NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ MẠNG BĂNG THÔNG RỘNG CHO FPT TẠI QUẬN ĐỐNG ĐA – HÀ NỘI

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ MẠNG BĂNG THÔNG RỘNG CHO FPT TẠI QUẬN ĐỐNG ĐA – HÀ NỘI Chương 1: Mạng băng thông rộng công nghệ quang thụ động Chương 2: Giải pháp công nghệ mạng băng thông rộng Chương 3: Nghiên cứu triển khai công nghệ mạng băng thông rộng GPON cho FPT tại quận Đống Đa Hà Nội.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ TUẤN LÂM

Phản biện 1: TS Hoàng Văn Võ

Phản biện 2: TS Vũ Văn San

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: 08h30 Ngày 09 tháng 08 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc của lĩnh vực công nghệ thông tin, viễn thông Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin, nghiên cứu, học tập, làm việc, giải trí…qua mạng Internet ngày càng tăng lên, các dịch vụ ứng dụng trên mạng internet cũng phát triển chóng mặt, Internet gần như không thể thiếu trong xã hội hiện nay Do đó, đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông cần đảm bảo cung cấp dịch vụ sử dụng một cách ổn định, chất lượng cao, mà giá thành phải phù hợp

Tại Việt Nam, dịch vụ Internet cũng đã phát triển không thua kém trên thế giới Các công nghệ mạng như xDSL, FTTH hiện tại đã và đang được cung cấp, nó cũng mang lại những thành công nhất định Việc nghiên cứu triển khai các công nghệ mạng băng rộng mới áp dụng vào thực tế là rất cấp bách và cần thiết

Trong các công nghệ truy nhập mạng băng rộng hiện nay, công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) chuẩn hóa, hiện nay là một trong những công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn tốc độ cao Mạng GPON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ưu điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng đã có từ trước GPON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các thiết bị kết cuối mạng theo yêu cầu của các dịch

vụ GPON cũng sẽ là công nghệ được lựa chọn để triển khai cho hạ tầng của các nhà cung cấp viễn thông và cụ thể là các nhà cung cấp dịch vụ mạng băng rộng ở Việt Nam

FPT hay cụ thể hơn là FPT Telecom là một trong những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hàng đầu của Việt Nam, đặc biệt là trong lĩnh vực cung cấp các dịch vụ về Internet băng rộng Với tiềm năng nhân sự mạnh về cả chất

lượng và số lượng, cũng như khả năng đầu tư hạ tầng cao, FPT đã có mặt trên hầu hết các tỉnh thành của cả nước Việc đầu tư xây dựng phát triển các công nghệ mới có thể đáp ứng được những nhu cầu hiện tại và tương lai là rất cần thiết GPON chính là giải pháp phù hợp nhất đối với FPT nói riêng và các nhà cung cấp mạng băng rộng nói chung tại thời điểm này

Quận Đống Đa là khu vực có vị trí chiến lược và tầm quan trọng cao của Thủ đô Hà Nội Đây cũng là khu vực có nhiều cơ quan tổ chức Đảng, Chính phủ, nhà nước, quốc tế, mật độ dân cư cao, nhiều hộ gia đình, đơn vị, công ty lớn Nhu cầu sử dụng mạng Internet chất lượng cao là rất lớn Bên cạnh đó, hạ tầng mạng của FPT ở đây đã được xây dựng từ khá lâu, đã có dấu hiệu của sự xuống cấp, với vị trí trọng điểm, ban Quản lý đô thị cũng đang tiến hành qui hoạch, ngầm hóa hệ thống cáp đảm bảo cảnh quan đô thị Từ đó, yêu cầu việc triển khai một hạ tầng mới có tính ổn định, tốc độ cao, nhanh chóng, lâu dài, đáp ứng được hầu hết các vấn đề đặt ra là rất cấp bách

Từ những lý do trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu triển khai công nghệ

mạng băng thông rộng cho FPT tại quận Đống Đa - Hà Nội” làm luận văn tốt

nghiệp của mình Nội dung luận văn bao gồm ba chương:

Chương 1: Mạng băng thông rộng công nghệ quang thụ động

Chương 2: Giải pháp công nghệ mạng băng thông rộng

Chương 3: Nghiên cứu triển khai công nghệ mạng băng thông rộng GPON cho FPT tại quận Đống Đa - Hà Nội

Với những vấn đề trình bày trong luận văn sẽ giúp chúng ta có cái nhìn cơ bản về mạng băng thông rộng sử dụng công nghệ GPON, đồng thời cho thấy ưu điểm vượt trội và khả năng ứng dụng vào thực tế của nó

Chương 1 - MẠNG BĂNG THÔNG RỘNG CÔNG NGHỆ QUANG

THỤ ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Tình hình sử dụng Internet băng rộng trên thế giới và Việt Nam

Theo báo cáo về công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) năm 2012, được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) công bố ngày 11/10, nhờ tăng cường dịch vụ băng thông rộng trên toàn thế giới, số người sử dụng Internet trong năm

2011 đã tăng 11%, nâng tổng số người sử dụng mạng lưới này trên toàn cầu lên 2,3 tỷ người

Cũng theo báo cáo của comScore, với 16,1 triệu người dùng Internet mỗi tháng, Việt Nam hiện đang là quốc gia có lượng người dùng Internet đông nhất tại khu vực Đông Nam Á, bỏ xa quốc gia đứng thứ 2 là Indonesia với 13,9 triệu người dùng và thứ 3 là Malaysia với 12 triệu người dùng Việt Nam cũng là quốc gia có lượng tăng trưởng người dùng Internet nhanh thứ 2 tại khu vực So với cùng kỳ năm ngoái, lượng người dùng Internet tại Việt Nam đã tăng thêm đến 14%

1.1.2 Các công nghệ mạng đã và đang được triển khai

Công nghệ đường dây thuê bao số xDSL đã được các nhà cung cấp dịch

vụ internet triển khai, nó đã mang lại những thành công nhất định

Một giải pháp khác được đưa ra là sử dụng cáp modem Các công ty cáp

TV cung cấp các dịch vụ Internet bằng cách triển khai các dịch vụ tích hợp dữ liệu trên mạng cáp đồng trục, mà ban đầu được thiết kế để truyền dẫn video tương tự

Một công nghệ mang tính chất đột phá về băng thông được triển khai, đó là công nghệ mạng cáp quang FTTH, công nghệ này mang lại tốc độ truy cập lớn

có thể đạt hơn 80 Mb/s, tính ổn định cao, FTTH hoạt động ở chế độ đối xứng

1.1.3 Công nghệ mạng quang mới

Có thể định nghĩa một cách ngắn gọn như sau: “Mạng quang thụ động (PON) là một mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết bị quang điện tử” Tức là mạng PON sẽ không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện - quang Thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc, điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như: không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực

1.2 Kiến trúc của PON

Kiến trúc của PON bao gồm các phần tử thụ động và tích cực

Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động (PON)

1.3 Các hệ thống mạng công nghệ quang thụ động đã và đang được triển khai

1.4 Nhận xét

GPON là công nghệ thích hợp hơn cả cho việc triển khai các hệ thống mạng kích cỡ lớn, có khả năng giải quyết về các nhu cầu về băng thông, hiệu quả kinh tế, khả năng dự phòng, tính tương thích, bảo mật

1.5 Kết luận chương 1

PON có thể được coi là một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề tắc nghẽn băng thông trong mạng truy nhập, cho phép triển khai các dịch vụ băng rộng và có tính tương tác Ngoài ra với giá thành hạ, băng tần cao, khả năng chống lỗi tốt, công nghệ PON sẽ là giải pháp tốt nhất cho mạng thế hệ sau cũng như mạng truy nhập băng rộng

Chương 2 – GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ MẠNG BĂNG THÔNG RỘNG

2.1 Giới thiệu giải pháp công nghệ cho mạng truy nhập băng thông rộng

GPON (Gigabit Passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 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

2.2 Tình hình chuẩn hóa GPON

Sau khi chuẩn hóa mạng FTTH vào những năm 1990, các thành viên của FSAN đã tiếp tục phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM Hệ thống này được gọi là APON (viết tắt của ATM PON) Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON với ý diễn đạt PON băng rộng ở mức độ pát triển cao hơn Năm 1997 nhóm FSAN đưa các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính thức Từ đó, các tiêu chuẩn ITU-T G.983.x cho mạng BPON lần lượt được thông qua Hệ thống BPON điển hình

hỗ trợ tốc độ với 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướng xuống

GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, mở rộng từ chuẩn BPON G.983

2.2 Kiến trúc GPON

Cấu hình hệ thống GPON được mô tả trong hình 2.1 Hệ thống bao gồm OLT, các ONU, các bộ tách/ghép quang (Splitter) và các sợi quang Sợi quang được kết nối từ OLT đến các Splitter, được phân nhánh và kết nối tới các ONU

Hình 2.1: Kiến trúc mạng GPON

2.3.1 Kết cuối đường quang OLT

OLT (Optical Line Terminal) là thiết bị kết cuối đường quang được đặt tại nhà trạm, kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa OLT giao tiếp với các ONT, MxU, mini DSLAM của mạng PON, thực hiện truyền thông tin đi và đến nhiều người sử dụng qua một tuyến sợi quang, OLT có thể thực hiện chức năng chuyển mạch để tạo các cổng dịch vụ cho đường lên hoặc đường xuống Ở phía đầu ra, OLT bao gồm các giao diện truy nhập quang tương ứng với các tiêu chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất,…

2.3.2 Khối mạng quang ONU

ONU là thiết bị kết cuối mạng quang tích cực đặt tại phía khách hàng, 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 cổng xuống của OLT, ONU có dung lượng vừa và nhỏ và có cung cấp đa dịch vụ như POST, ADSL, VDSL, LAN,.…

2.3.3 Mạng phân phối quang ODN

Mạng phân phối quang có chức năng kết nối một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao

2.3.3.1 Bộ tách ghép quang (Splitter)

2.3.3.2 Mạng cáp thuê bao

2.4 Thông số kỹ thuật

2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

Công nghệ truyền dẫn đa truy nhập là các kỹ thuật chia sẻ tài nguyên hữu hạn cho một lượng khách hàng 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

2.6 Đóng gói dữ liệu

GPON hỗ trợ hai phương thức đóng gói là ATM và GEM (GPON Encapsulation Method) Các ONU có thể hỗ trợ cả T-CONT (Transmission Containers) nền ATM hoặc GEM Trên thực tế GPON ít khi dùng ATM mà chủ yếu sử dụng GEM

2.7 Định cỡ và phân định băng tần động

2.7.1 Định cỡ (Ranging)

Để một ONU có thể vận hành trong mạng PON nó phải được ranging (xác định cự ly giữa ONU là OLT) Cự ly ranging tối đa của mạng PON hiện quy định là 20km

2.7.2 Phương thức cấp phát băng thông

Tại hướng lên, băng thông được sử dụng bởi các ONU không chỉ phụ thuộc vào lưu lượng tại các ONU có liên quan mà đồng thời liên quan đến lưu lượng tại các ONU khác trong mạng Vì sử dụng môi trường chia sẻ băng thông nên lưu lượng truyền bởi mỗi ONU có khả năng bị xung đột và quá trình truyền lại làm giảm hiệu suất Do đó hướng lên GPON sử dụng phương thức cấp phát băng thông động (DBA - Dynamic Bandwidth Assignment)

2.8 Bảo mật và sửa lỗi

2.8.1 Bảo mật

Tiêu chuẩn ITU-T G.984.3 GPON mô tả việc sử dụng một cơ chế bảo mật thông tin đảm bảo người dùng chỉ được phép truy cập các dữ liệu của họ Công nghệ GPON sử dụng bảo mật hướng xuống với chuẩn mật mã tiên tiến AES (Advanced Encryption Standard) Dữ liệu thuê bao trong khung luồng xuống được bảo vệ thông qua lược đồ mật mã AES và chỉ phần tải lưu lượng trong khung được mã hoá

2.8.2 Sửa lỗi

Công nghệ GPON sử dụng phương pháp sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction) FEC là một kỹ thuật xử lý tín hiệu toán học, mã hóa dữ liệu để phát hiện và sửa lỗi

2.9 Cung cấp băng thông trong GPON

2.9.1 Hướng xuống

Trong đó tốc độ hướng xuống của GPON = 2488 Mb/s × hiệu suất 92% =

2289 Mbit/s

2.9.2 Hướng lên

Nếu lớp truyền tải có độ trễ và dung sai lớn thì việc phân chia mức ưu tiên dịch vụ không còn ý nghĩa Đối với TDMA PON, dung lượng cung cấp QoS hướng lên sẽ bị hạn chế khi tất cả các ONU của PON sử dụng hết băng thông hướng lên và ưu tiên của nó trong TDMA Hướng lên GPON có thông lượng đến 1,25 Gb/s

2.9.3 Băng thông hữu ích

Công nghệ GPON hỗ trợ tốc độ lên tới 1,25 Gb/s hoặc 2,5 Gb/s hướng xuống, và hướng lên, hỗ trợ nhiều mức tốc độ trong khoảng từ 155 Mb/s

đ ế n 2,5 Gbit/s Hiệu suất sử dụng băng thông đạt trên 90%

2.10 Khả năng cung cấp dịch vụ

2.10.1 Đặc điểm dịch vụ

GPON được triển khai để đáp ứng tỉ lệ dung lượng dịch vụ/chi phí khi so sánh với mạng cáp đồng (DSL) và mạng HFC có dung lượng nhỏ hoặc các mạng SDH/SONET cũng như giải pháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao Vì vậy nó phù hợp với các hộ gia đình, doanh nghiệp vừa và nhỏ, Chính phủ và các cơ quan công sở

2.10.2 Khoảng cách OLT – ONU

Giới hạn cự ly của công nghệ GPPON hiện nay được qui định trong khoảng 20km và cung cấp tỉ lệ chia lên tới 1:128 (hiện tại thường sử dụng tỉ lệ chia 1:32)

2.11 Vấn đề trong tính toán thiết kế mạng GPON

Đảm bảo các điều kiện về thông số kỹ thuật công nghệ

Đảm bảo các đặc tính kỹ thuật cơ bản vật lý

Chương 3 – NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ MẠNG BĂNG THÔNG RỘNG GPON CHO FTP TẠI QUẬN ĐỐNG ĐA –

HÀ NỘI 3.1 Nhu cầu sử dụng dịch vụ mạng băng thông rộng tại quận Đống Đa – Hà Nội

3.1.1 Giới thiệu đôi nét về quận Đống Đa – Hà nội

Quận Đống Đa cũng là nơi tập trung nhiều cơ quan của Đảng, Chính phủ quan trọng, các đại sứ quán Trên địa bàn quận có 11 bệnh viện lớn, 13 trường đại học, 6 trường cấp ba Ngoài ra, số lượng các ngân hàng, công ty, doanh nghiệp nhà nước, tư nhân, liên doanh, các hộ dân cư cũng có số lượng rất lớn

3.1.2 Nhu cầu sử dụng mạng băng thông rộng tại khu vực

Với những đặc điểm của quận Đống Đa nêu trên, cùng với sự phát triển của xã hội, những tiện ích mà Internet mang lại, nhu cầu sử dụng mạng truy nhập băng thông rộng ở đây là vô cùng lớn

3.2 Hiện trạng hạ tầng của FPT Telecom tại quận Đống Đa – Hà Nội

Hạ tầng viễn thông của FPT Telcom (FTEL) bao gồm tất cả các thiết bị viễn thông, tủ, hộp,… và cáp được lắp đặt, đấu nối với nhau trên một địa bàn dân cư để cung cấp các dịch vụ viễn thông tới khách hàng Đơn vị hoàn chỉnh nhỏ nhất của hạ tầng FTEL là POP (Point of Presence) Các POP (chứa DSLAM) được khép ring với nhau, và kết nối đến MetroPOP (MP) qua Access Switch Khu vực Hà Nội có 4 MetroPOP đặt tại: Nguyễn Công Trứ, Nguyễn Tuân, Vạn Bảo và Cầu Giấy được ghép nối với nhau theo cấu hình ring Quận Đống Đa có các POP kết nối đến 2 MetroPOP là Nguyễn Công Trứ và Cầu Giấy Có 4 Access Switch được đặt tại: Cát Linh, Khương Thượng, Láng Hạ, Ô Chợ Dừa Hình 3.1 thể hiện mô hình chung hạ tầng của FTEL hiện tại