Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx

Một số kịch bản sẽ được đưa ra đểđánh giá sự phụ thuộc của hệ thống mạng quang vào các yếu tố như khoảng cáchtruyền, tốc độ bit, hệ số chia của splitter chính số user, công suất phát, su

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Khoá: Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành:

1 Đầu đề đồ án:

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn:

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Ngày tháng năm

Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp: ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Ngành: Khoá:

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

càng cao hơn Những nhu cầu đó có thể là tìm kiếm, trao đổi thông tin, vui chơi,giải trí… Để đáp ứng những nhu cầu trao đổi thông tin đó, các nhà cung cấp dịch

vụ viễn thông không ngừng đổi mới công nghệ cũng như dịch vụ Điều quan trọng

là làm thế nào để có thể truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng, chính xác, an toàn

và kinh tế Có nhiều giải pháp được đưa ra, trong đó việc khai thác nguồn tàinguyên băng thông luôn được đặt lên hàng đầu Băng thông là có hạn mà nhu cầucủa con người lại gần như vô hạn Chúng ta có thể hình dung một cách đơn giản,một con đường tại Việt Nam rộng khoảng 5m nhưng rất nhiều loại phương tiệnchạy trên đó, từ xe ô tô cho đến xe máy, người đi bộ… Các loại dữ liệu cũng nhưphương tiện giao thông di chuyển trên môi trường truyền dẫn Nhưng làm thế nào

để truyền tải được nhiều loại dữ liệu như thế trong khi băng thông là có hạn Sửdụng cáp quang là một giải pháp hữu hiệu Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhàcung cấp dịch vụ như FPT, VNPT, Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệthống mạng truy nhập quang (FTTx - Fiber To The X) Do đó em chọn đề tài tốt

nghiệp là “Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx”” để tìm hiểu về mô hình này.

Trong quá trình tìm hiểu, em được sự giúp đỡ nhiệt tình từ PGS.TS Phạm Minh

Hà Vì thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn nên hiểu biết của em về vấn đề này

còn thiếu sót Em rất mong sự quan tâm, chú ý của thầy cô và các bạn để đồ án tốtnghiệp của em hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cám ơn!

Sinh viên thực hiện

Hoàng Thị Thanh Việt

LỜI NÓI ĐẦU 3

MỤC LỤC 4

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7

ABSTRACT 8

DANH SÁCH HÌNH VẼ 9

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 11

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 12

TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx 14

CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI MẠNG FTTx 33

47

TRIỂN KHAI MẠNG FTTX THEO CHUẨN GPON 47

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠNG FTTx 59

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

Chương 1: Tổng quan về mạng FTTx

Chương này cho ta cái nhìn khái quát về nguồn sự ra đời, tình hình phát triểncủa mạng FTTx trên thế giới và tại Việt Nam cũng như những ứng dụng thực tiễncủa mạng FTTx

Chương 2: Các giải pháp triển khai mạng FTTx

Về mặt kỹ thuật, FTTx có thể sử dụng mạng quang chủ động Active OpticalNetwork (AON) hoặc mạng quang bị động Passive Optical Network (PON) Haimạng này được phân biệt với nhau bởi kiến trúc có hay không có sự tham gia củacác thành phần tích cực trong tuyến truyền từ tổng đài nhà cung cấp tới người sửdụng Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét qua về kiến trúc mạng chủ độngAON và nghiên cứu chủ yếu mạng quang thụ động PON với chuẩn GPON

Chương 3 : Triển khai mạng FTTx theo chuẩn GPON

Trong chương này chúng ta sẽ xem xét quy trình triển khai mạng tại công tyCMCTI

Chương 4 : Phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON

Nội dung chương 4 là mô phỏng hệ thống mạng FTTx theo chuẩn GPON đãđược nói ở chương 2 Đây là chuẩn hiện đại nhất được triển khai tại Việt Nam.Toàn bộ hệ thống được mô phỏng ở lớp vật lý Một số kịch bản sẽ được đưa ra đểđánh giá sự phụ thuộc của hệ thống mạng quang vào các yếu tố như khoảng cáchtruyền, tốc độ bit, hệ số chia của splitter (chính số user), công suất phát, suy hao,phương thức mã hóa… Ngoài ra, các thông số đầu ra để đánh giá hệ thống dựa trên

tỉ lệ lỗi bit BER, đồ thị mắt, chỉ số Q …

Để hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình

của cô PGS.TS Phạm Minh Hà, em xin chân thành cảm ơn cô Đồng thời, em cũng

rất cảm ơn các Thầy Cô thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông, Đại Học Bách Khoa Hà

Nội đã nhiệt tình dạy dỗ em trong suốt 5 năm học tập tại trường

from the operator’s switching equipment all the way to a home or business, therebyreplacing existing copper infrastructure such as telephone wires and coaxial cable.Fiber To The X is a relatively new and fast growing method of providing vastlyhigher bandwidth to consumers and businesses, and thereby enabling more robustvideo, internet and voice services

Connecting homes directly to fiber optic cable enables enormousimprovements in the bandwidth that can be provided to consumers Current fiberoptic technology can provide two-way transmission speeds of up to 100 megabitsper second Further, as cable modem and DSL providers are struggling to squeezeincrements of higher bandwidth out of their technologies, ongoing improvements infiber optic equipment are constantly increasing available bandwidth without having

to change the fiber That’s why fiber networks are said to be “future proof.”

A quiet revolution in broadband is underway Across North America, arapidly growing number of households are connecting directly into fiber opticnetworks, and thereby tapping into a new generation of high-bandwidth applicationsand services FTTx networks now pass more than 16 percent of the homes on thecontinent, with more than five million households now receiving Internet, telephoneand/or cable television services on direct fiber connections

So, my thesis have been named “Researching and Simulating FTTx network” After finishing this thesis, not only do I understand the structure of

telecom system, but also the parameter of FTTx Since then, I can answer why weneed FTTx

The thesis is devided into 4 chapters which are:

Chapter 1: Overview of FTTx

Chapter 2: Solutions for FTTx deployment

Chapter 3: To deploy FTTx with GPON standard

Chapter 4: Analysis and evaluation of factors affecting the quality of GPON network

Hình 1.2 Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang 20

Hình 1.3 Ví dụ về dịch vụ IPTV 25

Hình 1.4 Thị phần thuê bao băng rộng tại Trung Quốc 26

Hình 1.5 Dự báo nhu cầu băng thông rộng ở Trung Quốc 27

Hình 1.6 Tốc độ tăng trưởng CAGR tại Hàn Quốc 27

Hình 1.7 Định hướng phát triển FTTH tại Hàn Quốc 28

Hình 1.8 Phát triển thuê bao băng rộng ở Nhật Bản 28

Hình 1.9 Phát triển thuê bao FTTH tại Nhật Bản 29

Hình 2.10 Kiến trúc mạng quang chủ động 34

Hình 2.11 Kiến trúc mạng quang thụ động 35

Hình 2.12 Bộ chia công suất quang 36

Hình 3.13 Mô hình lai ghép giữa cáp quang và cáp đồng 48

Hình 3.14 So sánh tổng chi phí thiết bị mạng giữa EPON và GPON 49

Hình 3.15 So sánh chi phí tính trên một thuê bao EPON và GPON 50

Hình 3.16 So sánh chi phí trên một thuê bao tỷ lệ chia EPON = GPON 1:32 50

Hình 3.17 Cấu trúc mạng truy nhập băng rộng FTTx 51

Hình 3.18 Sơ đồ kết nối đến các Router 52

Hình 3.19 Cấu hình mạng VoIP 54

Hình 3.20 Sơ đồ tổ chức đấu nối mạng FTTx 57

Hình 3.21 Minh họa kết nối FTTB và FTTH 57

Hình 4.22 (a) Tín hiệu nhận được ở bộ thu (b) Hàm phân bố xác suất bit “1” và bit “0” 60

Hình 4.23 Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER 63

Hình 4.24 Hệ số Q tính theo biên độ 63

Hình 4.25 Sự hình thành đồ thị mắt 65

Hình 4.26 Đồ thị mắt 65

Hình 4.27 Biểu diễn phổ tín hiệu tập trung ở bước sóng 1490 nm 66

Hình 4.28 Biểu diễn phổ tín hiệu tập trung ở bước sóng 1310nm) 67

Hình 4.29 Minh họa phương pháp ghép kênh TDM trong GPON 68

Hình 4.30 Phân loại mã đường dây 69

Hình 4.31 Sử dụng điều chế NRZ 70

Hình 4.32 Sử dụng điều chế RZ 71

Hình 4.33 Sơ đồ mạng GPON 77

Hình 4.34 Cấu trúc ONU 77

Hình 4.36 Đồ thị BER min ở khoảng cách 20 km 79

Hình 4.37 Đồ thị mức ngưỡng ở khoảng cách 20 km 79

Hình 4.38 Đồ thị mắt, BER, Q factor ở khoảng cách 10 km 80

Hình 4.39 Đồ thị mắt ở khoảng cách 20 km, hệ số chia của splitter là 1:4 81

Hình 4.40 Đồ thị mắt với hệ số chia là 1:64 82

Hình 4.41 Đồ thị mắt ở tốc độ 622.08 Mbps (down link) 83

Hình 4.42 Đồ thị mắt ở tốc độ 1224.16 Mbps (down link) 83

Bảng 1.2 So sánh tính năng của các kỹ thuật xDSL 17

Bảng 1.3 So sánh giữa FTTx và ADSL 22

Bảng 2.4 So sánh AON và PON về băng thông 42

Bảng 2.5 So sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng 43

Bảng 2.6 So sánh AON và PON về chỉ số CAPEX 44

Bảng 2.7 So sánh AON và PON về chỉ số OPEX 45

Bảng 3.8 Băng thông khả dụng 49

Bảng 3.9 Số lượng OLT tại khu vực Hà nội và Hồ Chí Minh 53

Bảng 4.10 Các thông số cơ bản mạng GPON 59

Bảng 4.11 Các tốc độ download và upload có thể trong mạng GPON 82

TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bấtđối xứngATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải khôngđồng bộAWG Arrayed Waveguide Grating Lọc mảng quang ống dẫn sóngBPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mãCSMA/CD Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Detect Đa truy cập nhận biết sóng mang/ phát hiện

xung độtDBA Dynamic Bandwidth Alocation Cấp phát băng thông độngEPON Ethernet PON Mang quang thụ động chuẩn EthernetFSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy đủFTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà

FTTN Fiber To The Node Cáp quang đến các nodeFTTO Fiber To The Office Cáp quang đến văn phòngFTTU Fiber To The User Cáp quang đến tận người dùng

FTTZ Fiber To The Zone Cáp quang đến một vùngGEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPONGPON Gigabit Passive Optical Network Mang quang thụ động GigabitHDSL High Bit Rate Digital Subscriber Đường dây thuê bao số

HDTV High Definition Television Định dạng kỹ thuật pháttruyền hình kỹ thuật số

độ phân giải caoHFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng lai giữa cáp đồng và cáp quangHSPA High Speed Packet Access Một nhóm gồm 2 giao

thức băng thông di độngIDSL Integrated Data Services Limited Là công nghệ lai giữa ISDN

và DSL IPTV Internet Protocol Television Truyền hình InternetISDN Integrated Services DigitaNetwork Mạng dịch vụ số tích hợpISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU Telecommunication Union quốc tế

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhậpMPEG Moving Picture Experts Group Chuẩn nén dữ liệu âm

thanh, hình ảnhOAM Operations Administration and Maintenance Khai thác quản lí và bảodưỡngODF Optical Distribution Frame Hộp phân phối quangODN Optical Distribution Network Mạng phân phối mạng quangOLT Optical Line Terminal Thiết bị đầu cuối đường dây quangOMCI ONT Management Control Interface Giao diện điều khiển quản lý thiết bị đầu cuối

mạngONT Optical Network Terminal Thiết bị đầu cuối mạng

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thứcPLC Power Line Communications Truyền thông qua đườngdây điệnPLOAM Physical Layer Operations and Maintenance Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lýPON Passive Optical Network Mạng quang thụ độngSDSL Symmetric Digital Subscriber Line

Một nhánh của DSL, chỉ

hỗ trợ truyền dữ liệu trên một đường dây, không hỗ trợ thoạiTDMA Time Division Multiplex Access Đa truy cập phân chia theo thời gianUNI User Network Interface Giao diện người sử dụng- mạngVDSL Very high bit-rate DSL Đường dây thuê bao bấtđối xứng tốc độ rất caoVDSL Very High Bit Rate Digital

tốc độ rất cao

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

dụng sóng vô tuyếnWiMAX Worldwide Interoperability for Tiêu chuẩn cho việc kết

Microwave Access

nối băng thông rộng không dây ở khoảng cách lớn

TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx 1.1 Giới thiệu chương

Chương này cho ta cái nhìn khái quát về nguồn sự ra đời, tình hình phát triểncủa mạng FTTx trên thế giới và tại Việt Nam cũng như những ứng dụng thực tiễncủa mạng FTTx

1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FTTx

1.2.1 Nhu cầu thuê bao băng rộng

Ngày càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời mà băng thông của các

loại hình dịch vụ đó là rất lớn Bảng 1.1 cho ta thấy nhu cầu về băng thông cho một

số loại hình dịch vụ như vậy

Bảng 1.1 Yêu cầu băng thông đối với một số loại hình dịch vụ

Service Bandwidth (downstream)

Broadcast TV (MPEG

HDTV (MPEG 4) 6 - 12 MbpsHigh speed internet 3 - 10 MbpsVideo Conferencing 300 - 570 KbpsVoice/Video Telephony 64 - 570 Kbps

Tính đến thời điểm tháng 9/2008 số thuê bao băng rộng ở nước ta vượt 1,8triệu thuê bao So với năm 2007 số lượng thuê bao tăng thêm khoảng 50% Tốc độtăng chậm một phần do ảnh hưởng của suy thoái kinh tế Dự đoán trong các năm tớitốc độ tăng trưởng sẽ tương đương và thậm chí là nhanh hơn khi nền kinh tế ổn định

và phát triển Mặc dù vậy, theo xu hướng chung của thế giới, tốc độ tăng trưởngthuê bao sẽ giảm dần và đạt khoảng 15% mỗi năm tính từ 2016, tương đương với tỷ

lệ thuê bao trên dân số khoảng 20 – 25% Biểu đồ Hình 1.1 dưới đây cho biết dự

báo về tốc độ tăng trưởng thuê bao Internet tại Việt Nam tính từ năm 2008 đến năm

2012 Qua biểu đồ này, ta có thể thấy thị phần của thị trường Internet băng thôngrộng sẽ tăng dần so với thị phần Internet chung và sẽ đạt mức tối đa 20% thị phầnvào năm 2012

Hình 1.1 Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom)

Tốc độ tăng số lượng người dùng Internet, cũng như số lượng thuê bao quyđổi tại Việt Nam đang dần đi vào ổn định ở mức 20 – 30% Số lượng người gia tăng

do tác động của hội nhập, phát triển và một phần do tác động của công nghệ vớimục tiêu ngày càng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho người sử dụng với tốc độ ngàymột cao Trong sự phát triển đó thì một phần là sự chuyển đổi của người sử dụngInternet từ công nghệ cũ (dial up) sang các công nghệ mới (đặc biệt là ADSL).Minh chứng là tốc độ tăng thuê bao quy đổi khá ổn định khoảng 30%/năm nhưngtốc độ tăng thuê bao băng rộng trong suốt mấy năm qua luôn ở mức trên 200% năm

Để ngày càng phát triển, đuổi kịp các nước phát triển khác, Việt Nam vẫn phát triểnmạnh, nhanh của thuê bao Internet để có thể phổ cập Internet rộng khắp trên đấtnước hơn 80 triệu dân này

Năng lực mạng quốc gia: Dung lượng kết nối quốc tế liên tục tăng, đặc biệt

năm 2008 dung lượng tăng gần gấp đôi năm 2007 Trong thời gian tới khi FPTTelecom triển khai xong đường cáp quang biển dung lượng sẽ tăng lên đến 40 GB,

VNPT cũng có kết nối vào hệ thống này.

Nhận định: Năng lực kết nối của các ISP ra quốc tế có tốc độ tăng nhanh qua

các năm, ở mức trên 90% năm, điều đó chứng tỏ nhu cầu gia tăng cả về chất lượngcũng như số lượng người sử dụng Internet Mạng Internet đường trục của Việt Namthường được thiết kế với 3 cổng Internet đặt tại 3 miền, có hệ thống cáp biển và hệthống cáp ngầm, chạy ring nhằm backup lẫn nhau khi có sự cố và chủ yếu vẫn kếtnối với 3 điểm chính là Nhật Bản, Hồng Kông và Singapore thông qua chủ yếu hệthống cáp quang biển Đã có kết nối trung chuyển qua VNNIC và peering với nhaugiữa các ISP nhằm tận dụng đường truyền và lưu lượng trong nước VNPT vẫn làđơn vị dẫn đầu về năng lực mạng lưới, tiếp theo đó là FPT và Viettel Mạng Internetphủ đi các tỉnh thì phần lớn vẫn phát triển tập trung bởi VNPT, Viettel và một phần

là FPT, SPT và EVN

Rõ ràng, với yêu cầu bức thiết của thị trường viễn thông Việt Nam, các ISPđang ra sức tăng cường hạ tầng viễn thông mạng của mình để đáp ứng nhu cầu đó.Trên nền hạ tầng mạng như vậy có rất nhiều công nghệ truy nhập, chúng ta sẽ xemxét một số công nghệ mạng truy nhập dưới đây

1.2.2 Các công nghệ truy nhập

Các dịch vụ viễn thông ngày nay đã có những thay đổi về căn bản so vớitrước Lưu lượng thông tin trên mạng là sự hòa trộn giữa lưu lượng thoại và cácdịch vụ phi thoại trong đó lưu lượng dịch vụ phi thoại liên tục gia tăng và biến độngrất nhiều Đây là những nguyên nhân chính tạo ra sự đòi hỏi đối với mạng viễnthông hiện thời phải đảm bảo truyền tải thông tin dung lượng lớn tốc độ cao với giáthành hạ

Mạng viễn thông thường được cấu thành bởi ba mạng chính: mạng lõi, mạngphía khách hàng và mạng truy nhập Mạng truy nhập đảm nhiệm việc kết nối giữatổng đài truy nhập dịch vụ và thiết bị khách hàng, là một phần rất quan trọng Cáccông nghệ trong mạng truy nhập có thể được chia thành hai nhóm chính là:

Các công nghệ hữu tuyến:

• xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL qua đường cáp đồng

• FTTx: (FTTH, FTTB, FTTC, FTTN ) truy nhập băng rộng qua đường cápquang

• Truy nhập băng rộng qua đường điện (Broadband over Power Line – BPLhay Power Line Communications – PLC)

Các công nghệ truy nhập vô tuyến:

• Truy nhập qua vệ tinh

• Hệ thống truy nhập đa điểm nội hạt (LMDS – Local Multipoint DistributionSystem)

• WiFi, WiMAX

• 3G, HSPA

1.2.2.1 Công nghệ xDSL

Công nghệ xDSL tận dụng hệ thống hạ tầng cáp điện thoại bằng đồng có sẵn

để truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao, xDSL tách băng thông trên đường điện thoạithành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền tải dữliệu ở tốc độ cao xDSL có nhiều biến thể như ADSL (Asymetric DSL), ADSL2,

ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), HDSL Bảng 1.2 dưới đây tóm tắt một

độ tải dữ liệu (download) tối đa lên tới 10Mbps và tốc độ gửi dữ liệu (upload)lên tới 2Mbps cao hơn nhiều so với tốc độ đường ADSL (8 Mbps download, 600Kbps upload)

Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin 1 chiều từ nhà cungcấp nội dung chương trình (các kênh TV) tới các thuê bao nhưng để sử dụng

được Internet là hình thông tin hai chiều thì các nhà cung cấp truyền hình cáp cầnphải đầu tư nâng cấp thiết bị để có khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngượclại từ phía đầu cuối khách hàng, đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhàcung cấp dịch vụ thứ ba Điều này là một nhược điểm của phương án này vì cần chiphí triển khai, duy tu và bảo dưỡng cao.

1.2.2.3 Wifi và Wimax

WiFi là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩnIEEE 802.11 WiFi đã và đang được sử dụng rất rộng rãi ở các nơi công cộng: nhà

ga, sân bay, khách sạn, quán cafe do giá thành thiết bị truy nhập AP (Access Point)

rẻ, thiết bị đầu cuối có sẵn trong tất cả các máy tính xách tay, điện thoại di động…Tuy nhiên Wifi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ

vì khoảng cách bao phủ quá ngắn (dưới 100m) Với công nghệ Wi-Fi, các trạm đầucuối truy nhập theo điểm truy cập (Access point) trên cơ sở ngẫu nhiên Vì thế, trạm

xa điểm truy cập dễ bị đứt kết nối hơn so với trạm ở gần Điều này hạn chế việctriển khai những dịch vụ chất lượng cao như IPTV, VoIP

WiMAX là một công nghệ truy cập không dây băng rộng do diễn đànWiMAX (WiMAX Forum) xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cốđịnh đến di động, nó cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile)như một phương thức thay thế cho cáp và DSL, đặc biệt hữu ích đối với các vùngkhông triển khai được công nghệ DSL WiMAX có thể cung cấp tốc độ hàng chụcMbps tới người sử dụng và trong khoảng cách hàng chục km theo chuẩn IEEE802.16, tầm hoạt động có thể lên tới 50 km đối với các trạm cố định, và 5 - 15kmcho di động

Hiện IEEE đã thông qua 2 chuẩn trên bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16

• Chuẩn 802.16-2004 cho mạng cố định được thông qua vào đầu tháng 7/2004.Phổ tần số thấp hơn 11GHz, không đòi hỏi tầm nhìn thẳng, kỹ thuật điều chếOFDM, tốc độ truyền cực đại dưới 75 Mbps với độ rộng băng tần 20 MHz và

4 - 18 Mbps với độ rộng băng tần 5 MHz, bán kính vùng phủ sóng của 1 cell là2-10 km tuỳ thuộc vào tần số và mật độ người dùng

• Chuẩn 802.16e cho mạng di động được thông qua vào ngày 7/12/2005 Phổtần số thấp hơn 6 GHz, không đòi hỏi tầm nhìn thẳng, sử dụng kỹ thuậtOFDMA tốc độ truyền cực đại dưới 75 Mbps với băng tần là 20 MHz, bánkính vùng phủ sóng của 1 cell là 1 - 3 km Indoor và 2-5 km Outdoor, tốc độ dichuyển của người dùng: dưới 100 km/h vẫn đảm bảo liên lạc tốt

Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy và có thể cạnh tranh với các

xDSL cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu băng thông cỡ Gigabit tới người dùng Việctriển khai công nghệ này cũng có những khó khăn nhất định Hiện WiMAX là côngnghệ đang trong quá trình được xây dựng và hoàn thiện Mặt khác giá cả thiết bịđầu cuối hiện còn đắt, số lượng các nhà sản xuất các thiết bị đầu cuối hạn chế, việcchuẩn hoá thiết bị khó đồng nhất do thiếu khả năng mềm dẻo, linh hoạt củaWiMAX Bên cạnh đó, do WiMAX dựa trên nền IP nên việc kết nối, đánh số, chấtlượng dịch vụ, bảo mật và an toàn mạng cần nghiên cứu cụ thể Dải tần màWiMAX sử dụng không tương thích tại mọi quốc gia điều này sẽ hạn chế khảnăng phổ biến của WiMAX tại những quốc gia này, mặt khác còn một hạn chế khác

là quỹ băng tấn có hạn chỉ có thể cấp cho một số nhà khai thác Ngoài ra WiMAX

sử dụng sóng vô tuyến nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường

Ở phần trên chúng ta đã xem xét một số công nghệ truy nhập mạng Nhữngcông nghệ truy nhập đó có những ưu điểm và nhược điểm như đã phân tích Tuynhiên các công nghệ này vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu cấp thiết cho thị trườngviễn thông về cả mặt tốc độ, loại hình dịch vụ… Đó là một trong những lí do màngười ta nghĩ đến một công nghệ truy nhập mới FTTx

1.3 Định nghĩa

FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo

từ các thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao Trong đó,sợi quang có hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhà cung cấp đếnkhách hàng Ở đây, “x” được hiểu là một ký hiệu đại diện cho các loại hình mạngkhác nhau như FTTH, FTTC, FTTB, FTTN Do đó nó có thể thay thế cơ sở hạtầng cáp đồng hiện tại như dây điện thoại, cáp đồng trục Đây là một kiến trúc mạngtương đối mới và đang phát triển nhanh chóng bằng cách cung cấp băng thông lớnhơn cho người dùng Hiện nay, công nghệ cáp quang có thể cung cấp đường truyềncân bằng lên tới tốc độ 100 Mbps

1.4 Phân loại

1.4.1 Phân loại theo chiều dài cáp quang

Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTx

thông qua Hình 1.2 Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTU,

FTTE… Điểm khác nhau của các loại hình này là do chiều dài cáp quang từ thiết bịđầu cuối của ISP (OLT) đến các user Nếu từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phíauser) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB

• FTTH (Fiber To The Home): cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao

• FTTB (Fiber To The Building): giống như FTTH nhưng ở đây là kéo đến cáctòa nhà cao tầng.

• FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư Lúc đó từONU đến thuê bao có thể sử dụng cáp đồng Trong mô hình này, thiết bị đầucuối phía người sử dụng được bố trí trong các cabin trên đường phố, dây nốitới các thuê bao vẫn là cáp đồng FTTC cho phép san xẻ giá thành của mộtONU cho một số thuê bao do đó nó có thể hạ thấp được giá thành lắp đặt banđầu

Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To TheExchange), FTTN (Fiber To The Node)…

Hình 1.2 Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang

1.4.2 Phân loại theo cấu hình

Cấu hình Point to Point: là kết nối điểm – điểm, có một kết nối thẳng từ nhàcung cấp dịch vụ đến khách hàng Trong hệ thống đường quang trực tiếp mỗi sợiquang sẽ kết nối tới chỉ một khách hàng Vì sợi quang là sử dụng riêng rẽ, nên cấuhình mạng tương đối đơn giản đồng thời do băng thông không bị chia sẻ, tốc độđường truyền có thể lên rất cao Quá trình truyền dẫn trên cấu trúc P2P cũng rất antoàn do toàn bộ quá trình được thực hiện chỉ trên một đường truyền vật lý, chỉ cócác đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với các khách hàng khác Tuynhiên cấu trúc này có một nhược điểm cơ bản mà khó có thể phát triển cho quy môrộng đó là giá thành đầu tư cho một khách hàng rất cao, hệ thống sẽ trở lên rất cồngkềnh, khó khăn trong vận hành và bảo dưỡng khi số lượng khách hàng tăng lên

Cầu hình Point to Multipoints: kết nối điểm – đa điểm, một kết nối từ nhàcung cấp dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua bộ chia splitter Trong hệ thốngnày mỗi đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được chia sẻ sử dụng chung chomột số khách hàng Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gầnnhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thànhcác đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng Điều này làm giảm chi phí lắpđặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi phát triển khỏi cồng kềnh.

1.5 Ưu nhược điểm mạng FTTx

1.5.1 Ưu điểm

Công nghệ FTTx sử dụng cáp quang nên nó có rất nhiều ưu điểm của hệthống quang nói chung

Dung lượng lớn: Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông

tin Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời 60.000cuộc đàm thoại Một cáp sợi quang (có đường kính > 2 cm) có thể chứa đượckhoảng 200 sợi quang, sẽ tăng được dung lượng đường truyền lên 6.000.000 cuộcđàm thoại So với các phương tiện truyền dẫn bằng dây thông thường, một cáp lớngồm nhiều đôi dây có thể truyền được 500 cuộc đàm thoại Cáp đồng trục có khảnăng với 10.000 cuộc đàm thoại và một tuyến viba hay vệ tinh có thể mang được

2000 cuộc gọi đồng thời

Tính cách điện: Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thích hợp không chứa

vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng Nó có thểloại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất hay những trường hợpnguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây thông tin như sét hay nhữngtrục trặc về điện

Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quang

không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thườngnhư sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ởdạng tín hiệu quang

Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Do không chịu ảnh hưởng của hiện tượng

fading và do có tuổi thọ cao nên yêu cầu về bảo dưỡng đối với hệ thống quang là íthơn so với các hệ thống khác

Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các

dạng thông tin số liệu, thoại và video Các hệ thống này đều có thể tương thích vớicác chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, E1/T1, E2/T2, E3/T3, SONET/SDH,

thoại 2/4 dây.

Tính mở rộng: Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp có thể dễ

dàng được mở rộng khi cần thiết Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụE1/T1 (2,048 Mbps/1,544 Mbps) có thể được nâng cấp trở thành một hệ thống tốc

độ số liệu cao hơn bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử Hệ thống cáp sợi quang

có thế vẫn được giữ nguyên như cũ

Sự tái tạo tín hiệu: Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đường

truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu, khoảngcách này còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếch đại laser

Ngoài những ưu điểm trên của sợi quang nói chung, công nghệ FTTx còn cómột số ưu điểm khác Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấptốc độ download lên đến 10 Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+ Tốc độtruyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tảixuống Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau và chophép tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính Tốc

độ đi Internet cam kết tối thiểu của FTTx ≥ 256 Kbps Ngoài ra, chúng ta có thểthấy rõ hơn những ưu điểm mới và vượt trội của công nghệ FTTx so với các công

nghệ mạng ADSL hiện tại qua Bảng 1.3 dưới đây:

Bảng 1.3 So sánh giữa FTTx và ADSL Yếu tố so sánh ADSL FTTx

Môi trường truyền tín

hiệu

Độ ổn định Dễ bị suy hao do tín hiệu

điện từ, thời tiết, chiều dàicáp…

Không bị ảnh hưởng

Bảo mật Độ bảo mật thấp, dễ bị

đánh cắp tín hiệu đườngdây

Độ bảo mật cao, không thểđánh cắp tín hiệu trênđường truyền

Tốc độ truyền dẫn

(Upload và download )

Bất đối xứng : Download > UploadTốc độ tối đa là 20 Mbps

Cho phép cân bằng :Upload = download Tốc độ tối đa là 10 Gbps

Yếu tố so sánh ADSL FTTx

Rất phù hợp vì tốc độ rấtcao và có thể tùy biến tốcđộ.

1.5.2 Nhược điểm

Mạng quang nói chung và công nghệ FTTx nói riêng có rất nhiều ưu điểmnhưng không tránh khỏi những nhược điểm Mặc dù sợi quang rất rẻ nhưng chi phícho lắp đặt, bảo dưỡng, thiết bị đầu cuối lại rất lớn Hơn thế nữa, do thiết bị đầucuối còn khá đắt cho nên không phải lúc nào hệ thống mạng FTTx cũng phù hợp.Đối với những ứng dụng thông thường, không đòi hỏi băng thông lớn như lướtWeb, check mail… thì cáp đồng vẫn được tin dùng Do đó càng ngày người ta càngcần phải đầu tư nghiên cứu để giảm các chi phí đó Ngoài ra, mặc dù băng thôngcủa cáp quang là rất lớn nhưng băng thông dành cho các dịch vụ về game còn hạnchế

1.6 Ứng dụng của FTTx

Thông thường, chúng sử dụng các dịch vụ viễn thông như là thoại, truyềnhình, internet một cách riêng biệt Tức là chúng ta có thể sử dụng dịch vụ thoại củanhà cung cấp A, truyền hình cáp của nhà cung cấp B, internet của một nhà cung cấp

C Thậm chí với mỗi nhà cung cấp hay với mỗi một loại hình dịch vụ lại cần tới mộtđường dây thuê bao riêng Điều đó gây những khó khăn nhất định trong việc thucước, thiết bị, chất lượng dịch vụ… Trong khi đó, những tính năng vượt trội củaFTTx cho phép sử dụng các dịch vụ này từ một nhà cung cấp duy nhất với mộtđường dây thuê bao duy nhất Điều đó tạo nên sự thuận tiện không chỉ trong việcnhỏ gọn về thiết bị, đường dây, chi phí mà điều quan trọng là nó mang lại chấtlượng đường truyền tốt nhất Công nghệ đáp ứng điều đó được triển khai trên nềnmạng FTTx chính là IPTV

IPTV (Internet Protocol TV) là dịch vụ truyền hình qua kết nối băng rộngdựa trên giao thức Internet Đây là một trong các dịch vụ Triple - play mà các nhàkhai thác dịch vụ viễn thông đang giới thiệu trên phạm vi toàn thế giới Hiểu mộtcách đơn giản, Triple - play là một loại hình dịch vụ tích hợp 3 trong 1: dịch vụthoại, dữ liệu và video được tích hợp trên nền IP (tiền thân là từ hạ tầng truyền hìnhcáp) Hãng viễn thông Orange Telecom (France) khá thành công với gói dịch vụOrange TV tại Pháp, Hàn Quốc mở rộng IPTV ra cả nước, PCCW thành công với

dịch vụ IPTV tại Hồng Kông, Nokia Siemens Networks triển khai IPTV tại Ba Lan(4/2007)… IPTV đã và đang phát triển với tốc độ rất nhanh Theo Telecom Asia, sốthuê bao IPTV ở riêng khu vực châu Á - Thái Bình Dương sẽ gia tăng 75% mỗinăm, đạt 34,9 triệu thuê bao và doanh thu 7 tỷ USD vào năm 2011 Tại Việt Nam,IPTV đã trở nên khá gần gũi đối với người sử dụng Internet tại Việt Nam Các nhàcung cấp như VNPT, FPT, SPT, VTC đã đưa IPTV, VoD ra thị trường nhưng ởphạm vi và quy mô nhỏ.

Để sử dụng dịch vụ IPTV, các user có thể thông qua máy vi tính PC hoặcmáy thu hình phổ thông cộng với hộp phối ghép set topbox IPTV có 2 đặc điểm cơbản là: dựa trên nền công nghệ IP và phục vụ theo nhu cầu Tính tương tác là ưuđiểm của IPTV so với hệ thống truyền hình cáp CATV hiện nay vì truyền hìnhCATV tương tự cũng như CATV số đều theo phương thức phân chia tần số, địnhtrước thời gian và quảng bá đơn hướng (truyền từ một trung tâm đến các máy tivithuê bao) Mạng CATV hiện nay chủ yếu dùng cáp đồng trục hoặc lai ghép cápđồng trục với cáp quang (HFC) đều phải chiếm dụng tài nguyên băng tần rất rộng.Hơn nữa kỹ thuật ghép nối modem cáp hiện nay đều sản sinh ra tạp âm So vớimạng truyền hình số DTV thì IPTV có nhiều đổi mới về dạng tín hiệu cũng nhưphương thức truyền bá nội dung Trong khi truyền hình số thông qua các menu đãđịnh trước (thậm chí đã định trước hàng tuần, hoặc hàng tháng) để các user lựachọn, thì IPTV có thể đề cao chất lượng phục vụ có tính tương tác và tính tức thời.Người sử dụng (user hoặc viewer) có thể tự do lựa chọn chương trình TV của mạng

IP băng rộng Với ý nghĩa đúng của phương tiện truyền thông giữa server và user.Ngoài ra còn rất nhiều dịch vụ khác như check mail, lướt Web, chat, game online,xem phim, nghe nhạc trực tuyến, học trực tuyến…

Ngoài ra còn rất nhiều dịch vụ khác như check mail, lướt web, chat, gameonline, xem phim, nghe nhạc trực tuyến, học trực tuyến… Dưới đây là một vài hình

ảnh về dịch vụ VOD Hình 1.3 dưới đây mô tả một trong những ứng dụng được

triển khai trên nền mạng FTTx Dịch vụ này cũng đã được FPT thử nghiệm thànhcông

Hình 1.3 Ví dụ về dịch vụ IPTV

1.7 Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam

1.7.1 Tình hình FTTx trên thế giới

1.7.1.1 Thị trường Trung Quốc

Trung Quốc là thị trường băng rộng lớn nhất Châu Á, hiện có khoảng 69,1triệu thuê bao băng rộng tính đến tháng 9/2008, trong đó có 6 triệu thuê baoFTTB/H (trong đó FTTB là chính) Công nghệ truy cập DSL vẫn thống lĩnh 90,9%thị trường (China Telecom chiếm 40 triệu thuê bao, China Netcom chiếm 25 triệuthuê bao), công nghệ cáp chiếm 0,4%, FTTH/B chiếm đến 8,7%

Xu hướng triển khai:

Các nhà khai thác FTTH/B chính bao gồm:

• China Telecom (CTC) và China Netcom (CNC) đã triển khai FTTH/B

• Great Wall Broadband triển khai FTTH

• FTTH + LAN được triển khai trong các tòa nhà mới, và ADSL 2 triển khaiđến các khách hàng khác

Xu hướng công nghệ:

• Công nghệ PON trên nền FTTB

• Nhà khai thác CTC đã chuẩn hóa EPON của riêng họ để có thể kết nối

• CTC đang triển khai CTC EPON

• CTC và CNC đều đang thử nghiệm công nghệ GPON

Hình 1.4 Thị phần thuê bao băng rộng tại Trung Quốc Thị phần công nghệ truy nhập Internet

Các nhân tố thúc đẩy của thị trường truy cập băng rộng ở Trung Quốc:

Động lực về nhu cầu:

• Các dịch vụ ngày càng đòi hỏi băng thông và chất lượng cao hơn

• Các dịch vụ Video (IPTV, hội thảo truyền hình)

• Truy cập tốc độ cao/Cam kết chất lượng

• Nỗ lực của các bên tham gia cuộc chơi

Trong các động lực nêu trên IPTV là yếu tố tác động quan trọng nhất đểphát triển FTTx tại Trung Quốc Trung Quốc có xu hướng truy cập mạng tốc độ caovới chất lượng ổn định và truyền dẫn đối xứng Dự báo của China Telecom về nhu

cầu băng thông và số thuê bao.

Hình 1.5 Dự báo nhu cầu băng thông rộng ở Trung Quốc

1.7.1.2 Thông tin thị trường Hàn quốc

Hình 1.6 Tốc độ tăng trưởng CAGR tại Hàn Quốc

Tốc độ phát triển (CARG) giảm nhanh sau 3 năm triển khai Cần thiết các

Hình 1.7 Định hướng phát triển FTTH tại Hàn Quốc

Mục tiêu truy cập băng rộng của Hàn Quốc: cung cấp truy cập tổng thể băngrộng, các dịch vụ đa phương tiện mọi nơi, mọi lúc Dự báo có 10 triệu thuê bao tốc

độ 50 – 100 Mbps, và 10 triệu thuê bao không dây tốc độ thấp hơn 1Mbps vào năm

2010 tại Hàn Quốc

1.7.1.3 Thông tin thị trường Nhật Bản

Có 28,29 triệu thuê bao băng rộng (tính đến tháng 12/2007), trong đó baogồm 11,329 triệu là thuê bao FTTH

Hình 1.8 Phát triển thuê bao băng rộng ở Nhật Bản

Dự án e-Japan bắt đầu từ năm 2004 với các mục tiêu sau:

• Nhật sẽ là quốc gia CNTT tiên tiến nhất trong 5 năm

• Có 30 triệu thuê bao băng rộng ( tốc độ 10Mbps), và 10 triệu thuê bao siêubăng rộng (tốc độ 100Mbps – công nghệ FTTH) e-Japan tập trung vào cácdịch vụ nội dung và khai thác các dịch vụ mới

Mục tiêu 5 năm của dự án e-Japan

• 38 triệu thuê bao aDSL

• 18 triệu thuê bao FTTH

• Giá băng rộng giảm trên 60%

• 97% cơ quan chính phủ làm việc qua Internet

• Kết nối băng rộng đến được nông thôn và người già (trên 65 tuổi)

Hình 1.9 Phát triển thuê bao FTTH tại Nhật Bản Tầm nhìn 2010 của Nhật:

Ubiquitous-Japan (u-Japan) (mọi nơi, phổ biến, hướng người dùng và duynhất) Mục tiêu của e-Japan là mang truyền hình, điều trị bệnh từ xa và đườngtruyền đến mọi nhà Người già và vùng nông thôn sẽ truy cập được Internet băngrộng Ngoài ra còn phải kể đến công ty NTT Đây là công ty dẫn đầu về FTTH ởNhật NTT đầu tư 5 ngàn tỷ Yên (47 tỷ USD) đến năm 2010 để nâng cấp FTTH chocác đường dẫn cũ của 30 triệu thuê bao NTT và Tepco đưa gói dịch vụ lên đến

1Gbps cho phép xem TV trên FTTH.

Trên đây là những thông tin cơ bản về thị trường FTTH tại một số nước trênthế giới, mà ở đây chủ yếu đề cập đến thị trường châu Á Chúng ta xem xét thêm sốliệu tại khu vực châu Âu, châu Mỹ

Tại khu vực châu Âu, mạng FTTx cũng chứng tỏ tiềm năng phát triển quanhững con số đáng chú ý Cuối năm 2007, công ty Deutsche Telekom của Đứcchiếm tới 8 triệu thuê bao trong nước so với con số 2,9 triệu vào giữa năm 2006.Toàn cảnh sự phát triển hệ thống FTTx tại khu vực châu Âu tính đến cuối năm 2007

đã chỉ ra rằng thị trường FTTH còn tiếp tục phát triển mạnh tại khu vực này Đặcbiệt, trong nhóm các dịch vụ gia đình thì con số tăng trưởng khoảng 79% Với hơnmột triệu thuê bao FTTH/B vào cuối năm 2007, châu Âu là thị trường đứng thứ 3sau Mỹ (2 triệu thuê bao FTTH) và Nhật Bản (11 triệu thuê bao FTTH/B)

Tại Mỹ, FTTH là giải pháp duy nhất đối với các công ty cung cấp dịch vụnội hạt tại Mỹ Tính đến cuối quý 2 năm 2008, công ty Verzon đã có tới 2 triệu thuêbao FTTH Cuối quý 3 năm 2007, công ty Verizon đã vượt qua con số 8,5 triệu thuêbao FTTH Dự kiến đến năm 2010, công ty này sẽ đạt được số lượng là 18 triệuthuê bao FTTH

Như vậy, không kể đến những dự án thử nghiệm ban đầu, hệ thống cápquang đã cung cấp các dịch vụ viễn thông cho các hộ gia đình trong hơn 10 nămqua Nhưng cho đến nay số thuê bao sử dụng dịch vụ FTTH mới chỉ đạt 12 triệu và

62 triệu thuê bao khác sử dụng các dịch vụ FTTB, FTTC hoặc FTTN Số lượngthuê bao của dịch vụ FTTH trên phạm vi toàn thế giới mới đạt 0.07 tỉ thuê bao Sốlượng người sử dụng dịch vụ viễn thông để truy cập vào mạng chỉ mới ở mức khởiđiểm và con số các thiết bị cho hệ thống này cũng khá khiêm tốn Tuy nhiên vớiđứng trên quan điểm của các nhà sản xuất, một xu hướng mới đã được đưa ra làmthay đổi thị trường cáp quang viễn thông thế giới trong lĩnh vực này Đó là tính đếnnăm 2006, doanh thu từ lĩnh vực này tại Nhật Bản đã lên tới 1 tỉ USD so với con số0.5 tỉ USD năm 2003 thì quả là một con số đáng lưu tâm Trong vòng 3 năm tới,nhu cầu sử dụng những ứng dụng của hệ thống FTTX sẽ tăng lên đáng kể nhưng tốc

độ tăng trưởng hàng năm (CAGR) chỉ khoảng 25% nhưng tốc độ tăng trưởng hangnăm đối với cáp quang chỉ đạt dưới 10%

Tuy nhiên cùng với thời gian, thị trường cho hệ thống mạng FTTx đã cónhững thay đổi Năm 2005, số thuê bao trên thế giới đạt 11 tỉ trong đó Mỹ có 1,3triệu thuê bao và dự tính có khoảng trên 10 triệu thuê bao vào năm 2010 Khu vựcchâu Âu dự tính sẽ đạt được 25 triệu thiết bị đầu cuối vào năm 2010, với tốc độ tăng

trưởng hàng năm đạt 49% Những dự bào của các chuyên gia đối với thị trườngmạng FTTx là khá khả quan.

Qua những số liệu phân tích ở trên, chúng ta có thể thấy rằng thị trườngFTTx nói chung và FTTH nói riêng là đầy tiềm năng Không chỉ ở những nước pháttriển như Nhật Bản, mà cả những nước đang phát triển khác nhu cầu đường truyềntốc độ cao như FTTH cũng là rất lớn Tại Việt Nam, thị trường FTTx cũng vô cùngsôi động

1.7.2 Tình hình FTTx tại Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có một số nhà cung cấp dịch vụ FTTH sau :

• Tháng 8/2006 FPT Telecom chính thức trở thành đơn vị đầu tiên cung cấp loạihình dịch vụ tiên tiến này

• Ngày 1/5/2009, VNPT cung cấp dịch vụ Internet FTTH trên cáp quang với tốc

độ cao đến 20Mbps/20Mbps Các chi nhánh của VNPT tại các tỉnh thành cũngphát triển một cách rầm rộ

• Ngày 15/05/2009, Viettel chính thức triển khai cung cấp dịch vụ truy nhậpInternet FTTH (Fiber To The Home) – Cáp quang siêu tốc độ nhằm phục vụkhách hàng doanh nghiệp mà dịch vụ truy cập Internet hiện tại (ADSL vàLeased Line) chưa đáp ứng được về tốc độ và chi phí sử dụng

• Ngày 10/4/2010, CMCTI chính thức khai trương dịch vụ FTTH Đây là công

ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai loại hình FTTH dựa trên chuẩn GPON làchuẩn tiên tiến nhất hiện nay

Những thống kê trên cho thấy các nhà cung cấp dịch vụ Internet hàng đầuViệt Nam đã và đang ra sức xây dựng và triển khai hệ thống mạng cho công nghệFTTx Mặc dù chi phí lắp đặt ban đầu còn cao nhưng dịch vụ FTTH sẽ dần phổ biếnhơn mà trước hết là hướng đến một số đối tượng khách hàng như các doanh nghiệp,công ty, các quán game…

1.8 Kết luận chương

Những phân tích trong Chương 1 đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng FTTx.

Đó là một trong những thị trường vô cùng tiềm năng Nó đem đến chất lượng tốthơn đối với không chỉ loại hình dịch vụ truyền thông như thoại, data mà còn cảnhững dịch vụ mới như Triple-play Để tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc mạng này

chúng ta sẽ nghiên cứu tiếp Chương 2.

1.8 Giới thiệu chương

Về mặt kỹ thuật, FTTx có thể sử dụng mạng quang chủ động Active OpticalNetwork (AON) hoặc mạng quang bị động Passive Optical Network (PON) Haimạng này được phân biệt với nhau bởi kiến trúc có hay không có sự tham gia củacác thành phần tích cực trong tuyến truyền từ tổng đài nhà cung cấp (CO) tới người

sử dụng Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét qua về kiến trúc mạng chủ độngAON và nghiên cứu chủ yếu mạng quang thụ động PON với chuẩn GPON

1.9 Mạng quang chủ động AON

Để phân phối tín hiệu, mạng quang chủ động sử dụng các thiết bị cần nguồnđiện nuôi để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc multiplexer Dữliệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng

đó và dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh được xung đột khi truyền trên đường vật

lý chung bằng việc sử dụng bộ đệm của các thiết bị chủ động

Từ năm 2007, hầu hết các các hệ thống mạng quang chủ động được gọi làEthernet chủ động Ethernet chủ động sử dụng các chuyển mạch Ethernet quang đểphân phối tín hiệu, do đó sẽ kết nối các căn hộ khách hàng với nhà cung cấp thànhmột hệ thống mạng Ethernet khổng lồ giống như một mạng máy tính thông thườngngoại trừ mục đích của chúng là kết nối các căn hộ và các tòa nhà với nhà cung cấpdịch vụ Mỗi tủ chuyển mạch có thể quản lý tới 1.000 khách hàng, thông thường là400-500 khách hàng Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và địnhtuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3

Một nhược điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyểnmạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệuquang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại đểtruyền đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thốngFTTX Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này cóchi phí đầu tư lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập

Hình 2.1 dưới đây mô tả kiến trúc mạng quang chủ động AON Với mô hình

cáp quang chạy đến từng hộ gia đình, một thuê bao của mạng quang chủ động hìnhcây cách trung tâm điều khiển từ xa tới 20 km sẽ được cấp một đường dây quangriêng đủ để đáp ứng cho băng thông 2 chiều Cấu trúc mạng này tương tự như cấu

cấu trúc mạng đơn giản và quan trọng nhất nó rất linh hoạt cho sự tăng trưởng của

hệ thống viễn thông trong tương lai Bởi vì đặc điểm quan trọng của các hệ thốngviễn thông là các thiết bị đầu cuối thay đổi rất nhanh chóng nhưng những cơ sở hạtầng mạng thì phải tồng tại từ 15 đến 20 năm Do đó lựa chọn giải pháp nào là điềurất quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũng như những kỹ sư thiết kế hệthống mạng

 OLT (Optical Line Terminal): Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tạiCenter Office Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống FTTH, cungcấp các giao diện truy nhập PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và cácgiao diện khác cho tín hiệu phía uplink

 ONU (Optical Network Unit): ONU là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng Nó

là điểm cuối của mạng quang FTTH ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang

từ giao diện PON thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệutruyền hình, tín hiệu thoại được sử dụng tại thuê bao

 ONT (Optical Network Terminal): Đây là thiết bị đầu cuối phía người sửdụng, là điểm cuối cùng của ODN

 OND (Optical Network Distribution): Hệ thống phân phối cáp quang tính từsau OLT đến ONU/ONT Cụ thể, hệ thống phân phối quang OND lại bao gồmcác thành phần sau đây:

• Măng xông quang

• Dây nhảy quang

• Hộp phối quang ODF

Splitter): dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở đầu ra.Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức là không phảicấp nguồn Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia Hệ số chia càng lớn thìsuy hao càng lớn Với hệ số chia là 1:2 thì suy hao khoảng 3 dB, với hệ số chia là1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB Suy hao này chính là suy hao xen tạo ra bởi sự

chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý Hình 2.3 cho biết nguyên lý chung của bộ chia

công suất quang Giả sử tại đầu vào có 3 bước sóng λ1 ở hướng lên, λ2, λ3 ở hướngxuống, với bộ chia công suất có hệ số chia là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa cóbước sóng vào là λ2và bước sóng ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3vàbước sóng ra là λ1

Hình 2.12 Bộ chia công suất quang

1.10.2 Các chuẩn mạng PON

Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩntheo phương thức ghép kênh TDM PON như là APON, BPON (Broadband PON),EPON (Ethernet PON), GPON (Gigabit PON); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo cácphương thức truy nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division MultiplexingPON) và CDMA-PON (Code Division Multiple Access PON)

1.10.2.1APON

Đây là mạng PON truyền theo kiểu không đồng bộ APON do chuẩn G.983

Mạng quang thụ động băng rộng BPON được chuẩn hóa trong chuỗi cáckhuyến nghị G.938 của ITU-T) Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về cáckhối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướnglên và hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, cácgiao tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA

Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bàoATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s hoặc 622 Mbit/s và một tế bàoquản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical layer OperationAdministration and Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh.PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bào PLOAM

có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thông hướng lên và cácbản 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 xuốngcủa mình Mỗi một kênh (time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bit từmào đầu Từ mào đầu mang thông tin về thời gian bảo vệ (guard time), mào đầu chophép đồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúccủa từ mào đầu Chiều dài của từ mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lậptrình bởi OLT Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận đượcyêu cầu từ OLT BPON sử dụng giao thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượngbăng thông cần thiết cấp cho các ONT OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông chocác ONT dựa vào gửi các tế báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệucủa 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 hệ thống Các ONT mới phát một bản tinphúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà cónhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằngviệc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bảntin phúc đáp Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng đểxác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT

1.10.2.3EPON

EPON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3 Trong EPON dữ liệu hướng xuốngđược đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung EPON có cấu trúc tương tựnhư các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tinxác định điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận dạng kênh

bổ ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm PDU (MPCPDU – Multi PointControl Protocol Data Unit) để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trongkhi đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các 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 ONU hỏixem 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 thểđược sử dụng trong EPON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông Dokhông có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậytrong cấu trúc của EPON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác sovới BPON và GPON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăngthêm 1 sau mỗi 16ns Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này làgiá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thểđạt tới 1Gbit/s

1.10.2.4GPON

GPON được xây dựng dựa trên BPON và EPON Mặc dù GPON hỗ trợtruyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới màđược tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đónggói GPON (G-PON Encapsulation Method - GEM) GEM là phương thức dựa trênthủ tục đóng 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 liệuEthernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM

GPON sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON Transmission Conversion) cho

cả hai hướng xuống và hướng lên Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầuPLOAM, 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 khunghướng lên tiếp theo Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT.Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tựtrong BPON, 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 đikèm với các nhóm hướng lên khi có yêu cầu từ OLT OLT gán các thời gian choviệc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi ONT

1.10.2.5GEPON

Trong tháng 6 năm 2004, công nghệ Ethernet được khuyến nghị dùng cho

Ethernet nên có tên thường gọi là EPON Ngoài ra nó còn có thêm tiền tố G là viếttắt của “gigabit” nên còn gọi là GEPON

Một hệ thống GEPON với tỷ lệ chia là 32 có thể cung cấp một băng thôngđối xứng là trên 30 Mbps cho mỗi khách hàng Băng thông này là đủ để cung cấpcác dịch vụ yêu cầu băng thông lớn như các ứng dụng video cũng như các ứng dụngthoại và data Thậm chí với đồng thời 3 luồng video nộ nét cao với dung lượng mỗiluồng là 6-7 Mbps (tổng cộng là 18 -21Mbps) thì vẫn còn đủ dung lượng cho VoIP

và truy cập Internet Dung lượng dành riêng cho VoIP thông thường chỉ khoảng 64ktrên một kênh thoại trong khi truy nhập Internet tốc độ cao thường giới hạn ở cácmức 512kbps, 1Mbps, 2Mbps, 4Mbps Băng thông tổng cộng cho cả 3 dịch vụ chỉkhoảng 25Mbps, do đó GEPON là một công nghệ mạng truy cập lý tưởng cho việc

hỗ trợ đa dịch vụ hiện có cũng như các dịch vụ của tương lai

Hiện tại, chuẩn GEPON cũng đang được phát triển để có thể hỗ trợ băngthông tối đa lên tới 10GB và tỉ lệ chia sẻ trên một sợi quang là 1:64

GEPON có các đặc điểm chính sau đây:

• PON topology

• Tốc độ truyền tối đa 1,25Gbps trên một đường quang và tốc độ tới từng user

có thể thay đổi tùy theo tỷ lệ chia (trên 30Mbps/1 user khi có tỷ lệ chia là 1:32)

• Tín hiệu được gửi và nhận bằng các khung Ethernet

Trong hệ thống PON, mục đích của việc chia sẻ đường quang cũng như thiết

bị tại phòng máy trung tâm là vì lý do kinh tế Thêm vào đó, việc gửi và nhận cáctín hiệu bằng khung Ethernet, làm cho hệ thống mạng trở lên đơn giản và giá thànhthấp

Công suất và dạng sóng của tín hiệu quang được điều chế ở lớp vật lý Có 2chuẩn cơ bản là 1000 BASE-PX10 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 10km và

1000 BASE-PX20 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 20km Bước sóng truyềntrên sợi quang được quy định dựa trên khuyến nghị ITU-T G.983.3 là 1490nm và1310nm, và ta có thể cung cấp thêm dịch vụ truyền hình quảng bá trên bước sóng1550nm Số lượng đầu chia tối đa không được quy định trong IEEE 802.3ah vì nóphụ thuộc vào suy hao của tín hiệu quang trên thực tế, và thông thường số lượngđầu chia là 32 GEPON cung cấp 2 octet (16 bit) cho thành phần định danh liên kếtlogic (LLID) và 15 bit dành cho mỗi một địa chỉ MAC Vì vậy có thể có hơn 30.000

bộ ONU được sử dụng trong một mạng PON Đặc điểm chính của GEPON đó là dữ

ONU trong một mạng PON

Tuy nhiên phần LLID bao gồm thông tin địa chỉ nhờ đó chỉ có ONU đượcđánh địa chỉ mới tiếp nhận khung dữ liệu có địa chỉ MAC của nó, các ONU sẽ loại

bỏ những khung mà không đánh địa chỉ tương ứng với chúng Ngoài ra việc truyền

dữ liệu upstream dựa trên công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

để tránh xung đột dữ liệu giữa các ONU OLT phân phối một cửa sổ truyền dẫnđược gọi là cổng ứng với một ONU Khi một ONU nhận được một khung cổng, nó

sẽ truyền các khung dữ liệu với tốc độ 1 Gbit/s trong suốt khe thời gian được đăng

ký bởi cổng Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) quản lý các cổng được cấp chomỗi ONU, cổng được yêu cầu từ ONU và được dùng để phát hiện và đăng ký cácONU với mạng PON

Thêm vào đó, do mỗi ONU chỉ có thể nhận tín hiệu có địa chỉ ứng với địachỉ duy nhất của nó nên một thành phần định danh sẽ được gửi kèm ở đầu khungEthernet

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệutheo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet…) tùy theoyêu cầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bướcsóng khác nhau

1.10.2.7CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khaitrong các ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗiONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầucủa khách hàng CDMA PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượngbăng thông CDMA PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tầntruyền dẫn trải trên cùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhauđược mã hóa và nhận dạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng