luận văn thạc sĩ nghiên cứu, thiết kế mạng băng rộng cho công ty điện thoại hà nội 1

Tuy nhiên mạng quang truy nhập chủ động hiện nay cung cấp dịch vụ cho khách hàng sử dụng chủ yếu là các thiết bị quang chủ động như các Switch truy nhập, các bộ chuyển đổi quang điện đan

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

MAI VĂN THUẬN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠNG BĂNG RỘNG CHO CÔNG TY ĐIỆN THOẠI

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: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

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

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay những dịch vụ tiện ích được cung cấp trên nền hạ tầng mạng truy nhập ngày càng đa dạng, có thể nói đến một số dịch vụ như video call, hội nghị truyền hình, VOD, game online, thanh toán trực tuyến, dịch vụ giải trí trên internet Những loại hình dịch vụ này ngày càng yêu cầu băng thông cao và chất lượng dịch vụ Có khá nhiều hệ thống hạ tầng mạng truy nhập đã được đưa ra nhằm đáp ứng yêu cầu trên, tuy nhiên qua khảo sát phân tích tình hình thực tế hiện nay thì mạng truy nhập được đầu tư trên nền công nghệ tiên tiến GPON đang là mạng đáp ứng tốt những yêu cầu của khách hàng trong xã hội

Hiện nay mạng cáp đồng với những nhược điểm như chất lượng đường truyền, tín hiệu kém, băng thông thấp, ảnh hướng lớn từ môi trường, không đáp ứng được các dịch

vụ giải trí trên mạng, dịch vụ MyTV, hay các dịch vụ đòi hỏi sự ổn định về chất lượng như hội nghị truyền hình, game online, thanh toán trực tuyến, giải trí trên mạng Với sự phát triển của dịch vụ thoại trên nền IP, hiện tại thoại trên hệ thống tổng đài qua mạng cáp đồng đang dần được thay thế dần bằng mạng truy nhập quang, nhằm hạn chế suy hao cũng như cải thiện chất lượng dịch vụ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng Tuy nhiên mạng quang truy nhập chủ động hiện nay cung cấp dịch vụ cho khách hàng sử dụng chủ yếu là các thiết bị quang chủ động như các Switch truy nhập, các bộ chuyển đổi quang điện đang bộc lộ một số hạn chế về dung lượng, số lượng khách hàng, tốn kém chi phí vận hành, khai thác và bảo dưỡng, nguồn cấp điện Để khắc phục những nhược điểm của mạng quang chủ động thì mạng quang thụ động ra đời, trong đó mạng quang thụ động GPON đang được tập trung nghiên cứu và triển khai

Nhằm tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng MAN hiện có của VNPT Hà Nội trong việc triển khai mạng truy nhập băng rộng GPON, đề tài “nghiên cứu thiết kế mạng băng rộng cho công ty Điện Thoại Hà Nội 1” được thực hiện trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ chuyên ngành “Kỹ thuật viễn thông” nhằm góp phần giải quyết những yêu cầu dịch vụ của khách hàng trong tương lai , đồng thời đưa ra mô hình mạng truy nhập dựa trên công

nghệ GPON nhằm thay thế dần mạng cáp đồng, cũng như thiết bị quang chủ động trên

địa bàn công ty Điện thoại Hà Nội 1

2 Mục đích nghiên cứu

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

- Đề xuất dịch vụ trên mạng truy nhập Gpon trên địa bàn Công ty

- Nghiên cứu và thiết kế mạng băng rộng trên địa bàn Cty Điện Thoại Hà Nội 1

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

- Thiết kế mạng truy nhập Gpon cho khu vực Vincom Village và Times City

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

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

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

4 Phương pháp nghiên cứu:

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

bàn Cty ĐTHN 1

5.Bố cục của luận văn

Luận văn được tổ chức thành ba chương, trong đó :

Chương 1: Tổng quan về mạng truy nhập băng rộng

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

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

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

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

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

 Các công nghệ của mạng quang truy nhập băng rộng, thông số kỹ thuật, một

số vấn đề cần quan tâm khi thiết kế mạng, kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

 Nghiên cứu về thiết bị sử dụng trong mạng truy nhập băng rộng, đề xuất sử dụng thiết bị, so sánh ưu nhược điểm giữa các thiết bị băng rộng của các nhà cung cấp thiết bị

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

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

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

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

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

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

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG

RỘNG

Mục tiêu chính của chương này trình bày những vấn đề tổng quan Mạng truy nhập băng rộng thường được chia làm hai loại là mạng truy nhập quang chủ động AON và mạng truy nhập quang thụ động PON So sánh giữa những ưu nhược điểm của mạng quang chủ động AON và mạng quang thụ động PON

Hình 1.1 Sơ đồ mạng quang truy nhập AON và PON

1.1 KIẾN TRÚC MẠNG PON VÀ CÁC HỆ THỐNG PON

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

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

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

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

Hình 1.1 Sơ đồ kiến trúc của mạng PON

PON sẽ chỉ bao gồm : sợi quang, các bộ chia splitter, 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, tín hiệu sẽ không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực

Hình 1 2 Mô hình mạng quang thụ động

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

Hình 1 3 Các kiểu kiến trúc của PON 1.1.1 Các hệ thống PON đang đƣợc triển khai

GEPON cung cấp tốc độ truyền là 1,25Gbps thì GPON cho phép đạt tốc độ lên tới 2.448 Gbps Với hiệu suất từ 50%-70% băng thông của GEPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps, khi đó GPON với việc tận dung tối đa nó có thể cho phép các

nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2300 Mbps

1.2 CẤU HÌNH THAM CHIẾU CỦA MẠNG TRUY NHẬP QUANG

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

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

Hình 1 5 Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang 1.3 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CỦA OLT VÀ ONU

Các khối chức năng của OLT

Các khối chức năng của ONU

1.4 MẠNG PHÂN PHỐI QUANG VÀ BỘ CHIA QUANG THỤ ĐỘNG

Bộ chia quang Splitter

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

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

- Tỷ lệ chia có nhiều cấp khác nhau như 1/8;1/16;1/32;1/64;1/128 tùy thuộc vào thiết bị

và ứng dụng sử dụng

Khối chức năng của ODN

Khối mạng phân phối quang (ODN- Optical Distribution Network) đặt giữa ONU

và OLT Chức năng của nó là phân phối công suất tín hiệu quang ODN chủ yếu là linh kiện quang không có nguồn và sợi quang tạo thành mạng phân phối đuờng quang thụ động

Hình 1 4 Cấu trúc mạng cáp thuê bao quang

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Theo phân tích xu hướng phát triển hiện nay, PON đang là công nghệ truy nhập tiên tiến có thể hỗ trợ tốc độ rất cao, đáp ứng các yêu cầu dịch vụ Triple-Play cho người dùng

mà lại tiết kiệm chi phí do việc dùng chung OLT và đường cáp quang phân phối tới các

bộ tách, ghép Splitter, các thuê bao chỉ cần chạy dây riêng tới các bộ Splitter ở các đầu hộp Ngoài ra do thiết bị là thụ động không yêu cầu điện nên chi phí lắp đặt bảo trì thấp, mạng PON được kết nối với mạng MANE sẽ giảm bớt chi phí đầu tư, tận dụng tối đa mạng quang hiện có

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐỂ TRIỂN

KHAI MẠNG BĂNG RỘNG

Chương này sẽ tập trung vào công nghệ của mạng quang truy nhập băng rộng và các thông số kỹ thuật cũng như các vấn đề quan tâm khi thiết kế mạng, nghiên cứu về các kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh của công nghệ GPON, từ những so sánh về mặt công nghệ, giá thành, ưu nhược điểm của các hãng cung cấp thiết bị, đề xuất sử dụng thiết bị để triển khai mạng băng rộng

2.1 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP

KÊNH 2.1.1 Công nghệ của mạng quang thụ động Gpon

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

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

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

2.1.2 Quá trình chuẩn hóa GPON

2.1.3 Các thông số kỹ thuật

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

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

- Băng tần hoạt động : Đối với hướng xuống, OLT phân phối các gói dữ liệu tới mỗi ONU rong dải bước sóng từ 1480 tới 1550 nm, thông thường các thiết bị hiện tại sử dụng bước sóng 1490 nm Các ONU gửi dữ liệu đường lên OLT trong dải bước sóng từ 1260 đến 1360 nm, thường các thiết bị hiện tại sử dụng bước sóng 1310

nm

- Đảm bảo các điều kiện về thông số kỹ thuật công nghệ trong mục 2.1.3

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

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

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

2.1.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

Truy cập phân kênh theo thời gian TDMA

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

Hình 2.2 Truy cập phân kênh theo thời gian ở hướng lên trong mạng Gpon

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

là nhiều ONU truyền đến OLT Vì thế, luồng duex liệu từ những ONU khác nhau nếu truyền dữ liệu đồng thừi có thể gây đụng độ, chính vì thế, trong hướng lên PON cần triển khai một vài kỹ thuật phân chia kênh để chống đụng độ và phân chia công bằng dung lượng và tài nguyên kênh trung kế sợi ( sợi quang nằng giữa OLT và bộ tách, ghép) Giải pháp PON đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA PON : Time Division Multiplex Access PON ) được đưa ra để ngăn chặn đụng độ dữ liệu, tức là mỗi ONU chỉ được truyền trong khe thời gian dành riêng của nó Trong đó, hướng lên dùng một bước sóng đề truyền dữ liệu và hướng xuống dùng một bước sóng khác để truyền dữ liệu ở mỗi phía (ONU và OLT) đều có bộ thu để tách các kênh cho bộ thu và bộ phát dữ liệu

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

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 lý 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 trở lên 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

Phương thức đóng gói dữ liệu

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

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

Bảo mật và mã hóa sửa lỗi

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

Khả năng cung cấp băng thông và dịch vụ

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

2.2 NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ TRONG MẠNG TRUY NHẬP GPON

2.2.1 Thiết bị sử dụng trong mạng truy nhập GPON

Thiết bị sử dụng trong mạng GPON gồm có :

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

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

- ONT : Thiết bị đầu cuối phía khách hàng

Thiết bị OLT và ONT ở đây để triển khai mạng GPON, chúng ta nghiên cứu thiết

bị của hai hãng cung cấp nổi tiếng cho VNPT là Huawei và Alcatel- Lucent