truy nhập quang GPON

1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀITrong mấy năm gần đây, cùng với xu hướng phát triển của thế giới, mạng viễn thông ở nước ta đã phát triển nhanh chóng. Nhờ chiến lược đi thẳng vào hiện đại hóa theo hướng số hóa, tự động hóa đa dịch vụ, thừa kế những thành tựu của các ngành công nghiệp điện tử, công nghệ thông tin và sự phát triển của cơ sở hạ tầng, thiết bị, nền viễn thông nước nhà đã có những bước tiến nhảy vọt, đưa đời sống con người bước sang một kỷ nguyên thông tin mới. Từ đó Internet đã trở nên gần gũi và phổ biến nhờ vào công nghệ ADSL, với khả năng kết nối, truyền tải dữ liệu với tốc độ gấp hàng chục, hàng trăm lần modem quay số. Mạng truy cập quang thụ động (PON), cụ thể là GPON, bao gồm các đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số khách hàng. Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý. Tại đây, đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng.Với mạng GPON, tín hiệu được truyền bằng tia laser và được gửi tới đích, không cần các cấu kiện điện tử tích cực trong mạng ngoại vi. Nhà cung cấp mạng nhờ đó có thể tiết kiệm được chi phí đáng kể bằng việc dùng chung các sợi quang trong mạng nội hạt, dùng chung thiết bị trong tổng đài. Với lý do đó nên em chọn đề tài “ truy nhập quang GPON” để thiết kế đồ án môn học.2.NỘI DUNG VÀ BỐ CỤCNội dung của đề tài trình bày các vấn đề theo bố cục sau:Mở đầu.Chương 1: Tổng quan về mạng quang Gpon Chương 2: Đặc tính và thông số kỹ thuật của mạng GponChương 3: Đặc trưng của kiến trúc Gpon sửa dụng sợi quang cho mạng phân phối không dây Chương 4: Thiết kế mô phỏng Kết luận3.Ý NGHĨAĐồ án này sẽ cung cấp cho chúng ta các kiến thức cơ bản về cấu trúc mạng GPON hoàn toàn có thể mở rộng mà không cần bất kỳ nâng cấp cơ sở hạ tầng nào. Công nghệ GPON tăng tốc kết nối doanh nghiệp vào tương lai của dịch vụ internet. Nó đảm bảo rằng băng thông của người dùng cuối được cung cấp và nó cung cấp nền tảng cho truyền thông kinh doanh liên tục.CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPONCông nghệ mạng quang thụ động (PON) đã có vào giữa những năm 90. Kể từ khi phát triển rất lớn của mạng lưới, các tiêu chuẩn khác nhau đã được thành lập và trưởng thành. PON phát triển từ PON ATM đầu tiên (APON) và sau đó phát triển trong PON băng thông rộng (BPON) tương thích với APON. Sau đó, phát triển Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON) mang lại sự cải thiện lớn về khoảng cách truyền dữ liệu và băng thông. Hướng dẫn này sẽ giới thiệu về công nghệ GPON.1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PONCông nghệ cáp quang PON là viết tắt của “Passive Optical Network – Mạng cáp quang thụ động”. PON là mạng viễn thông truyền dữ liệu qua các đường cáp quang. Nó là “thụ động” vì nó sử dụng bộ tách không được cấp nguồn để định tuyến dữ liệu được gửi từ một vị trí trung tâm đến nhiều đích.Công nghệ cáp quang PON được các ISP và NSP sử dụng như một cách hiệu quả về chi phí để cung cấp truy cập Internet cho khách hàng. Vì PON là hệ thống điểmđa điểm, nó cung cấp một cách hiệu quả hơn để truyền dữ liệu hơn một mạng điểmđiểm. Đường truyền chính có thể tách ra thành 32 đường riêng biệt; đòi hỏi cơ sở hạ tầng ít hơn nhiều so với xây dựng đường dây trực tiếp đến từng điểm đến.Vị trí trung tâm của PON cũng được gọi là thiết bị đầu cuối đường quang (OLT). Trong khi các đích riêng lẻ được gọi là các đơn vị mạng quang (ONU). Các đường chấm dứt bên ngoài các tòa nhà được gọi là cáp quang đến vùng lân cận (fibertotheneighborhood – FTTH) hoặc cáp quang đến lề đường (fibertothecurb – FTTC). Các đường kéo dài tới tất cả các tòa nhà được gọi là cáp quang (fibertothebuilding – FTTB), hoặc sợi quang đến nhà (fibertothehome – FTTH).Trong khi tất cả Công nghệ cáp quang PON sử dụng cáp quang và bộ tách không có nguồn điện, có một số phiên bản khác nhau.Các yếu tố mạng liên quan đến Công nghệ cáp quang PONPON tận dụng sự ghép kênh phân chia bước sóng (WDM), sử dụng một bước sóng cho lưu lượng hạ lưu và một cho lưu lượng ngược trên một sợi đơn mode (ITUT G.652). BPON, EPON, GEPON và GPON có cùng bước sóng cơ bản và sử dụng bước sóng 1490 nm (nm) cho lưu lượng hạ lưu và bước sóng 1310 nm cho lưu lượng ngược dòng. 1550 nm được dành riêng cho các dịch vụ lớp phủ tùy chọn, thường là video RF (analog).Như với tốc độ bit, các tiêu chuẩn mô tả một số ngân sách điện quang học, phổ biến nhất là 28 dB của ngân sách tổn thất cho cả BPON và GPON, nhưng các sản phẩm đã được công bố bằng cách sử dụng quang học ít tốn kém là tốt. 28 dB tương ứng với khoảng 20 km với đường chia 32 chiều.Tính năng sửa lỗi chuyển tiếp (FEC) có thể cung cấp thêm 23 dB ngân sách mất mát khác trên các hệ thống GPON. Khi quang học cải thiện, ngân sách 28 dB có thể sẽ tăng lên. Mặc dù cả hai giao thức GPON và EPON đều cho phép chia tỷ lệ lớn (lên tới 128 thuê bao cho GPON, lên đến 32,768 cho EPON), trong thực tế hầu hết các PON được triển khai với tỷ lệ phân chia là 1:32 hoặc nhỏ hơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG

HỆ ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NIÊN KHÓA: 2018 - 2022

ĐỀ TÀI: TRUY NHẬP QUANG GPON

MÃ ĐỀ TÀI: 19 Sinh viên thực hiện:

Họ và tên: Huỳnh Thị Bảo Trân MSSV: 3118500057

Lớp: DDV1181 Giảng viên hướng dẫn: T.S Hồ Văn Cừu

Tp HCM, tháng 9 năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG

HỆ ĐẠI HỌC: NGÀNH KỸ THUẬT - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NIÊN KHÓA: 2018 - 2022

ĐỀ TÀI: TRUY NHẬP QUANG GPON

MÃ ĐỀ TÀI: 19 Nội dung thực hiện:

1 Mở đầu

2 Chương 1: Tổng quan về mạng quang GPON

3 Chương 2: Đặc tính và thông số kỹ thuật của mạng GPON

4 Chương 3: Đặc trưng của kiến trúc GPON sửa dụng sợi

quang cho mạng phân phối không dây

5 Chương 4: Thiết kế mô phỏng

6 Kết luận

Sinh viên thực hiện:

Họ và tên: Huỳnh Thị Bảo Trân MSSV: 3118500057

Lớp: DDV1181

Giảng viên hướng dẫn: T.S Hồ Văn Cừu

Tp HCM, tháng 9 năm 2021

Khoa Điện Tử Viễn Thông Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP HCM, ngày … tháng … năm 2021

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÊN MÔN HỌC: MẠNG TRUYỀN DẪN QUANG BĂNG RỘNG

MÃ MÔN HỌC: 850315

Giảng viên bộ môn giao nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học cho sinh

viên thực hiện đề tài đồ án môn học như sau:

1. Tên đề tài TRUY NHẬP QUANG GPON

2. Mã số đề tài: 19.

3. Sinh viên thực hiện:

STT Họ và tên Mã sinh viên Nội dung thực hiện Nhiệm vụ Chữ ký

1 Huỳnh Thị Bảo Trân 3118500057

4. Thời gian thực hiện: Học kỳ II, Năm học 2020 – 2021

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Nhận xét Điểm Điểm

thưởng

Điểm tổng

1 Huỳnh Thị Bảo Trân 3118500057

Ngày … tháng … năm 2021

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Hồ Văn Cừu

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài báo cáo này, trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thànhsâu sắc tới các Thầy, Cô giảng viên trong Khoa Điện Tử Viễn Thông Trường Đại họcSài Gòn đã trang bị vốn kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Hồ Văn Cừu – Giảng viênhướng dẫn học phần Mạng truyền dẫn quang bang rộng, Thầy đã tận tình giúp đỡ,trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm báo cáo, trang bị cho emkiến thức về môn học cũng như kiến thức của chuyên ngành đào tạo kỹ thuật điện tửviễn thông Trong thời gian làm việc với Thầy, em không những tiếp thu thêm nhiềukiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc nghiêm túc, hiệu quả, đây lànhững điều cần thiết cho em trong suốt quá trình học tập và công tác sau này

Trong quá trình làm báo cáo, mặc dù đã rất cố gắng, nhưng trong một khoảngthời gian cho phép, kinh nghiệm và kiến thức bản thân còn hạn chế nên báo cáokhông thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý củacác Thầy, Cô và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn!

TP HCM, ngày … tháng … năm 2021

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thị Bảo Trân

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON 11

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PON 11

Các yếu tố mạng liên quan đến Công nghệ cáp quang PON 12

1.2 CÁC BIẾN THỂ CỦA CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PON 14

1.3 TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON 17

1.3.1 Tổng quan 17

1.3.2 Ưu – Nhược điểm của mạng GPON 18

1.4 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG GPON 19

1.4.1 Sợi quang và cáp quang 19

1.4.2 Thiết bị đường truyền quang OLT (Optical Line Terminal) 20

1.4.3 Thiết bị kết cuối mạng quang ONU (Optical Network Unit) 21

1.4.4 Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) 22

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24

CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẠNG GPON .25 2.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẠNG GPON 25

2.1.1 Tốc độ truyền dẫn 25

2.1.2 Khoảng cách logic và vật lý 26

2.1.3 Khoảng cách sợi quang chênh lệch và tỉ lệ chia 26

2.2 KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP KÊNH 26

2.2.1 Phương thức ghép kênh 28

2.2.2 Phương thức đóng gói dữ liệu 28

2.3 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI GPON HIỆN NAY 31

2.3.1 Tình hình triển khai ở thế giới 31

2.3.2 Tình hình triển khai ở Việt Nam 31

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 33

CHƯƠNG 3 ĐẶC TRƯNG CỦA KIẾN TRÚC GPON SỬ DỤNG SỢI QUANG CHO MẠNG PHÂN PHỐI KHÔNG DÂY 34

3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 34

3.2 ROF TRÊN KIẾN TRÚC GPON 35

3.3 KIẾN TRÚC GPON 36

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG 38

4.1 KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG 40

4.2 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44

KẾT LUẬN 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát sóng di độngEDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang

TRM Transmiter and Receiver Module terminal Trạm đầu cuối

SDH Synchronous Digital Hierarchy Truyền dẫn đồng bộ

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng

PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Truyền dẫn không đồng bộ

PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc phân cực

ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang

ONU Optical Network Unit Thiết bị kết cuối mạng quangOLT Optical Line Terminal Thiết bị đường truyền quangTDMA Time Division Multiple Access Truy cập kênh phân thờiFMS Fiber Management System Hệ thống quản lý mạng quangWDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON 11 Hình 1.2 Mô hình mạng quang thụ động 13 Hình 1.3 các kiểu kiến trúc của PON 14 Hình 1.4 Kiến trúc phần cứng mạng FTTH-GPON 17 Hình 1.5 Các khối chức năng của OLT 20 Hình 1.6 Các khối chức năng của ONU 21 Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 22 Hình 1.8 Cấu trúc cơ bản các loại coupler 23 Hình 1.9 Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler 2x2 24 Hình 2.1 cấu trúc khung dữ liệu GPON 25

Hình 2.3: Các khung GEM trong phần tải luồng lên 28

Hình 2.5: Quá trình phân mảnh dữ liệu trong gói GEM 29 Hình 2.6: Cơ chế trạng thái mô tả GEM 29 Hình 2.7 Tình hình triển khai GPON trên thế giới 31 Hình 2.8 Mô hình triển khai dự phòng type B ở Viettel 32 Hình 3.1Điều chế cường độ - Kỹ thuật phát hiện trực tiếp

(a) Điều chế trực tiếp RF (b) Sử dụng bộ điều biến ngoài 36 Hình 3.2 Một RoF điển hình trên kiến trúc GPON 37

Hình 3 Mô phỏng được thiết lập trong OptiSystem 39

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong mấy năm gần đây, cùng với xu hướng phát triển của thế giới, mạng viễnthông ở nước ta đã phát triển nhanh chóng Nhờ chiến lược đi thẳng vào hiện đại hóatheo hướng số hóa, tự động hóa đa dịch vụ, thừa kế những thành tựu của các ngànhcông nghiệp điện tử, công nghệ thông tin và sự phát triển của cơ sở hạ tầng, thiết bị,nền viễn thông nước nhà đã có những bước tiến nhảy vọt, đưa đời sống con ngườibước sang một kỷ nguyên thông tin mới Từ đó Internet đã trở nên gần gũi và phổbiến nhờ vào công nghệ ADSL, với khả năng kết nối, truyền tải dữ liệu với tốc độgấp hàng chục, hàng trăm lần modem quay số

Mạng truy cập quang thụ động (PON), cụ thể là GPON, bao gồm các đườngquang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số khách hàng Sẽ cómột đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý Tại đây,

đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt điđến từng khách hàng.

Với mạng GPON, tín hiệu được truyền bằng tia laser và được gửi tới đích, khôngcần các cấu kiện điện tử tích cực trong mạng ngoại vi Nhà cung cấp mạng nhờ đó cóthể tiết kiệm được chi phí đáng kể bằng việc dùng chung các sợi quang trong mạng

nội hạt, dùng chung thiết bị trong tổng đài Với lý do đó nên em chọn đề tài “ truy nhập quang GPON” để thiết kế đồ án môn học.

2 NỘI DUNG VÀ BỐ CỤC

Nội dung của đề tài trình bày các vấn đề theo bố cục sau:

Mở đầu.

Chương 1: Tổng quan về mạng quang Gpon

Chương 2: Đặc tính và thông số kỹ thuật của mạng Gpon

Chương 3: Đặc trưng của kiến trúc Gpon sửa dụng sợi quang cho mạng phân phối không dây

Chương 4: Thiết kế mô phỏng

Kết luận

3 Ý NGHĨA

Đồ án này sẽ cung cấp cho chúng ta các kiến thức cơ bản về cấu trúc mạngGPON hoàn toàn có thể mở rộng mà không cần bất kỳ nâng cấp cơ sở hạ tầng

nào Công nghệ GPON tăng tốc kết nối doanh nghiệp vào tương lai của dịch vụ

internet Nó đảm bảo rằng băng thông của người dùng cuối được cung cấp và nócung cấp nền tảng cho truyền thông kinh doanh liên tục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON

Công nghệ mạng quang thụ động (PON) đã có vào giữa những năm 90 Kể từ khi phát triển rất lớn của mạng lưới, các tiêu chuẩn khác nhau đã được thành lập và trưởng thành PON phát triển từ PON ATM đầu tiên (APON) và sau đó phát triển trong PON băng thông rộng (BPON) tương thích với APON Sau đó, phát triển Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON) mang lại sự cải thiện lớn về khoảng cách truyền dữ liệu và băng thông Hướng dẫn này sẽ giới thiệu về công nghệ GPON.

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PON

Công nghệ cáp quang PON là viết tắt của “Passive Optical Network – Mạngcáp quang thụ động” PON là mạng viễn thông truyền dữ liệu qua các đường cápquang Nó là “thụ động” vì nó sử dụng bộ tách không được cấp nguồn để định tuyến

dữ liệu được gửi từ một vị trí trung tâm đến nhiều đích

Công nghệ cáp quang PON được các ISP và NSP sử dụng như một cách hiệu quả vềchi phí để cung cấp truy cập Internet cho khách hàng Vì PON là hệ thống điểm-đađiểm, nó cung cấp một cách hiệu quả hơn để truyền dữ liệu hơn một mạng điểm-điểm Đường truyền chính có thể tách ra thành 32 đường riêng biệt; đòi hỏi cơ sở hạtầng ít hơn nhiều so với xây dựng đường dây trực tiếp đến từng điểm đến.

Vị trí trung tâm của PON cũng được gọi là thiết bị đầu cuối đường quang (OLT).Trong khi các đích riêng lẻ được gọi là các đơn vị mạng quang (ONU) Các đườngchấm dứt bên ngoài các tòa nhà được gọi là cáp quang đến vùng lân cận (fiber-to-the-neighborhood – FTTH) hoặc cáp quang đến lề đường (fiber-to-the-curb –FTTC) Các đường kéo dài tới tất cả các tòa nhà được gọi là cáp quang (fiber-to-the-building – FTTB), hoặc sợi quang đến nhà (fiber-to-the-home – FTTH)

Trong khi tất cả Công nghệ cáp quang PON sử dụng cáp quang và bộ tách không cónguồn điện, có một số phiên bản khác nhau

Hình 1.1 Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON

Các yếu tố mạng liên quan đến Công nghệ cáp quang PON

PON tận dụng sự ghép kênh phân chia bước sóng (WDM), sử dụng một bước sóngcho lưu lượng hạ lưu và một cho lưu lượng ngược trên một sợi đơn mode (ITU-TG.652) BPON, EPON, GEPON và GPON có cùng bước sóng cơ bản và sử dụngbước sóng 1490 nm (nm) cho lưu lượng hạ lưu và bước sóng 1310 nm cho lưu lượngngược dòng 1550 nm được dành riêng cho các dịch vụ lớp phủ tùy chọn, thường làvideo RF (analog)

Như với tốc độ bit, các tiêu chuẩn mô tả một số ngân sách điện quang học, phổ biếnnhất là 28 dB của ngân sách tổn thất cho cả BPON và GPON, nhưng các sản phẩm đãđược công bố bằng cách sử dụng quang học ít tốn kém là tốt 28 dB tương ứng vớikhoảng 20 km với đường chia 32 chiều

Tính năng sửa lỗi chuyển tiếp (FEC) có thể cung cấp thêm 2-3 dB ngân sách mất mátkhác trên các hệ thống GPON Khi quang học cải thiện, ngân sách 28 dB có thể sẽtăng lên Mặc dù cả hai giao thức GPON và EPON đều cho phép chia tỷ lệ lớn (lêntới 128 thuê bao cho GPON, lên đến 32,768 cho EPON), trong thực tế hầu hết cácPON được triển khai với tỷ lệ phân chia là 1:32 hoặc nhỏ hơn.

Trong các thiết bị nhiều người thuê, ONU có thể được nối với thiết bị cơ sở kháchhàng trong đơn vị nhà ở riêng lẻ bằng các công nghệ như Ethernet qua cặpxoắn, G.hn (tiêu chuẩn ITU-T tốc độ cao có thể hoạt động trên bất kỳ hệ thống dâyđiện hiện có nào – đường dây điện, đường dây điện thoại và cáp đồng trục)hoặc DSL ONU là thiết bị kết thúc PON và trình bày giao diện dịch vụ khách hàngcho người dùng Một số ONU triển khai một đơn vị thuê bao riêng biệt để cung cấpcác dịch vụ như điện thoại, dữ liệu Ethernet hoặc video

OLT cung cấp giao diện giữaCông nghệ cáp quang PON và mạng lõi của nhà cungcấp dịch vụ Chúng thường bao gồm:

– Lưu lượng IP qua Fast Ethernet, Gigabit Ethernet hoặc 10 Gigabit Ethernet ;

– Các giao diện TDM chuẩn như SDH / SONET;

– ATM UNI tại 155–622 Mbit / s

 ONU và PON

ONT hoặc ONU kết thúc PON và trình bày các giao diện dịch vụ gốc cho ngườidùng Các dịch vụ này có thể bao gồm thoại (dịch vụ điện thoại cũ (POTS) hoặc thoạiqua IP (VoIP ), dữ liệu (thường là Ethernet hoặc V.35), video và / hoặc đo từ xa (TTL,ECL, RS530, v.v.) Các hàm ONU được chia thành hai phần:

– ONU, kết thúc PON và trình bày một giao diện hội tụ — chẳng hạn như DSL cápđồng trục hoặc Ethernet đa dịch vụ — đối với người dùng;

– Thiết bị chấm dứt mạng (NTE), đầu vào giao diện hội tụ và xuất các giao diện dịch

vụ gốc cho người dùng, chẳng hạn như Ethernet và POTS

Công nghệ cáp quang PON là một mạng chia sẻ Trong đó OLT gửi một luồng lưulượng hạ lưu duy nhất mà tất cả các ONU nhìn thấy Mỗi ONU chỉ đọc nội dung củacác gói được gửi đến nó Mã hóa được sử dụng để ngăn chặn nghe lén trên lưu lượngtruy cập hạ lưu.

Hình 1.2 Mô hình mạng quang thụ động

Hình 1.3 các kiểu kiến trúc của PON

1.2 CÁC BIẾN THỂ CỦA CÔNG NGHỆ CÁP QUANG PON

APON / BPON, EPON và GPON đã được triển khai rộng rãi Vào tháng 11năm 2014, EPON đã có khoảng 40 triệu cảng được triển khai và xếp hạng đầu tiêntrong việc triển khai

Tính đến năm 2015, GPON có thị phần nhỏ hơn, nhưng dự kiến đạt 10,5tỷ đô la Mỹvào năm 2020 Đối với TDM-PON, bộ tách quang thụ động được sử dụng trong

mạng phân phối quang Theo hướng ngược dòng, mỗi thiết bị ONU (thiết bị mạngquang) hoặc ONT (thiết bị đầu cuối mạng quang) truyền phát cho một khe thời gianđược gán (được ghép kênh trong miền thời gian) Theo cách này, OLT chỉ nhận tínhiệu từ một ONU hoặc ONT tại bất kỳ thời điểm nào Theo hướng hạ lưu, OLT(thường) liên tục truyền (hoặc có thể phát sóng truyền) Các ONU hoặc ONT nhìnthấy dữ liệu riêng của chúng thông qua các nhãn địa chỉ được nhúng trong tín hiệu.

- APON

Tất cả các hệ thống PON về cơ bản có cùng khả năng lý thuyết ở mức quang học.Các giới hạn về băng thông ngược dòng và hạ lưu được thiết lập bởi lớp phủ điện,giao thức được sử dụng để phân bổ dung lượng và quản lý kết nối Các hệ thốngPON đầu tiên đạt được triển khai thương mại đáng kể có một lớp điện được xây dựngtrên Chế độ Truyền Không đồng bộ (ATM, hoặc “chuyển đổi tế bào”) và được gọi là

“APON”

Chúng vẫn đang được sử dụng ngày nay, mặc dù thuật ngữ “băng thông rộng PON”hoặc BPON hiện đang được áp dụng Các hệ thống APON / BPON thường có dunglượng hạ lưu là 155 Mbps hoặc 622 Mbps, với các hệ thống phổ biến nhất hiện nay.Truyền tải ngược ở dạng các cụm tế bào ở tốc độ 155 Mb / giây

Nhiều người dùng Công nghệ cáp quang PON có thể được phân bổ các phần củabăng thông này PON cũng có thể phục vụ như một thân cây giữa một hệ thống lớnhơn, chẳng hạn như hệ thống CATV và mạng lân cận, tòa nhà hoặc mạng Ethernetgia đình trên cáp đồng trục

- GPON

Người kế nhiệm APON / BPON là GPON, có nhiều tùy chọn tốc độ khác nhau, từ

622 Mbps đối xứng (cùng công suất ngược / hạ lưu) đến 2.5 Gbps ở hạ lưu và 1.25Gbps ngược dòng GPON cũng dựa trên vận tải ATM GPON là loại PON được triểnkhai rộng rãi nhất trong các mạng cáp quang (FTTH) ngày nay trong các cài đặt mới

và thường được coi là thích hợp cho các dịch vụ băng thông rộng của người tiêu dùngtrong vòng 5 đến 10 năm tới Từ GPON, tương lai có thể mất hai nhánh: 10 GPON sẽtăng tốc độ của một nguồn cấp dữ liệu băng thông rộng điện duy nhất lên 10G; vàWDM-PON sẽ sử dụng ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) để tách từng tín hiệuthành 32 nhánh

- EPON

Một hoạt động đối thủ của GPON là Ethernet PON (EPON), sử dụng các góiEthernet thay vì các tế bào ATM EPON sẽ rẻ hơn để triển khai, theo những ngườiủng hộ, nhưng nó đã không thu được mức chấp nhận GPON, vì vậy không rõ EPON

sẽ hình dung như thế nào trong tương lai của truy cập băng thông rộng

Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy,trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác sovới B-PON và G-PON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăngthêm 1 sau mỗi 16ns Mỗi một đơn vị giao thức điều khiển điểm đa điểm MPCPDUmang theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tươngứng Tốc độ truyền dữ liệu E-PON có thể đạt tới 1Gbit/s.

bị xung đột Vì vậy trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệttrong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ công bằng tài nguyên và dung lượngtrung kế

Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênhphân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ởmột bước sóng khác nhau Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc

là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau Thậm chí nhiều vấn đề khókhăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ cómột loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng laser của nó Mỗi ONU

sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền Mặckhác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạngPON Việc sử dụng laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưngquá đắt cho công nghệ hiện tại Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải làgiải pháp tốt cho môi trường hiện nay

 Cách hoạt động của Công nghệ cáp quang PON

Để tìm hiểu thêm về cách mạng quang thụ động hoạt động, dưới đây là các tàinguyên bổ sung:

Làm việc với các khả năng mới của mạng quang: Các nhà cung cấp dịch vụ viễnthông chiến lược mạng chọn bây giờ sẽ xác định cả dịch vụ nâng cao mà họ có thểcung cấp sau và khi họ có thể mong đợi lợi tức đầu tư của họ Tìm hiểu về cáp quangcho nhà / nút / lề đường và các loại công nghệ cáp quang PON có sẵn

Các phương pháp hay nhất cho thiết kế mạng quang: Hướng dẫn viễn thông này đểthực hành tốt nhất cho thiết kế mạng quang học xem xét các vấn đề về truy cập,mạng lưới tàu điện ngầm và mạng lõi ảnh hưởng đến triển khai cáp quang.

Hiện đại hóa mạng lưới trong một thời kỳ thống trị quang học: Lập kế hoạch và thiết

kế mạng cần phải thay đổi công nghệ quang học như một động lực để thay đổi thiết

bị, cũng như những thay đổi trong công nghệ quang học

1.3 TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG GPON

1.3.1 Tổng quan

Mạng GPON (Gigabit Passive Optical Network) là một kiến trúc mạng baogồm các đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số kháchhàng Là mạng có cấu hình điểm – đa điểm Mỗi khách hàng được kết nối tới mạngquang thông qua một bộ chia quang thụ động và băng thông được chia sẻ từ nhánhđến người dùng

Tín hiệu đường xuống được phát quảng bá tới các thuê bao, tín hiệu này được

mã hóa để tránh việc xem trộm Tín hiệu đường lên được kết hợp bằng việc sử dụnggiao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), OLT sẽ điều khiển cácONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ liệu Nó là một công nghệ hoàntoàn mới ở Anh Các nước như Úc và Canada đã đi tiên phong trong công nghệ này

để cải thiện tốc độ internet trên một khoảng cách dài Kết quả là một cơ sở hạ tầngmạng tốc độ cao, chi phí thấp GPON cung cấp một mạng truy cập bằng chứng trongtương lai với khả năng nâng cấp vô song

Thông qua mạng riêng của bộ chia thụ động, GPON cho phép một cáp quangbăng thông rộng duy nhất thay thế cho nhiều cáp Điều này mang lại cho khách hàngcủa chúng tôi khả năng kết hợp nhiều dịch vụ vào một mạng dữ liệu sợi đơn lẻ.Công nghệ đột phá này cung cấp tốc độ vô song lên tới 2,488 Gbits/ s tốc độ tảixuống và tốc độ tải lên 1.244 Gbits/ giây GPON sử dụng Chuẩn mã hóa tiên tiến(AES) cho mục đích bảo mật, được thiết kế để có hiệu quả ở cả phần cứng lẫn phầnmềm và hỗ trợ độ dài khối 128 bit và độ dài khóa 128, 192 và 256 bit

Hình 10.4 Kiến trúc phần cứng mạng FTTH-GPON

1.3.2 Ưu – Nhược điểm của mạng GPON

GPON cung cấp cho người dùng cuối khả năng hợp nhất nhiều dịch vụ trên mộtmạng truyền tải cáp quang đơn lẻ Công nghệ này làm giảm chi phí và cơ sở hạ tầngtrong khi tăng băng thông Nó cung cấp 2,5GB / s băng thông hạ lưu và 1,25GB / sngược dòng chia cho tỷ lệ chia cho mỗi khách hàng cung cấp một mạng cáp quang códung lượng cao, tùy biến cho các dạng dịch vụ dựa trên IP.Các mạng này là giải pháp hoàn hảo cho các môi trường có nhiều điểm / điểm hoặctòa nhà riêng biệt GPON cung cấp cho một loạt các lợi ích cho phép triển khai xơnhanh, linh hoạt, khối lượng thị trường với chi phí sở hữu và phát hành thấp nhất cóthể

Kết hợp toàn bộ kết nối dựa trên IP và sợi mới nhất cho các cải tiến điểm cuối, mạngquang thụ động gigabit (GPON) ngày càng xuất hiện như là công nghệ mạng trưởngthành quan trọng

GPON hỗ trợ các dịch vụ triple-play, cung cấp các giải pháp tất cả các dịch vụ cạnhtranh

GPON hỗ trợ truyền dẫn băng thông cao để phá vỡ tắc nghẽn băng thông của truycập qua cáp đôi xoắn

GPON hỗ trợ vùng phủ sóng dịch vụ dài tới 20 km để vượt qua những trở ngại củacông nghệ truy cập qua cáp đôi xoắn và giảm các nút mạng

Với các tiêu chuẩn hoàn chỉnh và các yêu cầu kỹ thuật cao, GPON hỗ trợ các dịch vụtích hợp một cách tốt

GPON là sự lựa chọn của hãng lớn trên thị trường quốc tế

GPON là một tùy chọn kiến trúc quang học hoàn hảo cung cấp tốt nhất của tất cả cácthế giới

 Ưu điểm

- Sử dụng các thiết bị tách ghép tín hiệu quang thụ động nên tối ưu hóa việc sử

dụng cáp quang Hạn chế các ảnh hưởng bởi nguồn điện hay sự chuyển đổiquang – điện

- Dung lượng lớn, chất lượng truyền dẫn tốt và tốc độ truy nhập cao.

- Nhờ sử dụng các bộ chia nên hệ thống cáp được thu gọn, tiết kiệm chi phí và

dễ quản lý mạng ngoại vi

- Dễ dàng trong việc mở rộng mạng lưới.

- Băng thông rộng thuận tiện cho việc mở rộng các dịch vụ mới.

- Các thiết bị trong mạng GPON thường ít lỗi hơn AON.

 Nhược điểm:

- Khó nâng cấp băng thông khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều

điểm sẽ ảnh hưởng đến những thuê bao khác trong trường hợp đã dùng hếtbăng thông)

- Khó xác định lỗi hơn do 1 sợi quang chung cho nhiều người.

- Tính bảo mật cũng không cao do có thể bị nghe lén nếu không mã hóa dữliệu Tính bảo mật cũng không cao bằng công nghệ mạng cáp quang AON

- Không phù hợp với những địa điểm mật độ thuê bao thấp vì lúc đó chi phí

đầu tư sẽ rất lớn Chỉ nên áp dụng với những đô thị loại 1, loại 2 và nhữngkhu công nghiệp, khu chế xuất có mật độ khách hàng lớn

1.4 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG GPON

1.4.1 Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là thành phần quan trọng trong mạng quang, nó tạo sự kết nối giữacác thiết bị Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc Tuy nhiên sợiquang trong mạng PON chỉ cần quan tâm đến suy hao vì khoảng cách truyền tối đachỉ có 20km nên tán sắc ảnh hưởng không đáng kể Do đó, người ta sẽ sử dụng sợiquang có suy hao nhỏ, chủ yếu là sợi quang theo chuẩn G.652

Trên thực tế, để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cáp đồng,

đã từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu việt hơn.Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùng ánh sáng đểtruyền tín hiệu đi Chính vì sự khác biệt đó, mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao và

có khả năng truyền xa hơn Tuy vậy, phải đến giai đoạn hiện nay thì cáp quang mớiđược phát triển bùng nổ, nhất là trong lĩnh vực kết nối liên lục địa, kết nối xuyênquốc gia Và việc sử dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại này cũng đang bắt đầu thaythế dần mạng cáp đồng ADSL phục vụ trực tiếp đến người sử dụng

Cáp quang dài, mỏng với thành phần của thủy tinh trong suốt và bằng đườngkính của một sợi tóc Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sửdụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫntrung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối

đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt cáctín hiệu

Lõi: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua

Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi.

Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt

Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp quang.

Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket

Độ suy hao thấp hơn các loại cáp đồng (tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trongcáp đồng), nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km Dung lượng tải của cápquang cao hơn, vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có thể được bó vàovới đường kính đã cho hơn cáp đồng Điều này cho phép nhiều kênh đi qua một sợicáp

Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít,máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao đượcdùng trong cáp đồng

Cáp quang không cháy, vì không có điện xuyên qua cáp quang, do đó không có nguy

cơ hỏa hạn xảy ra Tuy vậy, cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt tiền so với cácloại cáp đồng

1.4.2 Thiết bị đường truyền quang OLT (Optical Line Terminal)

Thiết bị kết cuối đường dây OLT lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ (CO)thường được đặt tại các đài trạm OLT kết nối mạng dịch vụ và phần mạng PON Giaodiện từ một OLT đến mạng dịch vụ được gọi là giao diện mạng dịch vụ SNI (ServiceNetwork Interface)

Hình 1.5 Các khối chức năng của OLT

OLT bao gồm ba phần chính:

 Giao diện mạng phân phối quang (PON core shell)

 Chức năng kết nối chéo (Cross-connect shell)

 Chức năng giao diện cổng dịch vụ (Service shell)

- OLT gồm các chức năng chính sau:

- Chuyển đổi định dạng bản tin từ giao diện mạng dịch vụ sang giao diện khung bêntrong mạng phần mạng GPON (khung GTC)

- Quản lý ONU, bao gồm đăng kí ONU, điều chỉnh mức công suất và các thông số

- Điều khiển truy nhập môi trường, bao gồm tính toán thời gian trễ truyền dẫn, cấpphát băng thông…

- Điều khiển khung đường lên và xuống

OLT hiện đã được áp dụng rộng rãi trong việc truy cập mạng cáp quang ở cácquận, thị trấn và làng mạc Nó có thể giúp giảm chi phí xây dựng mạng một cáchhiệu quả, đồng thời cung cấp một đảm bảo về băng thông cao và tích hợp cao Và nóđược chứng minh là một giải pháp lý tưởng và mang tính xây dựng cho các dự ánFTTx

1.4.3 Thiết bị kết cuối mạng quang ONU (Optical Network Unit)

ONU (Optical Network Unit): là thiết bị mạng quang, kết nối với OLT thôngqua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buidinghoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab)

Hình 1.6 Các khối chức năng của ONU

Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT Vì ONU hoạtđộng chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đíchbảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi Tuy nhiên, thay cho chức năng này,chức năng dịch vụ MUX và DEMUX được hỗ trợ để xử lý lưu lượng

Khối mạng quang ONU được đặt ở phía trường thuê bao cho kết cuối truyềndẫn, cung cấp giao diện phía người dùng và được kết nối với mạng ODN Giao diệngiữa ONU với thiết bị mạng được gọi là giao diện mạng-người dùng UNI (UserNetwork Interface)

ONU gồm các chức năng sau:

- Chuyển đổi định dạng bản tin từ giao diện mạng-người dùng sang giao diện khungbên trong phần mạng GPON (Khung GTC)

- Điều khiển khung đường lên và xuống trong phần mạng GPON

Các khối chức năng của GPON ONU hầu hết đều giống như của OLT Vì ONUhoạt động chỉ với một giao diện PON đơn, nên chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi

Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng dịch vụ MUX và DEMUX được hỗ trợ

để chuyển đổi những chức năng PON core shell sang service shell

1.4.4 Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network)

Mạng phân phối quang cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật

lý giữa OLT và ONU

Các ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch đạiquang ODN bao gồm các thành phần quang thụ động: cáp và sợi quang đơn mode,connector quang, thiết bị rẽ nhánh quang thụ động, bộ suy hao quang thụ động vàmối hàn

 Mạng cáp quang thuê bao

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao

Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợiquang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT

Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:

Cáp quang gốc (Feeder Cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn gọiChung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point)

Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc Trên thực tế triểnkhai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quangphối, ưu tiên dùng măng xông quang

Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang (DP) tới cácđiểm truy nhập mạng (AP – Access Point) hay từ các tủ quang phối tới các tập điểmquang

Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP) hay là

từ các tập điểm quang đến thuê bao.

Hệ thống quản lý mạng quang (FMS – Fiber Management System) được sử dụng đểbảo dưỡng và xử lý sự cố

Điểm quản lý quang (FMP - Fiber Management Point): dễ dàng cho xử lý sự cố

và phát hiện đứt đường

 Bộ tách/ghép quang

Hình 1.8 Cấu trúc cơ bản các loại coupler

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệuquang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại Thiết bị này là Couplerquang, thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhậpquang (AP) Dạng đơn giản nhất là Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau Tỉ số táchcủa bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số.Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:

- Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với nănglượng đầu vào (dB) Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình 2-6minh họa hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler Trong mô hình 4 ngăn(Hình 2-6a), chỉ 1/16 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra Hình 2-6b đưa

ra mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn Trong mô hình nàymỗi đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào