NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠNG BĂNG RỘNG CHO CÔNG TY ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 1

Tìm hiểu về các công nghệ mạng truy nhập quang chủ động và thụ động. Nghiên cứu về các dịch vụ và chất lượng dịch vụ trên mạng Gpon. Nghiên cứu và thiết kế mạng băng rộng trên địa bàn Cty Điện Thoại Hà Nội 1. Đề xuất thiết bị đầu cuối triển khai mạng Gpon cho Cty ĐTHN 1.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-MAI VĂN THUẬN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠNG BĂNG RỘNG CHO CÔNG TY

ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 1

Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Mã số: 60.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ TUẤN LÂM

Hà Nội - 2013

của đồng tác giả trước khi đưa vào luận văn.

Học viên

Mai Văn Thuận

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô đang giảngdạy tại Học Viện Công nghệ Bưu Chính Viễn thông đã tận tình truyền đạt nhữngkiến thức quý báu giúp em hoàn thành khóa học này

Em xin chân thành cảm ơn khoa Quốc Tế và Đào Tạo Sau Đại Học, trường HọcViện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã tạo điều kiện tốt cho em thực hiện luậnvăn tốt nghiệp này

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy TS Vũ Tuấn Lâm, người đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với gia đình đã luôn động viên, ủng

hộ, cổ vũ và tạo mọi điều kiệngiúp tôi

Tôi cảm ơn tất cảnhững người bạn của tôi, những người luôn chia sẻ, cổ vũvàgiúp đỡ tôi

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép,nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong sự cảm thông vàtận tình chỉ bảo, góp ý của thầy cô và các bạn

Hà Nội , / /2013Học viên thực hiện

Vũ Tuấn Lâm

LỜI CAM ĐOAN i

5 Cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG 4

1.1.1 Các hệ thống PON đang được triển khai 81.1.2 Cấu hình cơ bản mạng quang truy nhập thụ động 91.2 CẤU HÌNH THAM CHIẾU CỦA MẠNG TRUY NHẬP QUANG 10

1.2.1 Cấu hình mạng truy nhập cung cấp dịch vụ trên mạng PON 11

1.3.1 Các khối chức năng của OLT 121.3.2 Các khối chức năng của ONU 14

1.4.1 Bộ chia quang Splitter 151.4.2 Mạng cáp quang thuê bao 15

2.1.2 Quá trình chuẩn hóa GPON 20

2.1.3 Các thông số kỹ thuật 20

2.1.4 Một số vấn đề cần quan tâm khi thiết kế mạng 21

2.1.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 22

2.2 NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ TRONG MẠNG TRUY NHẬP GPON 28 2.2.1 Thiết bị sử dụng trong mạng truy nhập GPON 28

2.2.2 Thiết bị OLT của hãng Alcatel – Lucent 28

2.2.3 Thiết bị OLT của hãng Huawei 30

2.2.4 Thiết bị OLT của các nhà cung cấp khác 30

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 32 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ QUY HOẠCH MẠNG BĂNG RỘNG TRÊN ĐỊA BÀN CTY ĐTHN 1 33 3.1 HIỆN TRẠNG MẠNG BĂNG RỘNG CỦA CTY ĐTHN 1 33 3.1.1 Mạng MAN-E Của Cty ĐTHN 1 33

3.1.2 Miền MPLS của mạng MAN-E 34

3.1.3 Nhu cầu sử dụng mạng băng rộng trên địa bàn 36

3.2 ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC MẠNG BĂNG RỘNG CHO CTY ĐTHN1 38 3.2.1 Các hình thức cung cấp mạng băng rộng cho công ty ĐTHN 1 38

3.2.2 Nguyên tắc tổ chức mạng phân phối cáp quang FTTx - GPON 39

3.2.3 Tính toán suy hao đường truyền 40

3.2.4 Giải pháp lắp đặt Splitter 2 cấp 43

3.2.5 Phương pháp tính kích cỡ mạng GPON 44

3.3 ĐỀ XUẤT CÁC DỊCH VỤ TRÊN MẠNG BĂNG RỘNG GPON 46 3.3.1 Dịch vụ Metronet cung cấp kết nối internet FiberVnn 46

3.3.2 Dịch vụ Metronet cung cấp kết nối Internet FiberVNN + Mytv HD 47

3.3.3 Dịch vụ MetroNet cung cấp kết nối MegaWan nội tỉnh tốc độ cao 48

3.3.4 Cung cấp dịch vụ Điểm – Điểm (P-P) 49

3.4 QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI MẠNG BĂNG RỘNG 51 3.4.1 Đề xuất mạng cáp quang GPON khu Anh Đào đô thị mới Vincom Village 56

3.4.2 Đề xuất cấu hình mạng truy nhập Gpon cho dự án T1 Times City 60 3.5 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO63

KẾT LUẬN 65

AON Active Optical Network (Mạng quang chủ động)

ATB Access Teminal Box (Hộp đấu nối quang tại nhà khách hàng)

AP Access Point (Điểm truy nhập mạng)

DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer (Gom lưu lượng Internet)

DC Distribution Cable (Cáp nhánh)

DP Distribution Point (Điểm phân phối, rẽ nhánh cáp)

MDU Multiple Dwelling Unit ( Thiết bị kết cuối dành cho một khu vực thuê bao FTTx Fiber to the-x (Kiến trúc mạng sử dụng cáp quang)

FC Feeder Cable (Cáp gốc)

FDT Fiber Distribution Terminal (Tủ phân phối quang)

GPON Gigabit Passive Optical Network (Mạng truy nhập quang thụ động)

HSI High Speed Internet (Dịch vụ truy cập internet tốc độ cao)

HDTV High Definition Television (Dịch vụ truyền hình phân giải cao)

PC Patch Cord (Dây nhẩy quang)

P2P Point to Point (Kết nối điểm – điểm)

P2MP Point to Multi Poin (Kết nối điểm - đa điểm)

Splitter Thiết bị chia ghép tín hiệu quang

ODN Optical Distribution Network (Mạng phân phối cáp quang)

OLT Optical Line Terminal (Thiết bị kết cuối quang tại nhà trạm)

ONU/ONT Optical Network Unit/Optical Network Terminal (Thiết bị kết cuối)

Danh mục hình vẽ

Trang

Hình 1.1 Sơ đồ mạng quang truy nhập AON và PON 4

Hình 1.2 Sơ đồ kiến trúc của mạng PON 5

Hình 1 3 Mô hình mạng quang thụ động 6

Hình 1 4 Các kiểu kiến trúc của PON 7

Hình 1 5 Cấu hình cơ bản mạng quang thụ động 10

Hình 1 6 Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang 11

Hình 1 7 Cấu hình mạng truy nhập và các dịch vụ 12

Hình 1 8 Sơ đồ khối chức năng của OLT 13

Hình 1 9 Các khối chức năng của ONU 14

Hình 1 10 Bộ chia quang thụ động Splitter 15

Hình 1 11 Cấu trúc mạng cáp thuê bao quang 16

Hình 2 1 Cấu trúc khung hướng lên trong mạng Gpon 23

Hình 2.2 Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC 24

Hình 2 3 Báo cáo DBA ở hướng lên 24

Hình 2 4 Truy cập phân kênh theo thời gian ở hướng lên trong mạng Gpon 25

Hình 2 5 Truyền dữ liệu hướng lên trong TDMA PON 26

Hình 2.6 Mô hình kết nối OLT của hãng Alcatel 29

Hình 2.7 Mô hình kết nối OLT của hãng Huawei 30

Hình 2.8 Biểu đồ sử dụng thiết bị OLT của các hãng (Alcatel – Lucent) 32

Hình 3 1 Cấu trúc mạng MAN-E 2013 34

Hình 3 2 Miền MPLS trong mạng MAN-E 35

Hình 3.3 Cấu trúc mạng truy nhập cáp quang FTTx 39

Hình 3.4 Sơ đồ đấu nối tuyến quang từ OLT đến ONT 41

Hình 3 5 Giải pháp lắp đặt Splitter 2 cấp 44

Hình 3 6 Mô hình mạng điển hình của một hệ thống GPON 46

Hình 3.7 Dịch vụ Fiber VNN trên hệ thống mạng truy nhập Gpon 47

Hình 3.8 Dịch vụ Fiber VNN + Mytv HD cung cấp trên hệ thống GPon 48

Hình 3 9 Mô hình cung cấp dịch vụ Megawan trên hệ thống Gpon 49

Hình 3.10 Mô hình kết nối điểm – điểm trên hệ thống Gpon 50

Hình 3.11 Đề xuất cấu trúc tổng thể mạng GPON khu vực đô thị Vincom Village 58

Hình 3.12 Sơ đồ đề xuất mạng Gpon khu vực nhà T1 dự án Times City 61

Hình 3.13 Sơ đồ đề xuất mạng Gpon khu vực nhà T2 dự án Times City 62

Bảng 2.1 Đặc tính kỹ thuật cơ bản của lớp vật lý 22

Bảng 2.2 So sánh thiết bị OLT giữa các nhà cung cấp 31

Bảng 3.1 Số liệu thống kê sử dụng dịch vụ ADSL trong hai tháng 36

Bảng 3.2 Dịch vụ cung cấp trên mạng MAN-E 36

Bảng 3.3 Doanh thu dịch vụ XDSL các đơn vị năm đến tháng 10-2013 37

Bảng 3.4 Các tham số suy hao đường truyền 40

Bảng 3.5 Mối tương quan giữa chiều dài tuyến cáp và lượng mối hàn 43

Bảng 3.6 Bảng quy hoạch thiết bị OLT tại công ty 1 51

Bảng 3.7 Bảng tính toán băng thông chi tiết cho mạng Gpon công ty ĐTHN 1 53

Bảng 3.8 Bảng chỉ số băng thông 55

Bảng 3.9 Số lượng thiết bị để triển khai tại công ty ĐTHN1 56

Bảng 3.10 Danh sách thiết bị ONT tương thích với mạng Gpon của Cty ĐTHN1 56

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển và bùng nổ của mạng internet ngày nay, cùng những tiện ích

và dịch vụ đi kèm như video call, hội nghị truyền hình, VOD, game online, thanhtoán trực tuyến, dịch vụ giải trí trên internet, yêu cầu băng thông cao và chất lượngdịch vụ, chính vì thế mạng băng rộng Gpon ra đời và đáp ứng được những tiêu trítrên

Hiện nay mạng cáp đồng với những nhược điểm như chất lượng đường truyền,tín hiệu kém, băng thông thấp, ảnh hướng lớn từ môi trường, không đáp ứng đượccác dịch vụ giải trí trên mạng, dịch vụ Mytv, hay các dịch vụ đòi hỏi sự ổn định vềchất lượng như Hội nghị truyền hình, Game online, thanh toán trực tuyến, giải trítrên mạng Với sự phát triển của dịch vụ thoại trên nền IP, trong tuơng lai hệ thốngthoại qua hệ thống tổng đài và mạng cáp đồng sẽ được thay thế dần, đàm bảo chấtlượng, hạn chế suy hao, cũng như cải thiện chất lượng dịch vụ đáp ứng nhu cầungày càng cao của khách hàng

Với sự đầu tư và triển khai mạng MAN của VNPT Hà Nội, mạng truy nhậpGPON sẽ được triển khai trên nền mạng MAN Ethernet, sẽ đáp ứng được nhữngyêu cầu về băng thông, giảm chi phí đầu tư, nâng cao chất lượng dịch vụ cho kháchhàng như hạn chế suy hao so với mạng quang chủ động do phụ thuộc vào các thiết

bị chuyển mạch quang điện khi truyền trên hệ thống

Thực trạng mạng quang truy nhập hiện nay, cung cấp dịch vụ cho khách hàng

sử dụng chủ yếu là các thiết bị quang chủ động như các Switch truy nhập, các bộchuyển đổi quang điện, hạn chế về dung lượng, số lượng khách hàng, tốn kém vềchi phí vận hành, khai thác và bảo dưỡng

Chính những ưu điểm của công nghệ mạng truy nhập quang Gpon, nghiên cứuthiết kế mạng băng rộng cho Công ty Điện thoại Hà Nội 1, nhằm đáp ứng nhữngyêu cầu của khách hàng trong tương lai, các dịch vụ, tiện tích đòi hỏi chất lượng,

 Tìm hiểu về các công nghệ mạng truy nhập quang chủ động và thụ động.

 Nghiên cứu về các dịch vụ và chất lượng dịch vụ trên mạng Gpon

 Nghiên cứu và thiết kế mạng băng rộng trên địa bàn Cty Điện Thoại HàNội 1

 Đề xuất thiết bị đầu cuối triển khai mạng Gpon cho Cty ĐTHN 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

 Đối tượng nghiên cứu: Các công nghệ mạng truy nhập quang chủ động vàthụ động

 Phạm vi nghiên cứu: Mạng quang thụ động Gpon, nghiên cứu và thiết kếquy hoạch mạng Gpon trên địa bàn Cty ĐTHN 1

4 Phương pháp nghiên cứu:

+ Dựa vào số liệu, sơ đồ mạng quang chủ động của Công ty, nghiên cứu,thiết kế và quy hoạch mạng quang truy nhập Gpon thay thế mạng quangchủ động hiện tại, trên nền mạng MAN-E của VNPT Hà Nội Đề xuất,quy hoạch triển khai thiết bị OLT trên địa bàn Cty ĐTHN 1

5 Cấu trúc luận văn

Chương 1: Tổng quan về mạng truy nhập băng rộng

 Kiến trúc mạng PON: Các hệ thống mạng PON đang được triển khai

 Cấu hình cơ bản của mạng truy nhập quang: Cấu hình tham chiếu mạngtruy nhập quang, sơ đồ cấu hình mạng truy nhập

 Các khối chức năng cơ bản: Khái niệm, các khối chức năng OLT, cáckhối chức năng của ONU

 Mạng phân phối quang ODN, bộ tách ghép quang, mạng cáp quang thuêbao

 Kết luận chương 1

Chương 2: Công nghệ và thiết bị sử dụng để triển khai mạng băng rộng

 Các công nghệ của mạng quang truy nhập băng rộng, thông số kỹ thuật,một số vấn đề cần quan tâm khi thiết kế mạng, kỹ thuật truy nhập vàphương thức ghép kênh

 Nghiên cứu về thiết bị sử dụng trong mạng truy nhập băng rộng, đề xuất

sử dụng thiết bị, so sánh ưu nhược điểm giữa các thiết bị băng rộng củacác nhà cung cấp thiết bị

 Đề xuất sử dụng thiết bị của hãng Alcatel-Lucent để triển khai mạngbăng rộng trên địa bàn Công ty ĐTHN 1

 Kết luận chương 2

Chương 3: Thiết kế và Quy hoạch mạng băng rộng trên địa bàn Cty ĐTHN1

 Hiện trạng mạng băng rộng của Cty ĐTHN1, khảo sát nhu cầu sử dụngmạng băng rộng trên địa bàn công ty

 Đề xuất, cấu trúc mạng băng rộng cho Cty ĐTHN1 Đề xuất các dịch vụtrên mạng băng rộng sử dụng thiết bị cho mạng truy nhập Gpon

 Quy hoạch mạng, tối ưu mạng băng rộng cho Cty ĐTHN1, tính toánbăng thông, lựa chọn thiết bị đầu cuối, cấu hình dịch vụ trên mạng băngrộng trên thiết bị Alcatel ISAM 7342

 Hướng nghiên cứu tiếp theo, đề xuất giải pháp và lộ trình khiển khaimạng truy nhập quang đến năm 2015 cho Cty ĐTHN1

 Kết luận chương 3

Kết luận và hướng phát triển

chủ động AON và mạng truy nhập quang thụ động PON

AON (Active Optical Network) mạng cáp quang chủ động là kiến trúc mạngđiểm điểm (Poit to Point) thường thì mỗi thuê bao sẽ có một đường cáp quang riêngchạy từ tiết bị trung tâm như các (Access Node) đến thuê bao (FTTH – Fiber to theHome)

Hình 1.1 Sơ đồ mạng quang truy nhập AON và PON

AON có ưu điểm như : tầm kéo dây xa (lên đến 70km) mà không cần bộ lặp(Repeater), tính bảo mật cao, dễ xác định lỗi, nhưng có nhược điểm là chi phí đầu tưcao, việc vận hành các thiết bị trên đường truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuêbao là một đôi quang riêng, tốn kém số lượng cáp và không gian chứa, mạng AON

sử dụng các thiết bị tích cực như các bộ chia tích cực hoặc các bộ ghép kênh ở đoạnphân bố của mạng truy nhập

PON ( Passive Optical Network) là kiến trúc mạng điểm – đa điểm (Point toMulti Point), đường truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung tâm OLT (Optical Line

Termination) qua một thiết bị chia tín hiệu (Splitter) và từ thiết bị này mới kéo đếnngười dùng, splitter này không cần nguồn cấp, có thể đặt ở bất kỳ nơi đâu nên cóthể triển khai cho nhiều thuê bao giảm đáng kể chi phí so với AON, do splitterkhông cần nguồn nên hệ thống tiết kiệm điện hơn và tiết kiệm không gian chứa cáp

do sử dụng số lượng sợi quang ít hơn so với mạng AON

1.1 KIẾN TRÚC MẠNG PON VÀ CÁC HỆ THỐNG PON

Sơ đồ kiến trúc của mạng PON

Hình 1.1 Sơ đồ kiến trúc của mạng PON

Kiến trúc của một mạng PON gồm có các thành phần sau:

a) OLT (Optical Line Termination) đặt phía nhà cung cấp dịch vụ

b) Splitter : Đặt ở trung tâm mạng PON là một bộ chia quang thụ động

c) ONT ( Optical network Termination ) Thiết bị đầu cuối khách hàng

Hình 1 2 Mô hình mạng quang thụ động

PON sẽ chỉ bao gồm : sợi quang, các bộ chia splitter, thấu kính, bộ lọc…điềunày giúp cho PON có một số ưu điểm như : không cần nguồn điện cung cấp nênkhông bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, tín hiệu sẽ không bị suy hao nhiều như đối vớicác phần tử tích cực

Ngoài việc giải quyết vấn đề về bằng thông mạng PON còn có ưu điểm là chiphí lắp đặt thấp do tận dụng được mạng quang đã có từ trước, việc sử dụng bộ chiaquang thụ động sẽ giúp cho việc thiết lập thêm các nút trở lên đơn giản hơn so vớimạng quang tích cực do việc cung cấp nguồn tại mỗi nút mạng

PON còn có khả năng chống lỗi cao so với (SONET/SDH) vì các node củamạng PON nằm bên ngoài mạng, tổn hao năng lượng trên các nút này không gâyhay hưởng tới các nút khác, khả năng một node mất tín hiệu không làm ngắt mạnghay ảnh hưởng các node khác đây là điều rất quan trọng với mạng truy nhập

Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quanghoặc được kết hợp lại truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụthuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON

PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, thường là cấu hình cây

là phổ biến, cũng có thể triển khai theo cấu hình vòng ring cho các khu thuơng mạihoặc theo cấu hình Bus khi triển khai ở khu vực trường sở…

Bằng cách sử dụng bộ chia quang 1:N ta có thể triển khai theo bất kỳ cấu hìnhnào trong những cấu hình trên.OLT được kết nối với mạng lõi MAN hay WAN vàkết nối đến người dùng qua bộ chia quang và đến thiết bị đầu cuối khách hàngONT

Hình 1 3 Các kiểu kiến trúc của PON

+ Kiến trúc Point to Point (Điểm – Điểm)

- Dung lượng lớn

- Chi phí cao, do sử dụng cặp sợi quang trong kiến trúc điểm – điểm

+ Kiến trúc quang chủ động hình sao

- Giảm chi phí vận hành bảo dưỡng do không sử dụng thiết bị quang chủ động

Theo tiêu chuẩn ITU-T G.983

APON ( ATM Passive Optical Network ) : Đây là chuẩn mạng PON đầu tiên, dựa trên công nghệ ATM, các thành viên của FSAN (Full Service Access Network)

từ những năm 1995 phát triển một tiêu trí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM và lớp 2 của nó

BPON (Broadband PON) : Là một chuẩn dựa trên APON , nó hỗ trợ thêm công nghệ WDM, băng thông giành cho đường uplink là động và cao hơn, nó cung cấp một giao diện quản lý chuẩn OMCI giữa OLT và ONT/ONU cho phép nhiều nhà cung cấp dịch vụ cùng hoạt động

Hệ thống BPON có khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng như là Video, Ethernet, kênh thuê riêng…Đến năm 1997 thì nhóm FSAN đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính thức và từ đó các tiêu chuẩn ITU-T G983.X cho mạng BPON lần lượt đã được thông qua , hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ hướng lên

155 Mbps và hướng xuống là 622 Mbps hoặc ở tốc độ đối xứng là 622 Mbps và các

hệ thống BPON được sử dụng ở Nhật Bản, Bắc Mỹ và một phần của Châu Âu

b, GPON

Theo tiêu chuẩn ITU-T G.984

GPON ( Gigabit PON ) : là sự nâng cấp của chuẩn BPON, nó hỗ trợ tốc độ cao hơn, bảo mật được tăng cường và sự đa dạng trong việc lựa chọn giao thức lớp

2 :ATM,GEM,Ethernet

Cấu trúc của BPON khó có thể nâng cấp lên tốc độ cao hơn 622 Mbps và mạng PON trên cơ sở nền ATM không tối ưu đối với lưu lượng IP vì thế nhóm FSAN phát triển một hệ thống mạng PON mới từ năm 2011 với tốc độ hàng Gbps hỗ trợ cảlưu lượng ATM và IP, từ năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn dành cho mạng GPON gồm G984.1, G984.2, G984.3

c)EPON

EPON (Ethernet PON) là một chuẩn của IEEE/EFM cho việc sử dụng

Ethernet trong việc truyền dữ liệu EPON mà mạng trên cơ sở của PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3, sử dụng mã đường truyền 8b/10B và hoạt động với tốc đội 1Gbps

IEEE đã thành lập nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile (EFM) mục tiêu là mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập vùng hướng tới các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu giữ các tính chất củaEthernet truyền thống

và là bước phát triển kế tiếp cho các công nghệ mạng truy nhập quang PON

e) Nhận xét

Mạng APON/BPON được phát triển từ giữa những năm 90, và không được quan tâm phát triển ở thời điểm này do chỉ hỗ trợ dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các cung nghệ hiện tại như GPON và EPON hay GEPON GEPON cung cấp tốc độ truyền là 1,25Gbps thì GPON cho phép đạt tốc độ lêntới 2.448 Gbps Với hiệu suất từ 50%-70% băng thông của GEPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps, khi đó GPON với việc tận dung tối đa nó có thể cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2300 Mbps

Mạng GPON của Flexlight có thể đạt tới hiệu suất mạng 93%, điều đó có nghĩa

là chỉ có 7% độ rộng băng tần được sử dụng cho việc quy định các thủ tục của giao thức truyền thông Hiệu suất lớn và độ rộng băng tần lớn vì thế GPON sẽ mang lại lợi nhuận cho nhà cung cấp và đáp ứng được nhu cầu của khách hàng, trong khi đó APON, BPON và EPON lại tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định các thủ tụctruyền thông, vì thế mà băng thông giảm đi cụ thể là APON và BPON còn 70% và EPON còn 50%

1.1.2 Cấu hình cơ bản mạng quang truy nhập thụ động

Hình 1 4 Cấu hình cơ bản mạng quang thụ động

ATB : Hộp cuối quang ONT : Thiết bị cuối mạng quang

Từ thiết bị OLT, qua khung phân phối quang chính, hoặc qua các măng xông, sợiquang được kéo đến thiết bị phân phối sợi quang và đến các điểm truy nhập, quacác thiết bị cuối truy nhập quang, đến các hộp đầu cuối quang và đến hộp cuốiquang, sẽ được kéo đến thiết bị ONT của khách và cung cấp các dịch vụ, và mỗimột port trên thiết bị OLT có thể tập chung lưu lượng của từ 64 đến 128 kháchhàng, và thường thiết bị OLT được đặt ở tổng đài nội hạt (CO) và cung cấp dịch vụtheo cấu trúc hình cây như trên hình

1.2 CẤU HÌNH THAM CHIẾU CỦA MẠNG TRUY NHẬP QUANG

Hình 1 5 Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang

Cấu trúc tham chiếu của mạng truy nhập quang gồm có 4 khối cơ bản là : đầucuối đường quang OLT , mạng phân phối quang ODN, khối mạng quang ONU vàkhối chức năng phối hợp AF, điểm tham chiếu chủ yếu gồm có : điểm tham chiếuphát quang S, điểm tham chiếu thu quang R, điểm tham chiếu giữa các nút dịch vụ

V, điểm tham chiếu đầu cuối thuê bao Tvà điểm tham chiếu a ở giữa các ONU, giaodiện gồm : giao diện quản lý mạng Q3 và giao diện giữa thuê bao với mạng UNI

1.2.1 Cấu hình mạng truy nhập cung cấp dịch vụ trên mạng PON.

Theo xu hướng phát triển trên thế giới, nhu cầu về các dịch vụ băng thông rộngnhư truyền hình theo yêu cầu (Video On Demand), truyền hình HD sẽ còn tăng caotrong tương lai, ngoài khả năng triển khai các dịch vụ TriplePlay tiên tiến, sẵn sàngcung cấp các yêu cầu phát sinh khác của khách hàng trong tương lai như Voip,IPTV, truyền số liệu, hội nghị truyền hình…dịch vụ đảm bảo an tâm tuyệt đối vềtính bảo mật thông tin, không lo ngại về việc bị chia sẻ tín hiệu trên đường truyền Các hệ thống hiện nay có tốc độ tải về khoảng 2.5 Gbps, trong khi đó GPON cótốc độ lên đến 10 Gbps, tăng gấp 4 lần, tốc độ tăng nên sẽ hỗ trợ cho nhiều ngườidùng hơn, và băng thông sẽ cao hơn

Hình 1 6 Cấu hình mạng truy nhập và các dịch vụ

Mạng PON có thể cung cấp đến các tòa nhà cao tầng, các khu trung tâmthương mai, hay các tòa nhà văn phòng, hay các khu dân cư, sử dụng bộ chia quangthụ động theo cấu trúc điểm – đa điểm, cung cấp các dịch vụ như các luồng E1/T1hay các dịch vụ như Ethernet, Video, Voice, đáp ứng được nhu cầu của khách hàng

về các dịch vụ TriplePlay giữa Data, voice và Video

1.3 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CỦA OLT VÀ ONU

1.3.1 Các khối chức năng của OLT

Thiết bị OLT ( Optical Line Termination ) được kết nối tới mạng chuyển mạch

qua giao diện chuẩn, về phía mạng phân phối, OLT bao gồm các giao diện truynhập quang theo tiêu chuẩn GPON về tốc độ bit, quỹ đường truyền, jitter,…OLTbao gồm ba phần chính sau đây:

- Chức năng giao diện cổng dịch vụ ( Service port interface Function)

- Chức năng đấu nối chéo (cross-connect function)

- Giao diện mạng phân phối quang ( ODN interface )

Các khối chức năng chính của OLT được mô tả trong hình 1.3.1

Hình 1 7 Sơ đồ khối chức năng của OLT

+ Khối lõi PON (PON core shell)

Gồm có hai phần, chức năng giao diện ODN và chức năng hội tụ truyền dẫn(PON TC- Transmission Convergence) bao gồm khung tín hiệu, điều khiển truynhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU, chức năng PON TC bao gồmkhung tín hiệu, điều khiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU.Mỗi PON TC lựa chọn một phương thức truyền dẫn như ATM, GEM hoặc cả hai.+ Khối đấu nối chéo (cross-connect shell)

Khối đấu nối chéo cung cấp đường truyền giữa khối PON và khối dịch vụ, côngnghệ để kết nối phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong OLT và các yếu tốkhác, OLT cung cấp chức năng đấu nối chéo tùy thuộc vào phương thức truyền dẫn

đã lựa chọn (GEM, ATM hay cả hai)

+ Khối dịch vụ (Service shell)

Khối này thực hiện chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khung TCcủa phần mạng PON

Chức năng chính của OLT

- Thiết bị kết nối đầu cuối quang OLT

- OLT là thiết bị kết cuối quang đặt ở nhà trạm

- OLT là thiết bị thuộc lớp acces của mạng MANE, giao diện đa dịch vụ kếtnối mạng lõi, tập chung lưu lượng

- OLT cung cấp kết nối quang P2P và P2MP

- OLT giao tiếp với các ONT, MXU, Mini DSLAM của mạng PON

1.3.2 Các khối chức năng của ONU

Các khối chức năng của ONU hầu hết tương tự như các khối chức năng của OLT, do ONU hoạt động với một giao diện PON ( hoặc tối đa khi hai giao diện hoạtđộng ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo ( cross-connect function) có thể được bỏ qua Tuy nhiên, thay cho chức năng này thì có thêm chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng, cấu hình tiêu biểu của ONU được thể hiện trong hình 1.3.2 mỗi PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai

Hình 1 8 Các khối chức năng của ONU

Chức năng chính của ONU

- Là thiết bị đầu cuối phía nguời dùng

- Cung cấp các luồng dữ liệu với tốc độ từ 64 Kb/s đến 1 Gb/s

- Giao diện đường lên có tốc độ và giao thức hoạt động tương thích với hướngxuóng của OLT

- ONU có dung luwongj vừa và nhỏ và có thể cung cấp các dịch vụ nhưPOST, ADSL, VDSL, LAN, IPTV…

1.4 MẠNG PHÂN PHỐI QUANG VÀ BỘ CHIA QUANG THỤ ĐỘNG1.4.1 Bộ chia quang Splitter.

- Dùng để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại

- Thực hiện chia công suất quang tại sợi quang đầu vào tới N sợi quang đầu ra

- Tỷ lệ chia có nhiều cấp khác nhau như 1/8;1/16;1/32;1/64;1/128 tùy thuộc vàothiết bị và ứng dụng sử dụng

- Hệ số chia công suất quang phụ thuộc vào cấp độ chia

- Phân bố bộ chia phổ biến trên mạng theo tỷ lệ chia 1:2 tại tủ quang phối cấp 1 và

tỷ lệ chia 1:32 tại tủ quang phối cấp 2

- Tại những điểm có nhiều thuê bao dự báo sẽ có nhu cầu băng thông lớn như khuvực nhiều nhà dân, các trung tâm thương mại có thể đặt bộ chia 1:32 để sau nàynâng cấp băng thông dễ dàng

Hình 1 9 Bộ chia quang thụ động Splitter

+ Khối chức năng của ODN

Khối mạng phân phối quang (ODN- Optical Distribution Network) đặt giữaONU và OLT Chức năng của nó là phân phối công suất tín hiệu quang ODN chủyếu là linh kiện quang không có nguồn và sợi quang tạo thành mạng phân phốiđuờng quang thụ động

1.4.2 Mạng cáp quang thuê bao

Mạng cáp quang thuê bao quang được tính trong phạm vị ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa OLT đến thiết bị ONU của khách hang, ta có cấu trúc mạng cáp quang thuê bao như hình 1.4.2 sau đây

Hình 1 10 Cấu trúc mạng cáp thuê bao quang

Cấu trúc mạng quang thuê bao gồm các thành phần chính

- Cáp quang gốc (Feeder Cable) : xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ tới điểmphân phối được gọi là DP (Distribution Point)

- Điểm phân phối sợi quang (DB) : là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc, trên thực

tế, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc tủ cáp phốiquang

- Cáp quang phối (Distribution Optical Cable) : Xuất phát từ điểm phối quang(DP) tới các điểm truy nhập mạng (AP – Access Point) hay từ các tủ phốiquang đến các tập điểm quang

- Cáp thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP0 hay từcác tập điểm quang đến thuê bao

- Hệ thống quản lý mạng quang (FMS- Fiber Management System) được sử dụng

để bảo dưỡng và sử lý sự cố

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

cố và phát hiện đứt đường quang

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Theo phân tích xu hướng phát triển hiện nay, PON đang là công nghệ truynhập tiên tiến có thể hỗ trợ tốc độ rất cao, đáp ứng các yêu cầu dịch vụ Triple-Playcho người dùng mà lại tiết kiệm chi phí do việc dùng chung OLT và đường cápquang phân phối tới các bộ tách, ghép Splitter, các thuê bao chỉ cần chạy dây riêngtới các bộ Splitter ở các đầu hộp Ngoài ra do thiết bị là thụ động không yêu cầuđiện nên chi phí lắp đặt bảo trì thấp, mạng PON được kết nối với mạng MANE sẽgiảm bớt chi phí đầu tư, tận dụng tối đa mạng quang hiện có

Mạng PON đáp ứng các yêu cầu

+ FTTB ( Fiber to the Buiding) : Dịch vụ mạng quang đến tòa nhà bao gồm 2trường hợp : Dành cho khu vực chung cư MDU (Multi-dwelling Units) và dành chokhu vực doanh nghiệp, môi trường này lại bao gồm các tiêu chí dịch vụ như sau + FTTB cho MDU : bao gồm các dịch vụ sau:

- Dịch vụ băng rộng không đối xứng (dịch vụ broadcast số, video theo yêucầu, download file…), dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung,email, trao đổi file, đào tạo từ xa, khám bệnh từ xa, game trực tuyến…)

- Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN : mạng truy nhập phải hỗ trợ linhhoạt để cung cấp các dịch vụ thoại băng hẹp

+ FTTB cho doanh nghiệp : Bao gồm các dịch vụ sau :

- Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, phần mềm nhóm, email,trao đổi file )

- Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN ; mạng truy nhập phải hỗ trợ mộtcách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp

- Đường thuê kênh riêng : mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt đểcung cấp dịch vụ thuê kênh riêng với các mức tốc độ khác nhau

+ FTTH ( Fiber to the Home)

Dịch vụ FTTH GPON là dịch vụ sử dụng công nghệ băng rộng mới nhất trênthế giới mà các nhà cung cấp dịch vụ đang hướng tới nhằm đáp ứng xu thế nhiềudịch vụ trên một kết nối

Dịch vụ FTTH GPON có thể hỗ trợ đa dịch vụ trên một đường dây duy nhấtvới băng thông đến mỗi thuê bao có thể lên đến 2.5 Gbps, đáp ứng hoàn toàn cácnhu cầu phát sinh trong tương lai của khách hàng như : Voip Video On Demand,IPTV, truyền số liệu, MPLS…

Dịch vụ FTTH GPON không bị suy giảm chất lượng tín hiệu theo khoảngcách, khoảng cách tối đa có thể lên đến 20 km

FTTH GPON có ưu điểm sử dụng các thiết bị splitter không cần cấp nguồn, cógiá thành thấp và có thể đặt ở bất kỳ đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện vềmôi trường, không cần phải cung cấp nguồn điện dự phòng cho các thiết bị giữa cácphòng máy trung tâm và phía người dùng

SONET/SDH là đối xứng, do đó trong vòng ring OC-12 , tất cả các card nối với cácADM đều có giao diện OC-12.

Dựa vào những so sánh giữa các hệ thống APON/BPON EPON và GPON, vớinhững lý do trên thì GPON là lựa chọn số một cho việc nghiên cứu và phát triểnmạng cho công ty, đáp ứng được nhu cầu hiện tại cũng như tương lai của kháchhàng, tận dụng được tối đa tài nguyên mạng MANE hiện đang có, tiết kiệm đượcchi phí triển khai Có thể đáp ứng và giải quyết được vấn đề về băng thông màmạng cáp đồng và mạng cáp quang tích cực chưa đáp ứng được, thay thế dần mạngcáp đồng và mạng cáp quang tích cực hiện nay Xây dựng mạng truy nhập băngrộng quang thụ động là một yêu cầu cần thiết cho tương lai, đáp ứng được nhu cầu

sử dụng của khách hàng, chính vì thế nghiên cứu và thiết kế mạng quang thụ độngGPON là yêu cầu cấp thiết hiện nay Công nghệ và thiết bị sử dụng để triển khaimạng băng rộng sẽ được trình bầy trong chương 2

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐỂ

TRIỂN KHAI MẠNG BĂNG RỘNG

Chương này sẽ tập trung vào công nghệ của mạng quang truy nhập băng rộng

và các thông số kỹ thuật cũng như các vấn đề quan tâm khi thiết kế mạng, nghiêncứu về các kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh của công nghệ GPON, từnhững so sánh về mặt công nghệ, giá thành, ưu nhược điểm của các hãng cung cấpthiết bị, đề xuất sử dụng thiết bị để triển khai mạng băng rộng

2.1 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP KÊNH

2.1.1 Công nghệ của mạng quang thụ động Gpon

Gpon là công nghệ truy nhập internet băng rộng qua đường truyền cáp quang,ngoài chức năng kết nối internet, FTTH cho phép người dùng truyền tín hiệu Video,Chat IP, Hội nghị truyền hình, IPTV, truyền file dung lượng lớn, VPN…với tốc độlên tới hàng chục Mbps tới 2.5 Gbps

Hai công nghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON) ra đời đã manglại giải pháp làm thông suốt hàng loạt vấn đề về truy nhập băng thông rộng Với cáclợi điểm về khả năng ghép kênh phân chia theo dải tần, không cần sử dụng nguồnngoài, và tốc độ chiều xuống lên tới khoảng 2.5 Gbps, GPON đang được xem làcông nghệ hiện đại ngày nay

So sánh bằng các thử nghiệm với Active Ethernet (AON) công nghệ đang được

đa số các nhà cung cấp sử dụng hiện nay, đã cho thấy khả năng hạn chế của AON:theo các thử nghiệm của nhà sản xuất, khi download 1 bộ phim HDTV 5.8 GB,khoảng 47 Gigabits thông tin truyền tải, GPON chỉ mất 2 phút, còn Active Ethernetmất 8 phút tại tốc độ truyền là 100 Mbps

Ngoài ra với việc sử dụng các thiệt bị thụ động không cần nguồn điện, ít bị ảnhhưởng bởi môi trường như sét, điện từ trường… nên dịch vụ có độ ổn định và độ tincậy cao Thống kê cho thấy tỉ lệ lỗi thiết bị thụ động PON chỉ vài phần nghìn so vớithiết bị tích cực AON là phần trăm

GPON định nghĩa theo tiêu chuẩn ITU-T G984, được mở rộng từ chuẩn BPON

G983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn,

có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý, phương thức đóng gói GPON-GEM(Gpon Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệuquả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ Qos (Quality of Service)cao hơn phục vụ lưu lượng nhậy cảm như truyền thoại và video Gpon hỗ trợ tốc độcao hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuynhiên trên thực tế ATM chưa từng được sử dụng), điều này cho phép GPON phân

ITU-T G984.2 Amd1(2/2004) thêm phụ lục cho ITU-T G984.2, các xác minh

về khả năng chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thống GPON2.488/1.244 Gbit/s

ITU-T G984.3 (02/2004) “G-PON : TC layer specification” : mô tả lớp hội tụtruyền dẫn (Transmission convergence – TC) cho các mạng G-PON bao gồm địnhdạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thức ranging,chức năng OAM và bảo mật

ITU-T G984.3 adm1 (07/2005) : cải tiến chỉ tiêu kỹ thuật lớp TC, sửa đổi hiệuchỉnh về từ ngữ G.984.3

ITU-T G.984.3 Adm2 (03/2006) : thêm thông tin phần phụ lục ITU-T G984.3cho phần kỹ thuật và định dạng tín hiệu hướng xuống

ITU-T G984.3 Adm3 (12/2006) : sáng tỏ và cô đọng nội dung ITU-T G984.3 ITU-T G984.4 (06/2004) “GPON : ONT management and control interfacespecification”: cung cấp chỉ tiêu kỹ thuật giao diện điều khiển (OMCI) và quản lýONT các hệ thống GPON

ITU-T G984.4 Adm1 (06/2005) : sửa đổi bổ xung ITU-T G984.4

ITU-T G984.4 Adm2 (03/2006) : sửa đổi bổ xung ITU-T G984.4

ITU-T G984.4 Adm3 (03/2006) : làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả cácmức cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vận chuyểnlưu lượng

2.1.3 Các thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật cơ bản của mạng GPON:

Tốc độ truyền dẫn : Về cơ bản, GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặcbằng 1.2 Gbit/s, tuy nhiên, trong trường hợp dịch vụ xDSL không đối xứng choFTTH hoặc FTTH thì không cần thiết đến tốc độ cao như vậy GPON định nghĩa 7dạng tốc độ bít như sau:

- 155 Mbit/s đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống

- 622 Mbit/s đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống

- 1,24416 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống

- 155 Mbit/s Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống

- 622 Mbit/s đường lên, 2,48843 Gbps đường xuống

- 1,24416 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống

- 2,48832 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống

Khoảng cách vật lý:

Khoảng cách vật lý là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT.Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý là 10 km và 20 km Đốivới vận tốc truyền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10 km

Thông số kỹ thuật khác :

- Bước sóng từ 1260-1360nm đường lên và 1480-1550nm đường xuống

- Đa truy nhập hướng lên : TDMA

- Cấp phát băng thông động DBW (Dynamic Bandwidth Allocation)

- Loại lưu lượng : dữ liệu số

- Khung truyền dẫn GEM

- Dịch vụ như Ethernet, TDM, POST…

- Tỉ lệ chia thụ động tối đa là 1;128

- Giá trị BER lớn nhất là : 10-12

- Phạm vi công suất luồng xuống :-3 đến 2 dBm (10km OND), từ 2 đến 7 dBm(20 km ODN)

- Phạm vi công suất luồng lên : -1 đến +4 dBm (10Km và 20Km ODN)

- Loại cáp tiêu chuẩn ITU-T Rec.G625

- Suy hao tối đa giữa các ONU là : 15 db

- Cự ly cáp tối đa : 20Km DFB laser luồng lên, 10 Km với Fabry- perot

2.1.4 Một số vấn đề cần quan tâm khi thiết kế mạng

Việc tính toán thiết kế mạng GPON ta cần quan tâm đến một số vấn đề sau

- Băng tần hoạt động : Đối với hướng xuống, OLT phân phối các gói dữ liệu tớimỗi ONU rong dải bước sóng từ 1480 tới 1550 nm, thông thường các thiết bị

- Dựa vào mạng và cơ sở hạ tầng có sẵn, chọn thiết bị thích ứng với côngnghệ.

- Tính toán, xác định bộ phân tách Splitter hiện nay phổ biến là 1:32 và 1:64

- Đảm bảo cự ly giữa OLT và ONU/ONT trong giới hạn cho phép (<20Km)

- Đảm bảo các đặc tính kỹ thuật cơ bản lớp vật lý :

Bước sóng (nm) Dải thông cơ bản

Dải thông tăng cường(op1)Dải thông tăng cường(op2)

1480-15001539-15651550-1560

1260-13601260-13601260-1360

Lớp BLớp C

-3 đến -7,5-2,5 đến +2-0,5 đến +4

-7,5 đến 0-5,5 đến +2-3,5 đến +4Suy hao kênh (tỷ

lệ chia 1:64) dB Lớp ALớp B

Lớp C

202530

202530

Độ nhậy bộ thu

(dBm)

Lớp ALớp BLớp C

-28,5-28,5-31,5

-28,5-31,5-34,5

Bảng 2.1 Đặc tính kỹ thuật cơ bản của lớp vật lý

2.1.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

Kỹ thuật truy nhập

Kỹ thuật truy nhập phổ biến là TDMA, là kỹ thuật chia băng tần thành các khethời gian kế tiếp nhau, những khe này có thể ấn định trước cho mỗi khách hàng.+ Cấu trúc khung hướng lên trong mạng GPON

Hình 2 1 Cấu trúc khung hướng lên trong mạng Gpon

(ITU-T Recommendation G983.1)

+ Cấu trúc khung hướng lên có chiều dài 125 μs, mỗi khung chứa một số truyền dẫns, mỗi khung chứa một số truyền dẫn

từ một hay nhiều ONU, bộ nhớ băng thông chỉ định việc truyền dẫn này, và do sựđiều khiển của OLT, gồm có phần Header và phần payload trong phần header gồmcó

+ Physical layer overhead (PLOu) : Overhead lớp vật ly : Đảm bảo hoạt động chínhxác của lớp vật ly ( ví dụ sự sắp xếp các bit byte) Trong luồng bắt đầu truyền củaONT hướng upstream

+ PLOAMu –Physical layer operations, administration and management upstream :Các hoạt động, quản ly và bảo dưỡng lớp vật ly Chịu trách nhiệm cho quản ly chứcnăng khác nhau như active ONU, và thông báo các cảnh báo, 13byte PLOAMu gồmPLOAM bản tin được định nghĩa trong G983.1 và có nhiệm vụ bảo vệ chống lỗi bitbởi kiểm tra dư thừa chu kỳ CRC ( cyclic redundancy check) theo chuẩn phát hiệnlỗi và sửa lỗi

+ DBRu ( Dynamic bandwidth report ) : Báo cáo băng thông động

Trường thông báo cho OLT chiều dài hàng đợi của mỗi allocID của 1 ONT, điềunày thì cho phép hoạt động chính xác của quá trình phân bổ băng thông động cấpphép cho ONT, chứa trạng thái lưu lượng T-CONT DBRu được bảo vệ bởi CRC.Quá trình truyền của trường PLOAMu, PLSu, và DBRu thì tùy thuộc vào cờ trong

US BW map của luồng downstream

Hình 2.2 Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC Nguồn :ITU-T Recommendation G.983.1

+ Vùng san bằng công suốt PLSu có kích thước 120 byte, ONU sử dụng cho việc đocông suất, điều chỉnh mức công suất ONU, vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ

Cấu trúc phần tải của khung hướng lên

+ Phần tải : Phần tải hướng lên có thể là cell ATM, khung GEM, hay báo cáo DBA,phần tải AMT hướng lên có 53 byte, phần tải hướng lên GEM có chứa một sốkhung GEM

+ Phần tải hướng lên DBA chưa báo cáo phân bổ băng thông động từ ONU, báocáo băng thông động đầu tiên được xếp hàng ở các byte đầu tiên tại vị trí bắt đầuphân bổ, tất cả báo cáo thì liên tiếp nhau, nếu chiều dài phân bổ không khớp vớitoàn bộ chiều dài báo cáo thì ONU sẽ bỏ bớt phần cuối của báo cáo hay đêm thêmcác bit 0 ở phần cuối nếu không đầy đủ

Hình 2 1 Báo cáo DBA ở hướng lên

(ITU-T Recommendation G.983.1)

Truy cập phân kênh theo thời gian TDMA

Trong mạng GPON đơn bước sóng, người ta sử dụng truy cập phân kênh theothời gian (TDMA) và đưa ra các kỹ thuật phân bổ khe thời gian cho hướng lên

Hình 2 2 Truy cập phân kênh theo thời gian ở hướng lên trong mạng Gpon

Trong hướng lên (từ nhiều ONU đến OLT), PON là một mạng đa điểm – điểm, tức

là nhiều ONU truyền đến OLT Vì thế, luồng duex liệu từ những ONU khác nhaunếu truyền dữ liệu đồng thừi có thể gây đụng độ, chính vì thế, trong hướng lên PONcần triển khai một vài kỹ thuật phân chia kênh để chống đụng độ và phân chia côngbằng dung lượng và tài nguyên kênh trung kế sợi ( sợi quang nằng giữa OLT và bộtách, ghép)

Giải pháp PON đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA PON : Time DivisionMultiplex Access PON ) được đưa ra để ngăn chặn đụng độ dữ liệu, tức là mỗiONU chỉ được truyền trong khe thời gian dành riêng của nó Trong đó, hướng lêndùng một bước sóng đề truyền dữ liệu và hướng xuống dùng một bước sóng khác

để truyền dữ liệu ở mỗi phía (ONU và OLT) đều có bộ thu để tách các kênh cho bộthu và bộ phát dữ liệu

Việc truyền dữ liệu từ OLT xuống ONU có thể thực hiện theo phương thứcquảng bá hay multicast Mỗi gói mang một header duy nhất xác định dữ liệu nóđịnh phân phát cho các ONU Tại bộ tách, luồng được phân chia thành các tín hiệuriêng rẽ, mỗi tín hiệu mang tất cả các gói gửu đến ONU, ONU sẽ nhận gói được gửicho khách hàng (User) của mình và bỏ đi các gói mà gửi cho User trong ONU khác

Hình 2 3 Truyền dữ liệu hướng lên trong TDMA PON

Hình 2.5 chỉ ra luồng lên được quản ly như thế nào, bằng cách tận dung phânchia kênh truyền theo thời gian, mỗi khe thời gian được dành riêng cho một ONU.Khe thời gian được đồng bộ để gói lên từ một ONU không gây trở ngại với các gói

dữ liệu từ ONU khác khi được ghép và chung một sợi Ví dụ, ONU -1 truyền góicủa nó trong khe thời gian đầu tiên, ONU-2 truyền gói dữ liệu của nó trong khe thờigian thứ 2, và ONU-3 truyền gói của nó trong khe thời gian thứ 3

Tại OLT cần một bộ thu đơn ( không cần dùng bộ thu điều chỉnh bước sóngnhư trong WDMA PON) dùng phương pháp này thì băng thông dành cho ONU sẽthấp hơn sới với WDMA PON Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDMA PONthay đổi hiệu quả băng thông chỉ định cho mỗi ONU bằng cách thay đổi kích cỡ khethời gian, hay thậm chí triển khai đa hợp để tận dụng băng thông dùng được trongPON

Phương thức ghép kênh

Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng Các hệ thốngGPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian Đây là giảipháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng Nó được thực hiện nhờ sử dụngnhững sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống Sự phân cách vật lý củacác hướng truyền dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại

bỏ vấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truyền dẫn, điều này cho phép tăng đượcquỹ công suất trong mạng, việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế trở lênmềm dẻo hơn và làm tăng độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằngcách sử dụng những bộ ghép kênh theo bước sóng trên một hoặc hai sợi

Khả năng mở rộng mạng này cho phép phát triển dần dần những dịch vụ mớitrong tương lai, hệ thống này sẽ sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thunhư nhau cho hai hướng nên chi phí cho những phần tử quang điện sẽ giảm

Nhược điểm chính của phương thức này là cần gấp đôi số lượng sợi, mối hàn

và connector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấpđôi, tuy nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đanggiảm và trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống

Phương thức đóng gói dữ liệu

GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM và GEM (GPON

Encapsulation method) Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM vàGEM

Phương thức đóng gói dữ liệu GPON GEM sử dụng để đóng gói dữ liệu quamạng GPON, GEM cung cấp khả năng thông tin kết nối định hướng tương tự ATM,GPON cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng khác nhau Khách hàngATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả hai hướng Khách hàngTDM được sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM Các gói dữliệu bao gồm cả các khung Ethernet cũng được sắp xếp sử dụng thủ tục đóng góiGEM GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành cácphân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng thời gianthực

Lưu lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet, các gói tin IP, IPTV, Voip vàcác loại khác giúp cho việc truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản GPON sửdụng GEM mang lại hiệu quả cao trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95%băng thông cho phép trên kênh truyền dẫn

Bảo mật và mã hóa sửa lỗi

Mạng GPON là mạng điểm – đa điểm nên dữ liệu hướng xuống có thể nhậnđược bởi tất cả các ONU do hướng xuống là quảng bá, Gpon sử dụng bảo mậthướng xuống với chuẩn mật mã tiên tiến AES ( Advanced Encrytion Standard), dữliệu thuê bao trong khung luồng xuống được bảo vệ thông quá lược đồ mật mã hóaAES và chỉ phần tải lưu lượng trong khung được mã hóa Hướng lên xem như liênkết điểm – điểm và không sử dụng mã hóa bảo mật

Sửa lỗi tiến FEC ( Forward Error Correction ) Công nghệ GPON sử dụngphương pháp sửa lỗi tiến FEC, FEC mang lại kết quả tăng quỹ đường truyền lên 3-4

db ( độ lợi mã hóa ) vì vậy cho phép tăng tốc độ bit và khoảng cách giữa OLT vàONT cũng như hỗ trợ tỉ số chia lớn hơn trong mạng FEC được tùy chọn sử dụngtrong cả hướng lên và hướng xuống, dùng mã Reed Solomon thường là RS(255,239)

Khả năng cung cấp băng thông và dịch vụ

Công nghệ GPON hỗ trợ tốc độ lên đến 1,25 Gbit/s tới 2,5 Gbit/s hướngxuống và hướng lên, hỗ trợ nhiều mức tốc độ trong khoảng từ 155 Mbit/s đến 2,5Gbit/s và hiệu suất sử dụng băng thông đạt tới 90%

GPON được ứng dụng trong các mạng truy nhập quang FTTx để cung cấp cácdịch vụ như IPTV, VoD, RF Video ( chồng lấn), internet tốc độ cao, Voip, VoiceTDM với tốc độ dữ liệu thuê bao có thể lên đến 1000Mbps, hỗ trợ QoS

Thông tin liên lạc : Các đường thoại, thông tin liên lạc, truy cập internet khôngdây tại những địa điểm công cộng, đường băng thông lớn và làm backhaul chomạng không dây

Bảo mật – Camera, báo cháy, báo đột nhập, báo động an ninh

Với doanh nghiệp vừa và nhỏ : Gpon là một sự lựa chọn hợp lý đáp ứng yêu cầu

về truy nhập internet, thoại, VPN và các dịch vụ T1/E1 với chi phí hợp lý, Gpon cóbăng thông đủ lớn và có tính năng QoS cho phép các dịch vụ lớp doanh nghiệp cóthể cung cấp trên cùng cơ sở hạ tầng như các dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừ yêucầu xây dựng cơ sở hạ tầng mới

Với giáo dục, y tế và Chính phủ : Khả năng của GPON cho phép phục vụ hiệuquả một số lượng lớn thuê bao ở các khu vực trung tâm văn phòng chính phủ, cáctrường học, bệnh viện cũng như khu vui chơi giải trí, khu công nghiệp

2.2 NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ TRONG MẠNG TRUY NHẬP GPON

2.2.1 Thiết bị sử dụng trong mạng truy nhập GPON

Thiết bị sử dụng trong mạng GPON gồm có :

- OLT : Đặt tại vị trí nhà cung cấp dịch vụ, kết nối với mạng MANE qua portuplink

- Splitter : Bộ chia quang thụ động, thường là các bộ chia 1:32 và 1:64

- ONT : Thiết bị đầu cuối phía khách hàng

Thiết bị OLT và ONT ở đây để triển khai mạng GPON, chúng ta nghiên cứuthiết bị của hai hãng cung cấp nổi tiếng cho VNPT là Huawei và Alcatel- Lucent

2.2.2 Thiết bị OLT của hãng Alcatel – Lucent.

Hãng Alcatel-Lucent cung cấp thiết bị OLT GPON ISAM 7342.

Hình 2.6 Mô hình kết nối OLT của hãng Alcatel

- Khoảng cách giữa OLT tới ONT là từ 20 – 60 Km

- OLT kết nối với hệ thống quản lý EMS, hệ thống PSTN-Voice, IP-Voice, Data, Video…

- Tốc độ hướng xuống lên đến 2.4 Gbps, và hướng lên là 1.25 Gbps, qua bộ chia 1: 32 hoặc 1:64, cung cấp các dịch vụ tới các ONT đến các hộ gia đình, các trung tâm thương mại, các tòa nhà chung cư…

- Thiết bị OLT gồm có 1 card ACU làm nhiệm vụ hiển thị đèn tín hiệu cảnh báo trên thiết bị, cung cấp cổng kết nối Ethernet và cổng COM, để connect cấu hình thiết bị và kết nối tới hệ thống giám sát EMS, 2 card điều khiển thiết

bị NT cung cấp 4 port uplink 1 Gbps và 4 Port uplink 10 Gbps, và 14 card thuê bao LT, mỗi card gồm 4 port, mỗi port trên card thuê bao cung cấp tới 64khách hàng Như vậy 1 Rack OLT của hãng Alcatel cung cấp tới 3584 khách hàng