công nghệ gpon

MỤC LỤCBẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Techonologies and Services Các kỹ thuật và dịch vụ cải tiến Network Mạng quang thụ động dùng ATM Mode Chế độ truyền tải không đồng bộAUI Attchment Unit Int

MỤC LỤC

BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Techonologies and Services

Các kỹ thuật và dịch vụ cải tiến

Network

Mạng quang thụ động dùng ATM

Mode Chế độ truyền tải không đồng bộAUI Attchment Unit Interface Cáp nối với các thiết bị

CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh theo mã

Access Collision Detect

Đa truy nhập cảm nhận sóng mang/tách xung đột

Equipment Thiết bị thông tin số liệu

DTE Data Terminal Equiment Thiết bị đầu cuối số liệu

Kết nối ảo Ethernet

Multiplexing

Ghép kênh theo tần số

IP Internet Protocol Giao thức internet

kề

for Standardization

Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

MPCP Multi Poit Control Protocol Giao thức điều khiển đa

điểm

Switching Chuyển mạch đa giao thứcOLT Optical Line Terminal Thiết bị cuối kết đường

quangONU Optical Network Unit Thiết bị kết cuối mạng

quang

RVC Permanent Vitural Circuit Mạch ảo bán cố định

SFD Stard of Frame Delimiter Gianh giới bắt đầu khungSME Station Management Entity Thực tế quản lý trạm

TDM Time Divison Multiplexing Ghéo kênh theo thời gianTCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

tảiUNI User Network Interface Giao diện mạng người dùng

Multiplexing

Ghép kênh theo bước sóng

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình của mạng quang thụ động 8

Hình 1.2: Các kiểu kiến trúc của PON 9

Hình 1.3: Các bộ ghép 8*8 được tạo ra từ các bộ ghép 2*2 12

Hình 1.4: Cấu trúc luồng WDM-PON 14

Hình 2.1: Mô hình mạng GPON 20

Hình 2.2: Cấu hình hệ thống GPON 22

Hình 2.3: Các khối chức năng của OLT 23

Hình 2.4: Các khối chức năng của ONU 24

Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 25

Hình 2.6: TDMA GPON 26

Hình 2.7: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC 28

Hình 2.8: Cấu trúc khung hội tụ truyền dẫn lớp GTC 29

Hình 2.9: Điều khiển truy nhập phương tiện hội tụ truyền dẫn lớp GTC 30

Hình 2.10: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC 30

Hình 2.11: Mô tả chi tiết khung hướng xuống GTC 33

Hình 2.12: Khung hướng lên GTC 35

Hình 2.13: Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC 36

Hình 2.14: Các cell ATM ở hướng lên 37

Hình 2.15: Các khung GEM hướng lên 38

Hình 2.16: Báo cáo DBA ở hướng lên 38

Hình 2.17: Cấu trúc khung và mào đầu GEM 41

Hình 2.18: Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM 42

Hình 2.19: Một số trường hợp phân mảnh 43

Hình 2.20: Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC 44

Hình 2.21: Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM 45

Hình 2-22: TDM ánh xạ qua GEM 46

Hình 2-23: Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM 46

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ quang thụ động (GPON) theo chuẩn G.983 ra đời từ những năm 90 và

đã khẳng định được vị thế của mình trong mạng truy nhập nhằm cung cấp các dịch vụ băng rộng và giá thành hạ Tuy nhiên, do nhu cầu băng thông ngày một cao cho các dịch

vụ, các công nghệ APON,BPON không đáp ứng được yêu cầu nên ITU đã xây dựng và phê duyệt chuẩn ITU-G.984 cho phép truyền dẫn băng thông tốc độ 2,488Gbps cho đường xuống và 1,244Gbps cho đường lên được gọi là GPON Công nghệ này có đặc điểm hỗ trợ dịch vụ bộ ba Triple play cho các khách hàng qua mạng thụ động

Chuyên đề” Công nghệ mạng quang thụ động GPON” nhằm nghiên cứu đặc điểm công nghệ GPON ,cấu trúc,các tham số của phần tử mạng Từ đó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về công nghệ GPON Chuyên đề thực hiện gồm có 2 chương:

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động PON

Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON

Trong quá trình làm chuyên đề này,do thời gian có hạn ,sự thiếu hụt tài liệu tham khảo và thiếu kinh nghiệm thực tế nên chúng em không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được những nhận xét góp ý quý báu từ thầy và các bạn

Chúng em chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 1 tháng 5 năm 2012 Nhóm sinh viên thực hiện – Lớp D08VT2

Phạm Ngọc Ánh Nguyễn Thị Khánh Chi Nguyễn Thị Đài Trang

CHƯƠNG 1: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON

1.1 Giới thiệu

Công nghệ quang thụ động(PON) theo tiêu chuẩn G.983 ra đời từ những năm 90

và đã khẳng định vị thế của mình trong mạng truy nhập nhằm cung cấp các dịch vụ băng rộng và giá thành hạ

Mạng quang thụ động (PON:Passive Optical Network) là mạng quang điểm nối đa điểm không sử dụng các phần tử tích cực trên đường truyền tín hiệu từ nguồn tới đích.chỉ

có các phần tử như bộ kết hợp, bộ ghép và bộ chia thụ động được sử dụng trong mạng này

Mạng quang thụ động là một giải pháp hiệu quả để triển khai sợi quang tới phía khách hàng

Ưu điểm của việc sử dụng PON cho mạng truy nhập là rất lớn:

- PON cho phép khoảng cách truyền dẫn xa hơn giữa tổng đài nội hạt và khách hàng.trong khi công nghệ đường dây thuê bao số (DSL) khoảng cách cực đại giữa tổng đà và khách hàng xấp xỉ 5,5km,một mạng truy nhập quang thụ động có thể hoạt động ở khoảng cách lớn hơn 20km

- PON giúp giảm thiểu việc triển khai sợi quang cả ở phía tổng đài và phía đường thuê bao

- PON có thể cung cấp băng thông lớn hơn do đưa sợi quang lại gần khách hàng hơn

- Vì sử dụng cấu hình mạng điểm nối đa điểm,PON cho phép truyền video quảng bá

- PON giúp loại trừ việc lắp đặt các bộ ghép và giải ghép kênh ở các vị trí

vì sử dụng các linh kiện tích cực tại các vị trí này.PON dùng các linh kiện thụ động Các linh kiện này có thể chôn xuống đất khi lắp đặt.

- PON cho phép dễ dàng nâng cấp lên tốc độ cao hơn hoặc truyền thêm bước

sóng

Vì những ưu điểm trên PON hiện đang được triển khai mạnh cho mạng truy nhập

Hình 1.1: Mô hình của mạng quang thụ động

1.2 Kiến trúc của PON

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi

là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động,

các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tích cực như OLT và ONU đều nằm ở đầu

cuối của PON Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang

hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc

vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON PON thường được triển

khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổ biến, PON cũng có thể được triển

khai theo cấu hình vòng ring cho các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển

khai trong các trường sở,…

Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao.Có nhu cầu kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus như.

Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc của PON.

Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khai theo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên Ngoài ra PON có thể thu gọn lại thành các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây Tất cả các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU OLT nằm ở CO và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), được biết đến như là những mạng đường trục ONU nằm tại vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC)

Trong các cấu hình trên, cấu hình cây 1:N , hay cấu hình cây và phân nhánh được

sử dụng phổ biến nhất Đây là những cấu hình rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông

1.2.1 Các phần tử tích cực (CO,ONU,EMS)

Các nhà cung cấp PON chủ yếu tập trung phát triển các thiết bị tích cực, như bảng mạch CO và ONU để đặt tại các đầu cuối của PON Bảng mạch CO được đặt tại các nhà cung cấp ,chưa các đầu nối ,các điểm truy nhập và các OLT,các modul giao diện mạng (NIM) và modul card chuyển mạch(SCM)

1.2.1.1 Bảng mạch CO

Bảng mạch CO cung cấp dao diện hệ thống PON và mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ.Các bảng mạch cung cấp kết nối với hệ thống quản lý mạng thông qua phần

tử quản lý hệ thống EMS CO có các giao diện kết nối với các loại thiết bị như:

● Các bộ nối chéo DCS, được sử dụng để truyền tải các luồng lưu lượng TDM tới mạng điện thoại.Các giao diện phổ biến DCS bao gồm DS-1, DS-3, tín hiệu truyền tải đồng bộ STS1-1, OC-3

● Các cổng thoại, được sử dụng để truyền tải các lưu lượng TDM thoại cục bộ tới các mạng điện thoại công cộng (PSTN)

● Các thiết bị mạng video được sử dụng để truyền tải lưu lượng video tới mạng video lõi

Các chức năng và đặc điểm chính của OLT bao gồm:

● Giao diện đa dịch vụ kết nối với mạng lõi WAN

● Các giao diện để kết nối với mạng PON

Các chức năng và đặc điểm chính của ONU bao gồm:

● Cung cấp giao diện với khách hàng đối với các dịch vụ điện thoại truyền thống, các luồng T1, DS-3, 10/100 BASE-T, các gói tin quảng bá,…

● Có khả năng chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và lớp 3

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

● Cung cấp các giao diện chuẩn Ethernet

Thông thường ở CO có thể có chứa nhiều OLT

1.2.1.3 EMS

EMS quản lý các phần tử của mạng PON và cung cấp các giao diện kết nối với hệ thống quản lý mạng cung cấp dịch vụ.Các chức năng quản lý của nó bao gồm kiểm soát lỗi, thiết lập cấu hình, tính cước và bảo mật

Các chức năng và đặc điểm chính của EMS bao gồm:

● Cung cấp các chức năng quản lý thông qua giao diện với người sử dụng

● Có khả năng quản lý các thiết bị của mạng PON

● Có khả năng hỗ trợ đồng thời hàng trăm giao diện người sử dụng

● Cung cấp các giao diện chuẩn với hệ thống quản lý mạng

1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, bộ ghép tách quang, mối hàn, đầu nối)

Các phần tử thụ động của sợi quang bao gồm:

Trên thực tế, sợi đơn mode có thể phân tán làm ba loại:

● Sợi đơn mode chuẩn (SSM – Standard single – mode)

● Sợi tán sắc dịch chuyển (DSSM – Dispersion shifted single – mode)

● Sợi tán sắc phẳng (DSM – Dispersion flattened single – mode)

Trong ba loại sợi trên, sợi SSM có tán sắc gần như bằng không tại bước sóng 1300nm, nhưng tại bước sóng này sợi lại có suy hao tương đối cao so với suy hao tại bước sóng 1550nm.Sợi DSSM có tán sắc gần như bằng không tại bước sóng 1550nm, nhưng độ tán sắc lại tăng đáng kể tại bước sóng 1300nm Chỉ có sợi DFSM là có suy hao thấp tại cả hai bước sóng 1300nm và 1550nm, và có độ tán sắc gần như bằng không tại bước sóng 1550nm, và có thể coi là sợi lý tưởng cho các hệ thống sửu dụng bước sóng

đó Tuy nhiên chi phí cho loại sợi này cao hơn nhiều sợi SSM.Hơn nữa việc hàn nối sợi DFSM vào bộ ghép trong mạng PON khó khăn hơn nhiều so với sợi SSM.Chính vì vậy, sợi SSM chính là sợi quang được sử dụng nhiều nhất trong mạng PON

1.2.2.2 Bộ tách ghép quang

PON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi.Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang Dạng đơn giản nhất của nó là một bộ ghép quang bao gồm hai sợi quang được hàn dính vào nhau Tín hiệu nhận được ở bất cứ đầu vào nào cũng bị chia thành hai phần ở đầu ra.Tỉ lệ phân chia của bộ tách/ghép có thể được điều khiển bởi độ dài của mối hàn và vì vậy đây được coi là tham số không đổi

Các bộ tách/ghép N*N được chế tạo bằng cách ghép tầng nhiều bộ 2*2 với nhau như hình 2-3 hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng phẳng

Hình 1.3: Các bộ ghép 8*8 được tạo ra từ các bộ ghép 2*2Các bộ tách ghép được đặc trưng bởi các tham số sau đây:

Suy hao chia – là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép, tính theo dB Với một bộ 2*2 lý tưởng, giá trị này là 3dB.Hình 2-3 a biểu diễn hai mô hình của bộ 8*8 dựa trên các bộ 2*2.Trong mô hình 4 tầng (hình 2-3 a), chỉ có 1/16 công suất đầu vào được đưa tới từng đầu ra.Hình 2-3 b biểu diễn mô hình thiết kế hiệu quả hơn, mỗi đầu ra sẽ nhận được 1/8 công suất đầu vào

Suy hao ghép – Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông thường khoảng 0.1dB đến 1dB.

Điều Hướng–Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị dò từ một đầu vào khác Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướng khoảng từ 40dB đến 50dB

Thông thường, các bộ tách/ghép thường chỉ được cấu tạo với một đầu vào hoặc một đầu ra Bộ tách/ghép có một đầu vào ta goi là bộ chia(tách), còn bộ có một đầu ra được gọi là bộ kết hợp(ghép) Tuy nhiên cũng có những bộ 2*2 được chế tạo không đối xứng (với tỷ số chia khoảng 5/95 hoặc 10/90).Loại tách/ghép này chủ yếu được dùng để trích ra một phần tín hiệu quang cho mục đích kiểm tra, được gọi là bộ ghép rẽ

1.2.2.3 Mối hàn

Mối hàn được sử dụng để kết nối vĩnh cửu các sợi quang có độ dài sản xuất nhỏ hơn độ dài yêu cầu lắp đặt trong mạng, hoặc để nối các đầu sợi quang trong của bộ ghép với sợi quang của mạng phân bố Có hai kiểu hàn nối sợi quang: hàn cơ khí và hàn nóng chảy

Hàn cơ khí (hay ghép cơ khí) thực hiện trên một rãnh chữ V giữ cố định hai sợi cần hàn.Để có được mối hàn đảm bảo chất lượng, ta cần phải đổ vào giữa hai đầu sợi ghép một chất lỏng có chiết suất phù hợp Kiểu hàn này có ưu điểm là đơn giản dễ thực hiện, nhưng có nhược điểm là độ tin cậy thấp do điểm yếu cơ khí của chúng

Kiểu nóng chảy cần phải có thiết bị hàn nóng chảy đặc biệt, nhưng mối hàn có suy hao thấp và độ tin cậy cao hơn nhiều so với hàn cơ khí, và được sử dụng rất nhiều trong các mạng phân bố quang

1.2.2.4 Đầu nối quang

Đầu nối quang được sử dụng tại giao diện mà yêu cầu kết nối không cố định Những kết nối như vậy tạo điều kiện dễ dàng cho việc đo thử, chẳng hạn như đo công suất quang đầu ra của thiêt bị kết cuối Do đó đầu nối quang thường nằm giữa mạng phân

bố quang và thiết bị đầu cuối

Các đầu nối quang dung trong các hệ thống tốc độ cao phải đáp ứng được những yêu cầu: suy hao xen thấp, phản xạ thấp, độ ổn định cao và khả năng sử dụng nhiều lần cao Cách duy nhất để đáp ứng những yêu cầu này là thực hiện tiếp xúc vật lý giữa các sợi.Một số bộ kết nối vật lý đã đạt được giá trị phản xạ từ -45dB đến -60dB và suy hao xen 0.5dB

2. CÁC CHUẨN TRONG MẠNG PON

Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn theo phương thức truy nhập TDMA-PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON(Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON) (đặc tính các của chuẩn TDMA-PON được

so sánh trong Bảng 1.1); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức

truy nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và PON (Code Division Multiple Access PON)

CDMA-2.1 B-PON

Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi các khuyến nghị G.928 của ITU-T Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên và hướng xuống giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý,các giao tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA Trong mạng BPON dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của tế bào ATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbps( 56 tế bào ATM có kích thước 53byte) hoặc 622Mbps(4*56 tế bào ATM) và một tế bào quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM(PLOAM PhysicalLayer OAM) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh PLOAM có một bit để nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bào PLOAM có khả băng lập trình bằng được và chứa thông tin như là băng thông hướng lên và các bản tin OAM Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo(VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống của mình Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM(53 BYTE) Mỗi một kênh(time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bit từ mào đầu Từ mào đầu mang thông tin

về khoảng thời gian bảo vệ , mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT B-PON sử dụng giao thúc DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa vào gửi các tế bào ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng định kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động các ONT mới phát một bản tin phức hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác định khoảng các tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định khoảng thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc hồi Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT

2.2 EPON và Gigabit PON

E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full Service Access Network) TDMA Pon thứ nhất được phát triển dựa trên khai thác các ưu điểm của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang E-PON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3 Trong E-PON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung E-PON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận dạng kênh logic LLID (Link logic ID) nhằm xác định duy nhất một ONU MAC Trong hướng lên các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian đã được phân bố ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU (Multipoint Control Protocol Data Unit) gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU OLT cũng định kỳ gửi các bản tin “Gate” tới các UNO hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông hay không Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát trong hướng lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong E-PON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bố băng thông Do không có cấu trúc khung thống nhất 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 so với B-PON và G-PON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng

và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Mội một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này

là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độ truyền dữ liệu E-PON có thể đạt tới 1Gbit/s Một chuẩn khác cũng cùng họ với E-PON là chuẩn Gbit/s Ethernet PON (IEEE 802.3 av – Gbit/s PON) Chuẩn này là phát triển của E-PON tại tốc độ 10Gbit/s và được ứng dụng trong các mạng quảng bá video số Gbit/s PON cho phép phân phối nhiều dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn, độ phân giải cao, đóng gói IP các luồng dữ liệu video ngay cả khi hệ số OLT/ONT là 1:64 hoặc cao hơn Tại thời điểm hiện tại, tốc độ chiều xuống của GPON khoảng 2.5 Gbps, và chiều lên là 1.25 Gbps

Nếu 1 OLT phục vụ duy nhất một thuê bao thì thuê bao đó có thể được khai thác toàn bộ băng thông như trên, tuy nhiên thông thường trong các mạng đã triển khai tại một

số nước trên thế giới, nhà cung cấp thường thiết kế tốc độ cho một thuê bao sử dụng PON vào khoảng 100Mbps cho chiều xuống và 40Mbps cho chiều lên Với tốc độ truy cập như vậy, băng thông đã thỏa mãn hầu hết các ứng dụng cao cấp như HDTV( khoảng 10Mbps, chiều lên chiều xuống, chiều lên cho peer-to-peer HDTV) Tuy nhiên, GPON cũng có nhược điểm chính là: thiếu tính hội tụ IP; có một kết nối duy nhất giữa OLT và bộ chia, nếu kết nối náy mất toàn bộ ONT không được cung cấp dịch vụ

G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trong chuỗi khuyến nghị G.984 của ITU-T G-PON được xây dựng trên trải nghiệm của B-PON và E-PON Mặc dù G-PON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đóng gói G-PON (GEM-GPON Encapsulation Method) GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng gói khung chung trong khuyến nghị G.701 ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM G-PON sử dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai hướng xuống và lên Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM và/hoặc các tế bào ATM PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONT gửi dữ liệu trong khung hướng lên tếp theo Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ ác ONT Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong B-PON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT Ngoài ra, các trước PLOAM và các yêu cầu băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi có yêu cầu từ OLT OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên cho mỗi ONT.

Tổ chức chuẩn hóa FSAN và ITU-T

SG15(G.983 series)

FSAN VÀ ITU-T SG15(G.984 series)

IEEE 802.3(802.3 ah)

Tốc độ dữ liệu 155.52Mbit/s hướng

lên.155.52 hoặc 622.08 Mbit/s hướng xuống

Lên tới 2.488Gbit/s

cả 2 hướng 1Gbit/s cả 2 huwongs

và 1310nm lên

1490nm xuống và 1310nm lên

Cự ly tối đa

OLT-ONU

Chuyển mạch bảo

Hỗ trợ TDM Qua ATM Trực tiếp (quan

GEM hoặc ATM) hoặc CES

CES

Hỗ trợ thoại Qua ATM TDM hoặc VoIP VoIP

Sửa lỗi hướng tới

OAM 802.3ah Ethernet OAM

Bảng so sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON

2.3.WDM- PON

WDM- PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phân chia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA.OLT sử dụng một bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm - điểm Mỗi một ONU có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng có một bộ lọc cho mỗi ONU

Nhiều phương thức khác đã được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU như là:

- Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước sóng ONU

có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTH, các ứng dụng VDSL

và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa Các bộ thu WDM- PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn sóng AWG (Array Waveguide Grating) Một AWG có thể được đặt

ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời

Hình 1.4- Cấu trúc của WDM- PON.

Ưu điểm chính của WDM- PON là có khả năng cung cấp dịch vụ dữ liệu theo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000 Base Ethernet ) tùy theo yêu cầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên nhược điểm chính của WDM- PON là chi phí khá lớn cho các linhk kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau WDM-PON cũng được triển khai kết hợp các giao thức TDMA- PON để cải thiện băng thông truyền tin

2.4. CDMA- PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trong các ứng dụng PON Cũng giống như WDM- PON, CDMA- PON cho phép mỗi ONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của khách hàng CDMA- PON có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông

CDMA- PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trải trên cùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa và nhận dạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong CDMA- PON tuân theo

phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0,1 (tương ứng với mỗi tín hiệu) được mã hóa thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ cao hơn.

Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho ký tự của nó Để khôi phục lại dữ liệu, OLT thu nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ phận lọc nhiễu xạ để tách lấy tín hiệu của mỗi ONU

Ưu điểm chính của CDMA- PON là cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tính năng bảo mật nổi trội so với các chuẩn PON khác Tuy nhiên một trở ngại lớn trong CDMA- PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế sao cho đảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/ tạp âm Với hệ thống CDMA- PON không có bộ khuếch đại quang thì thùy thuộc bào tổn hao bổ sung trong các bộ chia, bộ xoay vòng, các bộ lọc mà

hệ số chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8 Trong khi đó với bộ khuếch đại quang hệ số này

có thể đạt 1:32 hoặc cao hơn Bên cạnh đó các bộ thu tín hiệu trong CDMA- PON là khá phức tạp và giá thành tương đối cao Chính vì những nhược điểm này nên hiện tại CDMA- PON chưa được phát triển rộng rãi

3. KẾT LUẬN

Công nghệ PON ra đời mở ra một tiềm năng lớn cho triển khai các dịch vụ băng rộng và thay thế dần các công nghệ mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp và chất lượng thấp Các mạng PON sử dụng hệ thống thông tin quang có băng thông tỷ lệ lỗi bít thấp Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là giá thành xây dựng tương đối cao và không triển khai được tại những địa hình phức tạp Có nhiều chuẩn PON khác nhau, do vậy trong thực tế tùy vào yêu cầu thực tế mà một nhà khai thác cần lựa chọn giải pháp cho phù hợp

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ QUANG

Hình 2.1: Mô hình mạng GPON

Ngoài ra chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bít:cho phép băng thông luồng xuống là 2,488Mbit/s và băng thông luồng lên là 1,244Mbit/s Phương thức đóng gói GPON-GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video.

GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên thực tế ATM chưa từng được sử dụng) Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao

• Cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng có khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị

• GPON là công nghệ đa dịch vụ với sắp xếp Cell, gói và TDM sử dụng phương pháp đóng gói khung gigabit cho phép hỗ trợ đa dịch vụ GPON sử dụng thuật toán sửa lỗi tieena FEC(Forward Error Corection) cho phép tăng BER

Hiện nay hai công nghệ GPON và GEPON được triển khai đồng thời trên thế giới Trong đó GPON chủ yếu được triển khai ở các nước vốn có mạng B-PON như ở Mỹ và Châu Âu Tại đâu về cơ bản các nhà cung cấp dịch vụ FTTH sử dụng kiến trúc BPON và với sự phát triển cũng như những ưu điểm vượt trội của GPON nhiều nhà cung cấp dịch

vụ đã chuyển sang kiến trúc GPON Khu vực Châu Á chủ yếu sử dụng GEPON tuy nhiên vẫn có một số nhà cung cấp dịch vụ sử dụng GPON , điển hình tại Trung Quốc đã được triển khai GPON từ năm 2005

1.2 Các đặc tính cơ bản của GPON

1.2.1.Tốc độ bit

Về cơ bản GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặc bằng 1,2Gbit/s Tuy nhiên trong trường hợp dịch vụ xDSL không đối xứng cho FTTH thì không cần thiết đến tốc độ cao như vậy GPON định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như sau:

- Đường lên 155Mbit/s ,đường xuống 1,2Gbit/s;

- Đường lên 622Mbit/s ,đường xuống 1,2Gbit/s;

- Đường lên 1.2Mbit/s ,đường xuống 1,2Gbit/s;

- Đường lên 155Mbit/s ,đường xuống 2.4Gbit/s;

- Đường lên 622Mbit/s ,đường xuống 2.4Gbit/s;

- Đường lên 1.2Mbit/s ,đường xuống 2.4Gbit/s;

- Đường lên 2.4Mbit/s ,đường xuống 2.4Gbit/s;

- Khoảng cách sợi quang chênh lệch: Trong mạng GPON khoảng cách sợi quang chênh lệch là 20km Thông số này có ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ mạng và cần tương thích với tiêu chuẩn ITU-T Rec.G.983.1.

1.2.3 Tỷ lệ chia

Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt Tuy nhiên tỷ lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hưn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn.Tỷ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dùng

2. Kiến trúc của GPON

Hình 2.2 Cấu hình hệ thống GPON

Hình mô tả cấu hình hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một bộ chia quang

cả các sợi quang Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia quang ra 64 sợi khác nhau và các bộ phận nhánh được kết nối tới ONU

2.1 Các khối chức năng

Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU, ODN

2.1.1 Kết cuối đường quang OLT

OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa

Ở phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện cổng dịch vụ; Chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tán quang Các khối OLT được mô tả trong hình 2.3:

Hình 2.3 : Các khối chức năng của OLTKhối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN và chức năng PON TC Chức năng của PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy nhập phương tiện OAM, DBA và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM và Dual

Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông giữa khối lõi PON và phần dịch vụ Các công nghệ sử dụng cho đường này phụ thuộc vào các dịch

vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác.OLT cung cấp chức nẳng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM và Dual).

Khối dịch vụ (Service shell): Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch

vụ và giao diện khung TC của phần PON

2.1.2 Khối mạng quang ONU

Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT.Vì ONU hoạt động chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đích bảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi.Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng ghép và giải ghép dịch vụ (MUX và DEMUX) được hỗ trợ để xử lý lưu lượng.Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả ở hình 2.4

Hình 2.4: Các khối chức năng của ONU

2.1.3 Mạng phân phối quang ODN

Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao Bộ tách/ghép quang được trình bày

và phân tích trên

Mạng cáp quang thuê bao:

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

• Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc.Trên thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối

• 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 quang phối tới các tập điểm quang

• 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

• Điểm quản lý quang FMP (Fiber management Point): được sử dụng cho xử lý sự

cố và phát hiện đứt đường

3 Phương pháp đa truy nhập và ghép kênh

Công nghệ truyền dẫn đa truy nhập là các kỹ thuật chia sẻ tài nguyên hữu hạn cho một lưu lượng khách hang Trong hệ thống GPON, tài nguyên chia sẻ chính là băng tần truyền dẫn Người sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên này bao gồm thuê bao, nhà cung cấp dịch vụ, nhà khai thác và những thành phần mạng khác Tuy không còn là một lĩnh vực mới mẻ trong ngành viễn thông trên thế giới nhưng các kỹ thuật truy nhập cũng là một trong những công nghệ đòi hỏi những yêu cầu ngày càng cao để hệ thống thỏa mãn được các yêu cầu về độ ổn định cao, thời gian xử lý thông tin và trễ thấp, tính bảo mật và an toàn dữ liệu cao.

3.1 Kỹ thuật truy nhập

Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là

đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) TDMA là kỹ thuật phân chia băng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau Những khe thời gian này có thể được

ấn định trước cho mỗi khách hang có thể phân theo yêu cầu tùy thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng Hình 2.6 dưới đây là một số ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây.Mỗi thuê bao được phép gửi dữ liệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định

Hình 2.6: TDMA GPONGPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU OLT cũng chỉ có cần một bộ thu, điều này sẽ dề dàng cho việc triển khai

thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo dưỡng Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng.

Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về đồng

bộ và lưu lượng đường lên để tránh xung đột dữ liệu Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành một bộ ghép Phía đầu xa không thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loại lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng Tuy nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với

cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau

3.2 Phương thức ghép kênh

Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng Các hệ thống GPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian Đây là giải pháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng Nó được thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống Sự phân cách vật lí của các 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 được quỹ công suất trong mạng Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tăng độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách sử dụng những bộ ghép kênh theo bước sóng trên một hoặc hai sợi Khả năng mở rộng này cho phép phát triển dần dần những dịch vụ mới trong tương lai Hệ thống này sẽ sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thu như 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 gấp đôi.Tuy nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm và trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống