu thế kỷ XXI cùng với sự phát triển của đất nước, chủ trương công nghiệp hóa hiện đại hóa do Đảng và Chính Phủ đề ra Ngành Bưu Chính - Viễn Thông đóng một vai trò quan trọng góp phần đưa nền kinh tế nước ta phát triển, từng bước hội nhập và cạnh tranh với các nước trong khu vực và thế giới Để đạt được những thành tựu như vậy phải kể đến sự phát triển và ứng dụng của thông tin quang trông công nghệ thông tin

Hiện nay, sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông đã mang lại nhiều tiện ích cho người sử dụng , hệ thống thông tin liên lạc có mặt ở khắp mọi nơi trên toàn thế giới Mạng internet trở thành một nhu cầu thiết yếu trong mọi vấn đề cuộc sống, hổ trợ mọi nhu cầu của con người từ công việc đến các hoạt động giải trí Vì thế, sự phát triển mạng Internet trở nên bùng nổ trong những năm gần đây với

sự gia tăng nhanh chống số lượng thuê bao và yêu cầu những dịch vụ chất lượng cao, băng thông rộng Mạng Internet sử dụng cáp đồng đã không còn đáp ứng những nhu cầu sử dụng và chất lượng dịch vụ ngày càng cao FTTH ( Fiber To The Home ) là giải pháp hữu hiệu cho vấn đề này, đó là bước tiến vượt bậc về công nghệ mạng sử dụng đường truyền cáp quang với một cấu hình mạng mới cho phép người dùng cùng lúc sử dụng nhiều ứng dụng tốc độ cao và băng thông

Sau quá trình học tập, dưới sự hướng dẫn chu đáo và tận tình của thầy Phạm Ngọc Nam, em đã thực hiện đề tài [Thiết kế mạng cáp quang FTTH – GPON tại VNPT-TP.HCM] Phạm vi đề tài về thông tin quang để phục vụ cho ngành, đơn

vị mình công tác Do trình độ của bản thân còn hạn chế và thời gian có hạn, mặc dù

em đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn trong luân văn này không tránh những thiếu sót Kính mong các Quý Thầy Cô bỏ qua những thiếu sót, hiểu rõ hơn về chuyên đề em đã tìm hiểu Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô, các anh chị đồng nghiệp và bạn học Luận văn này được bố cục như sau:

Chương I Tìm hiểu chung các khái niệm về mạng truy nhập, các yêu cầu

và các hình thức truy nhập khác nhau, trong đó mạng truy nhập quang cũng được đề cập

Chương II Tìm hiểu, phân tích sự khác nhau của các cấu trúc mạng,

trong đó chú trọng đến ứng dụng quy hoạch cho hệ thống FTTH

Chương III Nghiên cứu về các giải pháp triển khai mạng cáp quang

FTTH-GON

Chương IV Ứng dụng thiết kế mạng cáp quang FTTH trong thực tế cụ

thể là mạng FTTH-GON tại đài Chợ Lớn thuộc Viễn Thông Thành Phố Hồ Chí Minh

Chương V Đặt ra những vấn đề hạn chế còn tồn tại và sẽ nghiên cứu bổ

sung mở rộng trong tương lai

Qua đây tôi xin chân thành gửi lời đến PGS TS Phạm Ngọc Nam đã tận tâm hướng dẫn, Quý thầy cô của viện đã hỗn trợ, quý đồngnghiệp đã góp ý và gia đình

đã tạo điều kiện thuận tiện trong quá trình học tập, nghiên cứu

TP.HCM, ngày….tháng….năm 2014

CHƯƠNG I TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP

Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về mạng truy nhập các yêu cầu của mạng truy nhập, các hình thức truy nhập khác nhau Việc cần thiết phải xây dựng mạng truy nhập cáp quang cũng sẽ được đề cập đến

1.1 Giới thiệu chung về mạng truy nhập

Mạng truy nhập là mạng nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểm dịch vụ của mạng Mạng truy nhập được xây dựng để cung cấp dịch vụ viễn thông đến thuê bao

Trước đây, tại nhà thuê bao có thể nhận được hai loại dịch vụ thiết yếu Thứ nhất là dịch vụ thoại truyền thống POST (Plain old telephone sevice) thông qua mạng điện thoại, thứ hai là dịch vụ truyền hình quảng bá thông qua mạng cáp Gần đây, thêm một dịch vụ thứ ba là dịch vụ truyền dữ liệu mà ứng dụng của dịch vụ này vô cùng to lớn (điển hình là truy nhập Internet thông quang mạng Internet có thể dùng công nghệ quay số (Dial Up) hoặc công nghệ DSL (Digital Suberiber line) thông quang mạng thoại)

Những công nghệ trước đây đã phần nào thoã mãn được nhu cầu đa dạng của các loại dịch vụ hiện nay Tuy nhiên các dạng dịch vụ tốc độ cao hơn là đa dạng, rộng lớn và không thể biết trước điều này đã gây cho mạng hiện nay khó có thể đáp ứng được các dịch vụ sẽ phát sinh trong tương lai Ngày nay khách hàng đang quang tâm đến các loại dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao và các dạng dịch vụ dữ liệu tốc độ cao khác như đào tạo từ xa, truyền hình hội nghị, video độ phân giải cao, video theo yêu cầu, …(Bảng 1.1) Tương lai các dịch vụ không biết trước chắc chắn

sẽ là những dịch vụ băng thông lớn và điều này yêu cầu mạng viễn thông nói chung

và mạng truy nhập nói riêng phải phát triển để đáp ứng Một khái niệm mạng cho tất cả dịch vụ (Full Service Network) đang được nghiên cứu để cung cấp tất cả các loại dịch vụ qua mạng truy nhập Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đều đang

đầu tư nghiên cứu để trở thành nhà cung cấp dịch vụ đầy đủ (Full Service) Mạng truy nhập quang đến thuê bao FTTx (Fiber to the Cab /Curb/Building/Home) có thể đáp ứng nhu cầu này

Bảng 1 1 Ví dụ về các đặc tính khác nhau của các loại dịch vụ phổ biến

Gbps

1,5 Mbps - 10 Mbps

Tất cả dịch vụ viễn thông có thể phân loại dựa trên 3 tiêu chuẩn chính sau:

Thứ nhất: là yêu cầu về băng thông có thể từ vài chục Kbps cho dịch vụ thoại đến vài Mbps cho video hoặc vài trăm Mbps cho dịch vụ kênh thuê riêng tốc độ cao

Thứ hai: dịch vụ là đối xứng (symmetric) như video hội nghị hay bất đối xứng asymmetric (một hướng tốc độ cao, một hướng tốc độ thấp), ví dụ như video quảng bá Ngày nay đa số dịch vụ là bất đối xứng có nghĩa là băng thông chiều xuống (downstream) sẽ lớn hơn nhiều băng thông chiều lên (upstream)

Thứ ba: dịch vụ là quảng bá có nghĩa thuê bao sẽ nhận cùng một lượng thông tin hay dịch vụ là tương tác (còn gọi là switched) có nghĩa là thuê bao khác nhau sẽ nhận được những thông tin khác nhau

Các loại mạng truy nhập hiện nay: mạng truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập cáp quang, mạng truy nhập vô tuyến (viba, vệ tinh)

1.2 Vị trí vai trò của mạng truy nhập

1.2.1 Vị trí của mạng truy nhập

Phần mạng giao tiếp trực tiếp với khách hàng hiện nay là mạng cáp đồng, bán kính vùng phục vụ của tổng đài hạn chế do khả năng truyền tín hiệu của cáp đồng Ở các thành phố lớn, vì lý do an toàn, dung lượng tổng đài không thể quá lớn, điều này tạo ra nhu cầu về một số lượng lớn các tổng đài (nút chuyển mạch) trong khu vực dân cư lớn, do đó việc khai thác kém hiệu quả Còn ở những cấp dưới của mạng do mật độ thuê bao không cao, dung lượng của tổng đài thường hạn chế trong khoảng vài trăm đến vài ngàn thuê bao, số điểm cần phục vụ nhiều, điều này cũng tạo nên một số lớn các tổng đài độc lập việc kết nối các tổng đài độc lập này cũng làm tăng số cấp của mạng [6]

Vì vậy mạng cáp đồng không thể thoả mãn nhu cầu về dịch vụ mới cũng như các dịch vụ băng rộng

Trong điều kiện công nghệ không ngừng phát triển, trình độ quản lý không ngừng nâng cao hiện nay, các nhà khai thác mạng đòi hỏi:

Tăng bán kính phục vụ của nút chuyển mạch (tổng đài)

Sẵn sàng cung cấp dịch vụ mới (kể cả dịch vụ băng rộng) trên cùng một hạ tầng mạng

Giảm chi phí quản lý, khai thác mạng

Mạng truy nhập ra đời nhằm đáp ứng những đòi hỏi trên

Mạng truy nhập là mạng nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểm dịch vụ của mạng

Hình 1 1 Vị trí của mạng truy nhập

Mạng quản lý viễn thông TMN

Mạng truy nhập AN SNI Mạng lõi (PSTN, ISDN)

UNI Người

sử dụng

UNI: giao diện người sử dụng – mạng

NNI: giao diện mạng – mạng

Q: giao diện quản lý

AN: mạng truy nhập

TMN: mạng quản lý viễn thông

PSTN: mạng điện thoại công cộng

Mạng viễn thông hiện nay chia làm hai thành phần: mạng lõi và mạng truy nhập cả hai thành phần đều nằm dưới mạng quản lý chung TMN

Mạng lõi bao gồm các tổng đài (kể cả tổng đài nội hạt và tổng đài truyền dẫn – transit) và các hệ thống truyền dẫn liên đài dung lượng lớn

Mạng truy nhập bao gồm (thường) bốn thành phần: kết cuối mạng nối với tổng đài nội hạt, mạng phân phối với các điểm truy nhập mạng, môi trường kết nối thuê bao và các thiết bị đầu cuối của người sử dụng

Hiện nay các nhà khai thác và các nhà nghiên cứu đang tập trung vào mạng truy nhập vì một số lý do sau:

Mạng truy nhập chiếm khoảng một nữa chi phí đầu tư toàn bộ mạng viễn thông do đó tính kinh tế của việc phát triển mạng truy nhập là rất quan trọng Mạng truy nhập cho phép sử dụng cơ sở hạ tầng có hiệu quả hơn với chi phí khai thác, quản lý bảo dưỡng thấp hơn

Mạng truy nhập cho phép tối ưu cấu trúc mạng viễn thông, giảm số lượng nút chuyển mạch trên mạng, tăng bán kính phục vụ của các tổng đài nội hạt lến đến khoảng 100km (nếu sử dụng sợi quang) với mạng truy nhập hiện đại số lượng tổng đài ít hơn nhưng dung lượng mỗi nút cao hơn so với mạng hiện tại Mạng truy nhập cùng với tổng đài nội hạt thuộc một cấp của mạng viễn thông

Mạng cáp đồng không thể thoã mãn nhu cầu đang phát triển nhanh chóng về các dịch vụ mới như các dịch vụ băng rộng và các yêu cầu về truy nhập đa phương tiện đa dịch vụ

Các công nghệ liên quan đến mạng truy nhập đang phát triển nhanh chóng như công nghệ điện tử, công nghệ truy nhập băng hẹp, băng rộng, các công nghệ thông tin quang, công nghệ truyền dẫn trên đôi cáp đồng, công nghệ phần mềm,

Mạng truy nhập có hệ thống quản lý giúp cho mạng hoạt động hiệu quả, ổn định linh hoạt, với các khả năng chuẩn xác, khắc phục và sữa lỗi tốt

Xu hướng hội nhập giữa mạng máy tính và mạng viễn thông đang dần trở thành hiện thực (hội tụ trên nền IP) sự phát triển của mạng truy nhập cũng là một tất yếu

1.2.2 Yêu cầu đối với mạng truy nhập

Mạng truy nhập trước hết phải có khả năng hổ trợ các dịch vụ cơ bản do tổng đài cung cấp cũng như các dịch vụ cộng thêm khác của tổng đài

Ngoài ra mạng truy nhập cần có khả năng hổ trợ các dịch vụ khác nhau:

ISDN PRI (Primary Rate Interface) 2B + D

ISDN BRI (Base Rate Interface) 30B + D

Hổ trợ kết nối PBX

Dịch vụ kênh thuê riêng (lease line) thường xuyên và bán thường xuyên

Video theo yêu cầu (VOD: Video On demand)

Truyền hình độ phân giải cao (HDTV: High Defination Telivision)

Truyền hình hội nghị (Video Conference)

Game tương tác, …

Phải có khả năng mở rộng để hổ trợ các dịch vụ mới băng thông rộng trong tương lai

Mạng truy nhập phải hướng tới việc sử dụng một số ít các tổng đài dung lượng lớn phục vụ các vùng thành thị hay ngoại thành nhằm vào việc giảm cấp mạng trong mạng viễn thông

1.2.3 Cấu trúc mạng truy nhập

Cấu trúc mạng truy nhập gồm 4 phần: Tổng đài, kết cuối tổng đài, điểm truy nhập, môi trường kết nối thuê bao

Hình 1 2 Cấu trúc mạng truy nhập

Tổng đài nội hạt sẽ là nơi giao tiếp với mạng PSTN/ISDN cung cấp số, dịch

vụ cho thuê bao đồng thời thực hiện việc tính cước

Kết cuối tổng đài: Phần mạng truy nhập giao tiếp với tổng đài nội hạt thông qua một thiết bị gọi là kết cuối tổng đài, phần này thường đặt tại tổng đài Các kết cuối này được kết nối với tổng đài nội hạt thông qua các giao diện tiêu chuẩn như giao diện V5.x (hoặc giao diện riêng của nhà cung cấp nếu tổng đài và mạng truy nhập là của cùng một nhà cung cấp thiết bị) Đây là phần quan trọng nhất của cấu trúc mạng truy nhập Các giao diện tiêu chuẩn cho phép thiết bị truy nhập của nhà cung cấp khác nhau có thể cùng làm việc trên một mạng

Điểm truy nhập mạng: Tại đầu xa của mạng là các điểm truy nhập mạng Điểm truy nhập mạng có chức năng kết nối với thuê bao sử dụng các dịch vụ khác nhau thông qua các giao diện tương ứng với từng loại dịch vụ Các điểm truy nhập

mạng được kết nối với kết cuối tổng đài và kết nối với nhau thông qua mạng truyền dẫn Mạng truyền dẫn này có cầu hình linh hoạt như điểm nối điểm, điểm nối đa điểm (hình sao tích cực hay thụ động), cấu hình vòng (Ring), cấu hình BUS và có thể sử dụng các công nghệ truyền dẫn khác nhau (cáp quang, vô tuyến, cáp đồng)

Môi trường kết cuối: Thuê bao phục vụ việc kết nối cuối cùng từ mạng truy nhập cho đến thuê bao Kết nối này dựa trên các môi trường truyền dẫn khác nhau

có thể là vô tuyến, hữu tuyến (cáp đồng hay cáp quang) Các công nghệ truyền dẫn khác nhau được sử dụng trên kết nối này tuỳ theo nhu cầu về dịch vụ khách hàng và tuỳ theo từng hệ thống cụ thể của nhà sản xuất thiết bị

Việc cấp nguồn cho thiết bị đầu cuối thuê bao (CPE: Customer Premise Equipment) cũng được thực hiện với hai phương thức: cung cấp nguồn tại chỗ và cung cấp nguồn từ xa (tại tổng đài sẽ cấp nguồn)

1.3 Các công nghệ truy nhập, so sánh ưu khuyết điểm

Cho đến nay người ta sử dụng phổ biến các loại mạng truy nhập sau:

Truy nhập cáp đồng

Truy nhập cáp quang

Truy nhập thuê bao vô tuyến cố định, hay vô tuyến di động

Truy nhập thuê bao qua vệ tinh

Việc sử dụng loại mạng truy nhập nào tuỳ thuộc vào loại dịch vụ cung cấp điều kiện tổ chức, kích cỡ mạng, …

1.3.1 Truy nhập vô tuyến

Ưu điểm

Truy nhập vô tuyến có thể áp dụng cho những vùng mà cáp đồng và cáp quang không thể đi đến được như những vùng đồi núi hải đảo, có thể mở rộng mạng truy nhập mà không cần xây dựng mạng cáp mới

Truy nhập vô tuyến có thể triển khai nhanh, linh hoạt với vốn đầu tư không lớn, đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng

Truy nhập vô tuyến được ứng dụng trong các trường hợp cần những đường truyền tạm thời phục vụ cho những nhu cầu đột biến lưu lượng trong thời gian ngắn

Ví dụ như các lễ hội, các hoạt động thể thao, …

Đáp ứng cho các nhu cầu thông tin di động

Nhược điểm

Xuyên nhiễu lớn

Suy hao lớn, tần số càng cao suy hao càng lớn do đó không thể nâng cao tốc

độ bit

Hoạt động không ổn định do chịu ảnh hưởng vào thời tiết

Băng tần của sóng vô tuyến hẹp hơn nhiều so với cáp quang

Khả năng bảo mật thông tin kém

1.3.2 Mạng truy nhập thuê bao cáp kim loại truyền thống

Do việc triển khai mạng cáp quang gần giống với cáp kim loại nên ta sẽ đề cập thêm về phần mạng truy nhập cáp kim loại

Mạng truy nhập thuê bao là phần mạng nối các thuê bao tới tổng dài nội hạt

Nó cho phép các thiết bị thuê bao nối tới các nút dịch vụ Nút dịch vụ là phần tử mạng cung cấp khả năng truy cập vào các loại dịch vụ khác nhau

1.3.2.1 Cấu trúc mạng truy nhập thuê bao cáp kim loại

Cấu trúc hình sao đơn

TO (CO.LE)

Hình 1 3 Cấu trúc hình sao đơn

Cấu trúc đơn giản nhất của mạng truy nhập thuê bao là chỉ cần nối các thiết

bị tại nhà thuê bao tới tổng đài nội hạt bằng một đôi dây cáp đồng (cấu trúc hình sao đơn) như hình trên đây: hình vẽ cấu trúc đơn giản của mạng truy nhập

Tuy nhiên việc cấu trúc như vậy sẽ không hiệu quả cho việc khai thác mạng cũng như việc đi dây từ tổng đài đến thuê bao sẽ rất tốn công Ta cần một số cấu trúc sau:

Cấu trúc hình sao kép (double star)

Dùng điểm phân phối DP (Distribution point) Hình 1.4

TO(CO) DP

DP

DP 1

DP 2 10

Việc lắp đặt và quản lý cáp 10 đôi hoặc 20 đôi từ tổng đài đến các DP lúc này đơn giản hơn việc sử dụng những đôi dây riêng rẽ

Tuy nhiên ta thấy nếu 10 đôi dây của DP2 đã sử dụng hết mà nhu cầu vẫn còn trong khi đó 20 đôi của DP1 chưa sử dụng hết nhưng vẫn không thể phục vụ cho vùng DP2 để khắc phục điều này người ta dùng giải pháp sau:

Cấu trúc hình sao bội 3 (tripble star)

Dùng điểm kết nối chéo, người ta gộp một số DP lại và tập trung vào một thiết bị chung gọi là điểm nối chéo (CCP: Cross Conection Poin) Như vậy sợi cáp

dung lƣợng lớn đi đến CCP CCP sẽ cho phép bất cứ đôi dây cáp nào nối đến bất cứ

DP nào (làm tăng tính mềm dẻo của việc triển khai mạng cáp)

vẽ cấu trúc mạng truy nhập sử dụng hai CCP

DP gọi là cáp phối

1.3.2.2 Ƣu nhƣợc điểm của mạng truy nhập cáp kim loại

Ƣu điểm mạng truy nhập thuê bao cáp kim loại

Đây là hình thức truy nhập ra đời sớm nhất từ khi hình thành mạng thông tin liên lạc trên thế giới Đặc điểm nổi bật của hình thức truy nhập này là [1]:

Giá thành thấp

Công nghệ đơn giản

Dễ thi công, lắp đặt do trình độ tay nghề đã quen

Cấu trúc của mạng cáp đồng truyền thống có các đặc điểm sau:

Căn cứ vào vùng phục vụ của tổng đài, chiều dài của dây cáp từ tổng đài đến thuê bao cũng khác nhau (từ vài chục mét đến vài km)

Nhƣợc điểm của hình thức truy nhập cáp kim loại:

Hình 1 7 Giới hạn của xDSL

Bán kính phục vụ tổng đài nhỏ

Khi truyền tần số cao dễ bị xuyên nhiễu âm

Suy hao cao

Băng tần tương đối hẹp do ban đầu mạng viễn thông chỉ thiết kế cho thoại nên tốc độ bị giới hạn ở 64 Kbps nên chỉ thích hợp cho các dịch vụ thoại truyền thống và truyền số liệu tốc độ thấp

Tính bảo mật không cao, có thể dễ bị mắc rẽ để nghe trộm

Dễ bị ảnh hưởng nhiễu

Đường kính dây dẫn thường là 0,4mm hoặc 0,5mm trọng lượng cáp nặng (so với cáp quang)

Không đáp ứng được nhu cầu phát triển lên mạng băng rộng đây là nhược điểm lớn nhất

Trong tương lai các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải tăng cường cung cấp các dịch vụ như: Video theo yêu cầu (VOD: Video On Demand), truyền hình độ phân giải cao (HDTV: Hing Defination Telivision), game tương tác, … các nhu cầu này đòi hỏi giải thông rộng, tốc độ cao vì thế cần phải quan tâm khắc phục hạn chế của mạng cáp đồng truyền thống Hoặc tìm một hình thức truy nhập mới như truy nhập cáp quang là một dạng truy nhập mới có thể đáp ứng được các yêu cầu nêu trên mà

ta sẽ đề cập sau:

Hình 1 8 So sánh băng thông các loại dịch vụ

1.3.3 Mạng truy nhập cáp quang

1.3.3.1 Ưu điểm của mạng truy nhập cáp quang

So với mạng truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập cáp quang có một số ưu điểm sau[2]:

Độ rộng băng thông cao hơn

Tránh được hiện tượng sét lan truyền theo đường dây thuê bao làm hư hỏng các thiết bị trong tổng đài

Dễ dàng khai thác, quản lý, bảo dưỡng (do cấp mạng giảm)

Truy nhập quang so với truy nhập vô tuyến cũng có nhiều ưu điểm hơn: do môi trường là vô tuyến nên dễ ảnh hưởng của xuyên nhiễu và các điều kiện thời tiết, khí hậu, …

Mạng truy nhập cáp quang có thể trực tiếp hoặc kết hợp với các phương thức truy nhập khác để đưa các dịch vụ đến tận nhà thuê bao như FTTH (Fiber To The Home) mà ta sẽ tìm hiểu kỹ các phần sau Giao tiếp vật lý của mạng truy nhập quang và thiết bị đầu cuối của nhà thuê bao có thể bằng cáp quang, cáp đồng hoặc bằng vô tuyến, có nghĩa là truy nhập quang có thể kết hợp với các loại mạng truy nhập khác

Ta thấy các đặc trƣng trên không chỉ đáp ứng cho yêu cầu đối với các dịch

vụ tốc độ cao mà còn thuận tiện trong việc mở rộng, xây lắp, bảo dƣỡng (tuy lúc đầu có khó khăn)

Hình 1 9 Truy nhập quang kết hợp cáp đồng và vô tuyến hỗn hợp

OLT (Optical Line Termination) : Thiết bị đầu cuối quang

ONU (Optical Network Unit) : Thiết bị truy nhập mạng quang

ONT (Optical Network Termination) : Thiết bị đầu cuối truy nhập mạng quang

NT (Network Termination) : Thiết bị đầu cuối cáp đồng

WLL (Wireless Local Loop) : Mạch vòng truy nhập thuê bao vô tuyến

WSU (WLL Subcriber Unit) : Thiết bị truy nhập thuê bao vô tuyến

WAC (WLL Access Controller) : Bộ điều khiển truy nhập thuê bao vô tuyến

WCS (WLL Cell Station) : Trạm truy nhập vô tuyến

Thiết bị đầu cuối quang ONU (Optical Network Unit) có chức năng biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và ngƣợc lại Thiết bị đầu cuối quang có thể đặt tại tủ cáp, hầm cáp hay tại nhà thuê bao

1.3.3.2 Các phương thức truy nhập bằng cáp quang

Hình 1 10 Các phương thức truy nhập quang

Cáp quang đến tủ cáp (FTTCab – Fiber To The Cabinet)

Cáp quang được kéo từ nhà thuê bao đến tủ cáp (FTTCab – Fiber To The Cabinet), còn cáp đồng được kéo từ tủ cáp đến nhà thuê bao Trong trường hợp này, mỗi sợi quang có thể phục vụ đến vài trăm thuê bao

Cáp quang đến nhà cao tầng (FTTB – Fiber To The Buiding)

Cáp quang được kéo từ tổng đài đến nhà cao tầng, sau đó dùng cáp đồng hoặc vô tuyến để đưa đến nhà thuê bao

Cáp quang cụm thuê bao (FTTC – Fiber To The Curb)

Cáp quang kéo từ tổng đài đến một vị trí trung tâm của cụm thuê bao, thường cách thuê bao khoảng vài trăm mét, sau đó cáp thuê bao được kéo và phân bổ đến từng thuê bao Ngoài ra có thể sử dụng phương thức truy nhập vô tuyến (trong trường hợp này gọi là vô tuyến cố định)

Cáp quang đến nhà thuê bao (FTTH – Fiber To The Home)

Cáp quang được kéo trực tiếp đến tận nhà thuê bao và được trực tiếp truy nhập vào mạng bằng giao tiếp mạng

Việc xây dựng và triển khai mạng truy nhập cáp quang đến thuê bao sẽ đề cập ở các chương sau

1.4 Kết luận chương

Trong chương trình này chúng ta đã nhìn thấy được tổng quan về mạng truy nhập Các hình thức truy nhập được đề cập là truy nhập vô tuyến, cáp kim loại, cáp quang Ta cũng thấy được ưu điểm vượt trội của sợi quang so với các dạng truy nhập khác Chương này cũng cho ta thấy việc xây dựng một mạng truy nhập quang

sẽ là một điều tất yếu ơ

CHƯƠNG II

QUY HOẠCH MẠNG CÁP QUANG THUÊ BAO FTTx

Do nhu cầu cầu phát triển của dịch vụ băng rộng của khách hàng, việc yêu cầu đường truyền đáp ứng các chỉ tiêu về băng thông cao, bảo đảm chất lượng ổn định, giải quyết dần các hạn chế của mạng cáp đồng và mỹ quan đô thị Chương này

sẽ phân tích sự khác nhau về đặc điểm sự phân loại của FTTx

2.1 Cáp sợi quang

Cáp sợi quang được làm bằng vật liệu sợi thủy tinh trong suốt dùng để truyền thông tin dưới dạng ánh sáng được điều chế chạy dọc theo các sợi quang Hiện nay, cáp sợi quang đã được sử dụng rộng rãi cho các mạng truyền dẫn liên đài, các tủ tiếp cận thuê bao và gần đây nhất là việc triển khai mạng cáp quang theo mô hình FTTx, nghĩa là cáp quang sẽ được triển khai đến nhà khách hàng, đến các tòa nhà văn phòng, cao ốc, khách sạn, đến các khu công nghiệp, công nghệ cao, khu dân cư tập trung Do đó cáp sợi quang được đưa vào sử dụng sẽ có nhiều chủng loại khác nhau để phù hợp với cấu hình của từng mạng cụ thể, chẳng hạn mạng đường trục, liên đài nên sử dụng loại cáp quang đơn mode dung lượng lớn có thể lên đến hàng trăm sợi, mạng tiếp cận thuê bao sử dụng loại cáp quang đơn mode dung lượng nhỏ

từ 12 sợi đến 48 sợi, cáp quang thuê bao sử dụng dung lượng nhỏ và vừa từ 4F.O đến 24 F.O (tùy theo đối tượng khách hàng), mạng trục cáp quang thuê bao FTTx (đòi hỏi dung lượng cáp lớn cho phần cáp gốc và phối, dễ dàng đấu nối, dễ dàng tách ghép sợi quang, đạt chất lượng cao và ổn định) nên sử dụng loại cáp quang đơn mode dung lượng lớn hơn có thể lên đến hàng trăm sợi (đặc biệt tùy theo nhu cầu triển vọng trong tương lai có thể đáp ứng lên tới hàng ngàn sợi) Ngoài ra, đối với các nhu cầu nối mạng WAN trong các khu vực nội bộ có bán kính khoảng vài trăm mét, thì việc sử dụng loại cáp quang đa mode (hiện nay) sẽ đáp ứng yêu cầu về băng thông (có thể lên tới Gigabit), khắc phục khoảng cách truyền dẫn của cáp đồng (chỉ giới hạn trong vòng 100m trở lại đối các loại cáp truyền dẫn tốc độ cao như CAT5

hoặc CAT5e ), chi phí thiết bị không cao (so với thiết bị sử dụng cáp đơn mode hay

so với thiết bị sử dụng cáp đồng)

Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản cáp quang

Hình 2.2 Cấu trúc tiêu biểu cho sợi cáp quang treo

Hình 2.3 Cấu trúc tiêu biểu cho sợi cáp quang kéo cống

2.2 Tổng quan về kiến trúc mạng truy nhập quang

Một cách khái quát mạng truy nhập bao gồm một tổng đài nội hạt CO (Central office) còn gọi là LE (Local exchenge) hay TE (Telephone office) làm thiết

bị trung tâm, nút truy nhập đầu xa RT (Remote Terminal) hay còn gọi là RN (Remote Node) và môi trường kết nối thuê bao Nếu là trong mạng cáp đồng trục thì

CO được gọi là Head-end Mỗi thiết bị trung tâm có thể phục vụ nhiều thuê bao riêng hoặc nhiều công ty có nhu cầu sử dụng dịch vụ thông qua bộ NIU (Network Interface Unit) còn gọi là ONT Một NIU có thể đặt tại nhà thuê bao hoặc bản thân

nó có thể phục vụ nhiều thuê bao Và tổng đài như là nguồn dữ liệu cung cấp cho các NIU

Có nhiều cách để triển khai cable từ tổng đài đến RN theo những topo mạng khác nhau như đã biết Phần mạng nối từ tổng đài RN được gọi là mạng feeder phần kết nối từ RN đến NIU được gọi là mạng phân phối (Distribution Network)

Hình 2 4 Mạng feeder và mạng phân phối

Chúng ta thấy rằng các dịch vụ vừa có thể là dịch vụ quảng bá (Broadcast service) vừa có thể là dịch vụ chuyển mạch (Switch Service) Còn về phía mạng phân phối thì cũng có thể là mạng chuyển mạch hoặc mạng quảng bá Trong ngữ cảnh của dịch vụ chúng ta có thể dùng tên gọi dịch vụ quảng bá hoặc dịch vụ chuyển mạch để chỉ ra rằng người dùng có thể nhận cùng một dạng thông tin hay không Trong ngữ cảnh của mạng thì một dịch vụ quảng bá có thể được hổ trợ bởi mạng chuyển mạch hoặc mạng quảng bá

Trong mạng quảng bá, một RN quảng bá dịch vụ nó nhận từ mạng feeder tới tất cả các NIU của nó Trong mạng chuyển mạch, một RN sẽ xử lý dữ liệu vào và gửi những luồn dữ liệu khác biệt tới các NIU (Network Interface Unit) khác nhau Mạng điện thoại mà ta đã biết là mạng chuyển mạch, trong khi đó mạng cáp truyền hình là mạng quảng bá

Mạng quảng bá có thể rẻ hơn mạng chuyển mạch, chúng thích hợp cho việc phân phối các dịch vụ quảng bá và có thuận lợi là các NIU thì giống nhau Điều này làm cho chúng dễ dàng trong việc triển khai (trong một vài mạng chuyển mạch mà

ta sẽ thấy sau các NIU thì khác nhau dùng các bước sóng khác nhau điều này tạo nên sự phức tạp trong việc quản lý và theo dõi các NIU có trong mạng)

Mạng chuyển mạch như tên gọi của nó thì thích hợp cho việc phối các dịch

vụ chuyển mạch (dịch vụ tương tác) và cung cấp tính năng bảo mật hơn Ví dụ như một thuê bao muốn mắc rẽ để lấy dữ liệu của thuê bao khác sẽ rất khó, và nó sẽ khó hơn nếu thuê bao này muốn làm gián đoạn toàn bộ mạng Việc định lỗi trong mạng chuyển mạch dễ hơn trong mạng quảng bá Vì trong mạng quảng bá các chức năng thông minh thì nằm ở các NIU, trong khi ở mạng chuyển mạch chức năng này nằm

ở phần mạng Như vậy, NIU trong mạng chuyển mạch có thể đơn giản hơn trong mạng quảng bá

Một cách khác để phân loại mạng truy nhập là dựa trên mạng feeder, mạng nằm giữa tổng đài và RN Trong trường hợp này, mạng feeder có thể chỉ định một băng thông dành riêng cho từng NIU Với băng thông dành riêng tức là các NIU khác nhau, mạng feeder cũng có thể có băng thông chung được chia sẽ bởi các NIU, băng thông chia sẽ có nghĩa là nhiều NIU có thể truy nhập toàn bộ băng thông trong khoảng thời gian ngắn Ở đường lên (từ NIU trở về tổng đài) chúng ta sẽ cần một vài dạng điều khiển truy nhập môi trường để kết hợp việc truy nhập băng thông chia

sẽ Nếu lưu lượng từ NIU được dành riêng một băng thông cho chính nó Mặt khác, với băng thông dành riêng mỗi NIU sẽ được đảm bảo chất lượng của dịch vụ và điều này sẽ khó thực hiện hơn đối với băng thông chia sẽ Một bất lợi của việc tiếp

cận băng thông chia sẽ là mỗi NIU phải có thiết bị quang/điện để điều khiển băng thông chung của mạng

Phân loại các dạng mạng truy nhập khác nhau mà chúng ta sẽ thảo luận trong phần này theo đó tuỳ theo mạng phân phối của nó broadcast hay chuyển mạch và tuỳ theo chúng dùng băng thông dùng riêng hay chia sẽ trong mạng feeder Ví dụ, mạng thoại là mạng chuyển mạch, mỗi NIU sẽ được nhận băng thông 4KHz riêng biệt; mạng truyền hình cáp là mạng quảng bá, tất cả các NIU chia sẽ như một băng thông chung; mạng quảng bá WDM hình sao thụ động (WPON), mỗi NIU được chỉ định một băng thông riêng là mạng quảng bá nhưng băng thông được dành riêng Chúng ta sẽ nghiên cứu kiến trúc của WPON ở phần sau Bảng 3.1: Phân loại các mạng truy nhập trong đó:

WRON (Wavelength Routed PON): mạng quang thụ động định tuyến bước sóng

TPON (Telephony PON): mạng quang thụ động cho thoại

HFC (Hybrid Fiber Coax): mạng cáp đồng trục/cáp quang hỗn hợp

Bảng 2 1 Phân loại các mạng truy nhập khác nhau

Băng thông chia sẽ Băng thông dành riêng

Mạng thoại

Mạng thoại chạy trên đôi dây cáp đồng nó bao gồm một cặp cáp đồng điểm – điểm giữa tổng đài đến nhà thuê bao Hai dây này được xoắn với nhau để làm giảm xuyên âm do đó được đặt tên là cáp xoắn đôi Mạng này được cung cấp băng thông 4KHz cho mỗi thuê bao, mặt dù chúng ta sẽ thấy rằng băng thông cao hơn sẽ được trích ra bằng cách sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu