Tìm hiểu công nghệ truy nhập quang

Tìm hiểu công nghệ truy nhập quang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG Lớp : Đ7LT – ĐTVT 11

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ viễn thông đã và đang phát triển một cách như vũ bão.Mạng viễn thông ngày càng có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ tớikhách hàng , như các dịch vụ truyền Data, Internet ,Video…Nhưng để cungcấp cho khách hàng các dịch vụ viễn thông hiện đại ,nếu chỉ có tổng đài vàmạng trung kế thôi thì vẫn chưa đủ Một phần quan trọng tham gia vào khảnăng cung cấp dịch vụ cho khách hàng là mạng truy nhập thuê bao Mạngtruy nhập truyền thống chủ yếu là mạng đôi dây cáp đồng nối trực tiếp tớitổng đài hoặc thông qua các tầng thuê bao xa Do vậy nảy sinh một số hạn chếbuộc các nhà mạng phải đưa vào các giải pháp khác, những vấn đề nảy sinhđó:

- Các dịch vụ mới liên tục phát triển trong khi mạng cáp đồng hiện naykhông đáp ứng được cả về nhu cầu dịch vụ cũng như tổ chức mạng lưới

- Các tổng đài có dung lượng lớn và chuyên dụng, do đó làm nảy sinh

sự hạn chế việc kết nối trực tiếp với các thuê bao và tổng đài

Các yêu cầu nêu trên dẫn đến cần đưa ra một mạng truy nhập mới vớicác đặc tính linh hoạt, hiệu quả,dễ kết nối,dung lượng lớn và có khả năng đápứng các dịch vụ mới Do có nhiều ưu điểm ,truyền dẫn quang đóng một vaitrò quan trọng trong mạng viễn thông của mọi quốc gia Mạng truy nhậpquang đang tạo nên một cuộc cách mạng trong việc nâng cấp mạng truy nhậpbăng hẹp truyền thống, đồng thời tăng bán kính phực vụ lên hàng chục Km

Hà Nội, ngày 07 tháng 06 năm 2014

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

MỤC LỤC 1

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC 3

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 4

1.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP 4

1.1.1 Vai trò của mạng truy nhập trong mạng viễn thông 4

1.1.2 Vị trí và Cấu trúc mạng truy nhập 5

1.2 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 8

1.2.1 Cấu hình cơ bản của mạng truy nhập quang 9

1.2.2 Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang 10

1.2.3 Các khối chức năng cơ bản 11

1.3 CÁC LOẠI CẤU HÌNH TRONG MẠNG TRUY NHẬP QUANG .13

1.3.1 Cấu hình mạng sao đơn 13

1.3.2 Cấu hình mạng sao kép tích cực 14

1.3.3 Cấu hình mạng sao kép thụ động 14

1.3.4 Cấu hình mạng Ring 16

1.3.5 Cấu hình hỗn hợp 18

1.4 KẾT LUẬN 19

CHƯƠNG 2 21

MẠNG TRUY NHẬP QUANG TÍCH CỰC (AON) VÀ THỤ ĐỘNG (PON) 21

2.1 KIẾN TRÚC MẠNG AON & PON 21

2.1.1 Kiến trúc mạng AON 21

2.1.2 Kiến trúc mạng PON 22

2.2 CÁC CÔNG NGHỆ AON & PON 23

2.2.1 Các công nghệ AON và khả năng cung cấp các dịch vụ 23

2.2.2 Các công nghệ PON và khả năng cung cấp các dịch vụ 27

2.3 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI MẠNG TRUY NHẬP QUANG 31

2.3.1 Tình hình triển khai AON 31

2.3.2 Tình hình triển khai PON 31

2.4 KẾT LUẬN 31

2.4.1 Hệ thống AON 31

CHƯƠNG 3 33

THIẾT KẾ MỘT MẠNG ĐA TRUY NHẬP QUANG ĐIỂN HÌNH 33

3.1 YÊU CẦU CỦA MẠNG CẦN THIẾT 33

3.1.1 Tình hình mạng và nhu cầu dịch vụ các điểm cần lắp đặt thiết bị : .33

3.1.2 Tình hình mạng cáp quang và cự ly giữa các trạm 34

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 34

3.2.1 Tính toán dung lượng thiết bị các trạm: 34

3.2.2 Tính toán lưu lượng trung kế: 35

3.2.3 Lựa chon công nghệ truyền dẫn : 36

3.2.4 Lựa chọn giao diện quang và tính toán quĩ công suất quang 39

KẾT LUẬN 45

LỜI CẢM ƠN 46

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

Để đảm bảo thời gian tiến độ và đạt được hiệu quả cao nhất trong khi làm báocáo đề tài của nhóm Chúng em đã phân chia nhau công việc, cụ thể như sau :

- Nguyễn Văn Hồng ( Trưởng nhóm ) và Nguyễn Hữu Hải : tìm hiểu

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG.

- Nguyễn Công Hiếu và Nguyễn Văn Hùng : tìm hiểu Chương 2 :

MẠNG TRUY NHẬP QUANG TÍCH CỰC (AON) VÀ THỤ ĐỘNG (PON).

- Đào Ngọc Hường : tìm hiểu Chương 3 : THIẾT KẾ MỘT MẠNG

ĐA TRUY NHẬP QUANG ĐIỂN HÌNH.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

1.1 TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP

1.1.1 Vai trò của mạng truy nhập trong mạng viễn thông

Hiện nay các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ viễn thông, các nhà sảnxuất thiết bị, các cơ quan quản lý viễn thông, cũng như hướng nghiên cứuđang tập trung vào mạng truy nhập Đối với Việt Nam, việc sử dụng mạngtruy nhập trên mạng viễn thông cũng đã và đang được nghiên cứu, triển khai

Lý do để mạng truy nhập trỏ thành nội dung phát triển có tính chất chiến lượccủa các quốc gia là:

- Mạng truy nhập chiêm một nửa tổng chi phí đầu tư của toàn bộ mạngviễn thông, mà yếu tố kinh tế của việc triển khai mạng viễn thông là rất quantrọng Mạng truy nhập mới cho phép sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiệu quảhơn chi phí quản lý, khai thác, bảo dưỡng thấp hơn Do đó tạo ra ưu thế trongmôi trường cạnh tranh

- Mạng truy nhập cho phép tối ưu cấu trúc mạng viễn thông, giảm sốlượng nút chuyển mạch trên mạng, tăng bán kính phục vụ của tổng đài nộihạt, tăng độ tin cậy của mạng.Với chủ trương giảm cấp mạng viễn thông củaViệt Nam thì dù bán kính phục vụ tăng lên đến hàng trăm Km thì toàn bộ tổngđài và mạng truy nhập cũng chỉ là một cấp mạng

- Mạng truy nhập cho phép triển khai dịch vụ một cách nhanh chóng,tạo ra khả năng tích hợp những dịch vụ mới có chất lượng cao, tốc độ nhanh,băng tần rộng thì chỉ có mạng truy nhập tiên tiến mới có khả năng đáp ứngnhu cầu cho khách hàng Ngoài những dịch có tính chất truyền thống, mạngcòn cho phép triển khai các dịch vụ mới như: Truyền hình cáp (CATV),Video theo yêu cầu (VoD), thương mại điện tử, y tế từ xa, đào tạo từ xa…

- Mạng truy nhập co một hệ thống quản lý giúp cho mạng nội hoạtđộng ổn định, linh hoạt với các khả năng chẩn đoán, khắc phục, và sửa lỗi tốt.Việc theo yêu cầu (VoD), nút dịch vụ truyền hình quảng bá và các hệ thốngtruyền dẫn liên đài, nhằm cung cấp các dịch vụ cho người dùng thông qua cácđiểm dịch vụ.

- Mạng truy nhập nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểmcung cấp dịch vụ của mạng để truyền tải các dịch vụ sẵn có từ điểm cung cấpdịch vụ đến người sử dụng

- Mạng truy nhập giao tiếp với bên ngoài thông qua 3 loại giao diện:+ Giao diện người sử dụng – mạng (UNI): Phụ thuộc vào loại dịch

vụ cung cấp

+ Giao diện mạng truy nhập – mạng lõi(SNI);có thể là giao diện 2dây trong hệ thống truy nhập cũ, hoặc giao diện V5.x, V5B.x hoặc giao diệnriêng của các loại dịch vụ khác

+ Giao diện quản lý Q: Là giao diện tiêu chuẩn để kết nối đến hệthống quản lỹ mạng TMN

1.1.2 Vị trí và Cấu trúc mạng truy nhập

1.1.2.1 Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông

Mạng truy nhập là mạng nằm giữa người sử dụng dịch vụ Viễn Thông

và điểm cung cấp dịch vụ của mạng Mạng viễn thông gồm hai thành phần:mạng lõi và mạng truy nhập Cả hai thành phần này đều nằm dưới một mạngquản lý chung TMN (hình 1.1)

Hình 1.1 Vị trí mạng truy nhâp trong mạng viễn thông

- Mạng lõi bao gồm các tổng đai nội hạt, tổng đài liên tỉnh, tổng đàiquốc tế, nút dịch vụ kênh thuê riêng, nút chuyển mạch dữ liệu, nút dịch vụtruyền hình theo yêu cầu (VoD), nút dịch vụ truyền hình quảng bá và các hệthống truyền dẫn liên đài, nhằm cung cấp các dịch vụ cho người dùng thôngqua các điểm dịch vụ

- Mạng truy nhập nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểmcung cấp dịch vụ của mạng để truyền tải các dịch vụ sẵn có từ điểm cung cấpdịch vụ đến người sử dụng

- Mạng truy nhập giao tiếp với bên ngoài thông qua 3 loại giao diện: + Giao diện người sử dụng - mạng (UNI):phụ thuộc vào loại dịch vụcung cấp

+ Giao diện mạng truy nhập – mạng lõi (SNI) :có thể là giao diện 2dây trong các hệ thống truy nhập cũ, hoặc giao diện V5.x,V5B.x hoặc giaodiện riêng của các loại dịch vụ khác

Mạng quản lý viễn thông TMN

Mạng lõi (SN)

SNIUNI

UNI: giao diện người sử dụng

SNI: giao diện mạng truy nhập

SN: Mạng lõiAN: mạng Truy nhập

+ Giao diện quản lý Q: là giao diện tiêu chuẩn để kết nối đến hệ thốngquản lý mạng TMN

1.1.2.2 Cấu trúc mạng truy nhập

Hình 1.2: Cấu trúc mạng truy nhập

Cấu trúc mạng truy nhập gồm 4 thành phần: Kết cuối mạng nối vớimạng lõi, mạng phân phối và các điểm truy nhập mạng, môi trường kết nốithuê bao và các thiết bị đầu cuối của người sử dụng

- Phần mạng truy nhập giao tiếp với mạng lõi gọi là kết cuối tổng đài,phần này thường được đặt tại tổng đài Các kết cuối này được kết kết nối vớitổng đài thông qua giao diện chuẩn V5.x cho các dịch vụ băng hẹp hoặc cácgiao diện riêng của dịch vụ khác Các giao diện truy nhập tiêu chuẩn cho phépthiết bị truy nhập của nhà cung cấp khác nhau có thể cùng làm việc trên mộtmạng

- Tại đầu xa của mạng là các điểm truy nhập mạng Điểm truy nhậpmạng có chức năng kết nối với các thuê bao sử dụng các dịch vụ khác thôngqua các giao diện tương ứng với từng loại dịch vụ Các điểm truy nhập mạngđược kết cuối với tổng đài thông qua mạng truyền dẫn Mạng truyền dẫn này

có thể có cấu hình linh hoạt như điểm nối điểm, điểm nối đa điểm (hình saotích cực hay thụ động ), cấu hình vòng, cấu hình chuỗi, có thể kết hợp các cấuhình kể trên trong một mạng Phương thức truyền dẫn có thể là cáp quang hayViBa, khi mạng truyền dẫn giữa các điểm truy nhập và kết cuối tổng đài làphương thức truyền dẫn quang thì mạng truy nhập được gọi là mạng truynhập quang

- Môi trường kết nối thuê bao phục vụ cho kết nối cuối cùng thừ thuêbao đến mạng truy nhập Kết nối này có thể dựa trên các môi trường truyềndẫn khác nhau, có thể là vô tuyến (trong trường hợp này gọi là mạng thuê bao

vô tuyến cố định - WLL), có thể là hữu tuyến cáp đồng hay cáp quang Cáccông nghệ truyền dẫn khác nhau được sử dụng trên kết nối này tùy theo nhucầu về dịch vụ và tùy theo hệ thống cụ thể của nhà sản xuất Hiện nay cónhiều giải pháp công nghệ được đưa ra để nâng cao dung lượng truyền dẫncủa đôi dây cáp đồng, nhằm cung cấp các dịc vụ mới đòi hỏi băng tần rộngnhư: HDSL, ADSL, VDAL…

1.2 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG.

Mạng truy nhập quang được chia làm hai loại cơ bản là mạng truy nhậpquang tích cực AON và mạng truy nhập quang thụ động PON Mạng AON sửdụng các thiết bị tích cực như các bộ chia tích cực hoặc các bộ ghép kênh ở đoạn phân bố của mạng truy nhập Mạng PON 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 cậycao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực.

Hình 1.3: Mạng truy nhập quang

1.2.1 Cấu hình cơ bản của mạng truy nhập quang.

Cấu hình mạng cơ bản của mạng truy nhập quang được trình bày ở Hình 1.4

Hình 1.4: Cấu hình của mạng truy nhập quang.

FTTCab-Cáp quang tới tủ đấu dây; FTTC-Cáp quang tới vỉa hè; FTTB-Cáp quang tới toà nhà; FTTH-Cáp quang tới tận nhà

1.2.2 Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang

Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang được trình bày trên Hình 1.5

Hình 1.5 : Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang

Cấu trúc trên Hình 1-3 bao gồm 4 khối cơ bản: đầu cuối đường

quang(OLT), mạng phối dây 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 T và điểm tham chiếu a ở giữa các ONU Giao diện bao gồm: giao diện quản lý mạng Q3 và giao diện giữa thuê bao với mạng UNI

1.2.3 Các khối chức năng cơ bản.

Hệ thống mạng truy nhập quang bao gồm ba thành phần cơ bản:OLT, ONU và ODN Hệ thống AON có các khối chức năng đơn giản, cơ bản hơn so với hệ thống PON Ở đây chỉ nêu các khối chức năng của PON

1.2.3.1 Khối kết cuối đường quang OLT.

Các khối OLT chính được mô tả trong Hình 1.6:

Hình 1.6 : Các khối chức năng của OLT

1.2.3.2 Khối mạng quang ONU.

Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả trong Hình 1.7

Hình 1.7: Các khối chức năng của ONU

1.2.3.3 Mạng phân phối quang ODN

* Mạng cáp quang thuê bao.

Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT Cấu trúc mạng cápquang thuê bao xem trong Hình 1.9

Hình 1.9 : Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao.

qủa khi tại mỗi điểm đặt ONU có một số lớn thuê bao do trong cấu hình nàychi phí cho việc lắp đặt cáp lớn

1.3.2 Cấu hình mạng sao kép tích cực

Hình 1.11 :Cấu hình mạng sao kép tích cực khi MUX tích hợp trong ONU Cấu hình này ưu điểm là chi phí lắp đặt cáp giảm ,do trên một tuyếnsợi quang từ OLT đến D/MUX phục vụ cho nhiều ONU Nhưng có nhượcđiểm là tăng chi phí bảo dưỡng và cấp nguồn cho D/MUX Khi khoảng cách

từ OLT đến MUX lớn thì cấu hình này rất hiệu quả.Cấu hình này có ưu điểm

là khoảng cách truyền dẫn lớn do D/MUX là thiết bị tích cực

D/MUX

Hình 1.12: Cấu hình mạng sao kép thụ động

Cấu hình này tương tự như cấu hình mạng sao kép tích cực khi các D/MUX được thay thế bằng các bộ tách ghép quang thụ động C/S(couper/Sliptter) Bộ tách ghép thị động có thể là bộ tách ghép công suấtquang hoặc tách ghép bước sóng quang

Cấu hình này ngoài các ưu điểm của cấu hình mạng sao kép tích cựccòn có ưu điểm là không cần chi phi lớn cho thiết bị quang tại các D/MUX vàgiảm được chi cấp nguồn và bảo dưỡng các thiết bị này Nhược điểm là do C/

S là tách ghép quang thụ động, nên công suất quang đến các ONU bị chia sẻ,

vì vậy cự ly truyền dẫn giảm xuống Hơn nữa khi cần tăng các ONU thì phảithay thế các Sliptter

Một dạng biến đổi của mạng sao kép thụ động là cấu hình dạng BUS

mà các bộ tách ghép thụ động C/S được thay thế bằng các van thụ động đơn.Cấu trúc này có nhược điểm là thêm nhiều điểm truy cập vào cáp chính,nhưng bù lại nó rất tiết kiệm chi phí lắp đặt cáp trong trường hợp các điểmtruy nhập nằm dọc theo tuyến cáp

Hình 1.13 : Cấu hình mạng quang thụ động dạng BUS Một dạng biến đổi khác của mạng sao kép thụ động là cấu hình mạngquang thụ động có hai hay nhiều OLT Điều này cho phép tạo thành mạngtruy nhập quang song song, tức là mạng được kết nối tới nhiều điểm cung cấpdịch vụ Biến đổi này lam tăng độ tin cậy của hệ thống trong trường hợp có sự

cố xẩy ra ở cả điểm cung cấp dịch vụ và cả ở OLT

Hình 1.14 : Cấu hình mạng sao kép thụ động với 2 OLT

1.3.4 Cấu hình mạng Ring

Cấu hình mạng Ring có thể là Ring tích cực hoặc Ring thụ động:

Mạng Ring tích cực: Một trong những ưu điểm đặc biệt quan trọng

của mạng thông tin quang với công nghệ truyền dẫn SDH là tạo những khả

C\SS

năng truyền dẫn dung lượng lớn, chất lượng và độ tin cậy cao Đặc biệt làtrong cấu hình mạng Ring Trong mạng truy nhập, cấu hình mạch vòng cápquang SDH đã được ứng dụng tạo nên một cấu trúc linh hoạt, mềm dẻo, dunglượng lớn và độ tin cậy cao Cấu hình mạng truy nhập dạng Ring được mô tảnhư dưới đây

Hình 1.15: Cấu hình mạng Ring tích cực

Trong cấu hình này, các ONU được nối về OLT qua mạch vòng cápquang SDH, vì thế cấu hình này tận dụng được nhiều tính năng quan trọngcủa Ring SDH như:

- Độ tin cậy cao do các chế độ bảo vệ linh hoạt trong mạch Ring SDH

- Khả năng dung lương lớn, cung cấp nhanh chóng và tiện lợi, bởi vìcác thiết bị SDH rất dễ và linh hoạt trong việc xen tách các luồng data và dễdàng nâng dung lượng khi cần

- Khả năng quản trị toàn mạng lưới thuận tiện và linh hoạt nhờ phầnmềm Do đó có thể điều khiển kết nối, điều khiển cấu trúc, giám sát và xử lýcảnh báo trên hệ thống, trợ giúp cho việc kết nối mạng vào hệ thống TMN

Mạng Ring thụ động: Mạng Ring thụ động tương tự như mạng BUS,

đường cáp trục chính được khép kín, các thiết bị xen tách thụ động có thể làtách ghép công suất quang hoặc xen tách bước sóng quang Hình 1.12 dướiđây là ví dụ về một mạng Ring thụ động

U

ON

U

ON

U

BUS

ON

U

- Kích thước và trọng lượng cáp nhỏ, không bị nhiễu điện, tính bảo mật cao, giá thành cáp quang rẻ, chất lượng truyền dẫn tốt, an toàn cho thiết bị, tốc độ truy nhập cao, nâng cấp băng thông dễ dàng.

Vì vậy nó phù hợp để triển khai các dịch vụ băng rộng (truy cập

Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình, IPTV/Triple Play, truyền hình độ nét cao (HDTV, SDTV), game online, các dịch vụ băng rộng phục vụ y tế, giáo dục, … ) giữa các khối kết cuối đường dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng(OLT)

CHƯƠNG 2 MẠNG TRUY NHẬP QUANG TÍCH CỰC (AON) VÀ THỤ

vụ truy cập băng thông phổ biến như ADSL2+, VDSL2 Trong các giải pháp