Đề tài Thiết kế chế tạo máy thái sắn

Với những vấn đề đó, việc đưa cáp quang vào sử dụng trong mạng truy nhập là một giải pháp hữu hiệu, và công nghệ PON Passive Opical Netword: Mạng truy nhập quang thụ động ra đời đã mở ra

Đồ án: ‘‘ Nghiên cứu công nghệ truy nhập quang Ethernet- Pon’’ Page 1

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG

ETHERNET-EPON

Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Hoài Trung

Sinh viên thực hiện: Quách văn Hiếu

Hà Nội - 2013

Công nghệ ngày càng phát triển thì những nhu cầu cuộc sống của con

người ngày 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 đó, các nhà cung cấp dịch vụ

viễn thông không ngừng đổi mới công nghệ cũng như dịch vụ mới Vấn đề đặt

ra là làm thế nào để các nhà cung cấp 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 tài nguyên băng rộng luôn được đặt lên hàng đầu Trước

kia, cáp đồng đã được lựa chọn sử dụng chủ yếu cho hệ thống mạng truy nhập

Tuy nhiên với những hạn chế như băng thông nhỏ, khả năng chống nhiễu kém,

suy hao lớn, phạm vi truyền ngắn, cáp đồng đã tỏ ra không còn phù hợp với nhu

cầu sử dụng mạng khi mà ngày nay càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời

như tripleplay, IPTV, VoD, VoIP… và đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của

Internet Vấn đề đặt ra là làm thế nào để truyền tải được nhiều loại dữ liệu trong

khi băng thông là có hạn Với những vấn đề đó, việc đưa cáp quang vào sử dụng

trong mạng truy nhập là một giải pháp hữu hiệu, và công nghệ PON (Passive

Opical Netword: Mạng truy nhập quang thụ động) ra đời đã mở ra một tiềm

năng lớn cho việc triển khai các dịch vụ băng rộng và thay thế dần các hệ thống

mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp, chất lượng thấp Trong các chuẩn

PON thì hiện nay EPON (Ethernet - Pon: Mạng quang thụ động chuẩn Ethernet)

đã được lựa chọn sử dụng nhiều nhất để thay thế cho các mạng truy nhập của

nhiều nước trên thế giới Với những đặc điểm kỹ thuật công nghệ mềm dẻo hỗ

trợ nhiều lựa chọn cho tốc độ truy nhập, EPON đang ngày càng khẳng định là

công nghệ của mạng truy nhập thế hệ mới

Trong đồ án này, em đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc của công nghệ

E-PON và khả năng triển khai tại Việt Nam Đồ án gồm 4 chương Chương 1 trình

bày khái quát chung về mạng truy nhập quang, các công nghệ sử dụng mạng

truy nhập và hướng phát triển của mạng truy nhập quang Chương 2 đi sâu vào

trúc phân lớp, giới thiệu tổng quan về kỹ thuật Ethernet, kiến trúc mô hình

mạng, từ đó cho thấy thế mạnh công nghệ này trong mạng truy nhập quang thụ

động và công nghệ EPON Chương 4 khả năng triển khai mạng E-PON vào hệ

thống mạng truyền tải Việt Nam

Hà Nội, ngày 14 tháng 3 năm 2013

sinh viên

Quách Văn Hiếu

LỜI MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 4

TỔNG HỢP DANH MỤC HÌNH VẼ 6

TỔNG HỢP DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 11

1.1 Giới thiệu chung 11

1.1.1 Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông 11

1.1.2 Mạng truy nhập cáp đồng 11

1.1.3 Mạng truy nhập cáp quang 13

1.2 Mạng truy nhập quang FTTx 14

1.2.1 Giới thiệu 14

1.2.2 Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU 14

1.2.3 Phân loại mạng FTTx theo cấu hình 15

1.3 Các công nghệ cung cấp kết nối mạng quang FTTx 16

1.3 1 Mạng quang chủ động AON 16

1.3.2 Mạng quang thụ động PON 18

Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là: 20

1.3.3 So sánh mạng PON và AON 21

1.4 Kết luận 21

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON 22

2.1 Kiến trúc mạng PON 22

2.2 Mô hình mạng PON 22

2.3 Các thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 25

2.3.1 Sợi quang, cáp quang 25

2.3.2 Bộ tách, ghép quang 25

2.3.3 Các đầu cuối mạng PON 25

2.4 Các công nghệ của PON 26

2.4.1 APON/BPON 26

2.4.2 EPON/GEPON 27

2.4.3 GPON 28

2.4.4 WDM- PON 29

2.4.5 CDMA-PON 30

2.4.6 So sánh các chuẩn công nghệ của TDMA-PON 31

2.5 Kết luận chương 34

3.1 Tổng quan về công nghệ Ethernet 35

3.1.1 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 36

3.1.2 Các phần tử mạng Ethernet 37

3.1.3 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu ISO 38

3.1.4 Lớp con Mac Ethernet 40

3.1.5 Lớp vật lý Ethernet 42

3.1.6 Ethernet và mô hình OSI 43

3.2 Mạng truy nhập quang thụ động ETHERNET-PON 45

3.2.1 Mạng truy nhập quang thụ động EPON 45

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 46

3.2.3 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP 48

3.2.4 EPON với kiến trúc 802 53

3.3 Trễ và các phương pháp phân phối băng thông trong EPON 57

3.3.1 Mô hình mô phỏng của mạng truy nhập EPON 57

3.3.2 Thuật toán InterleAved Polling 60

3.3.3 Kế hoạch phân bổ băng thông 64

3.3.4 Các thành phần của trễ gói 66

3.3.5 Sự cấp phát băng thông 67

3.3.6 SLA aware P- DBA 70

3.3.7 SLA aware Adaptive DBA 72

3.4 Kết luận chương 74

CHƯƠNG IV: KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM 75

4.1 Tình hình triển khai mạng truy nhập quang Việt Nam 75

4.2 Áp dụng triển khai thực tế tại Việt Nam 76

4.2.1 Nhu cầu sử dụng internet băng rộng tại Việt Nam 77

4.2.1 Nhu cầu sử dụng IPTV của mạng VNPT tại Việt Nam 79

4.2.2 Dịch vụ VoIP tại Việt Nam 80

4.3 Kết luận 83

KẾT LUẬN CHUNG 84

LỜI CẢM ƠN 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Hình 1.1 Vị trí mạng truy nhâp trong mạng viễn thông 11

Hình 1.2 Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU 14

Hình 1.3 Kiến trúc mạng quang chủ động 18

Hình 1.4 Kiến trúc mạng quang thụ động 20

Hình 2.1 Mô hình kiến trúc mạng quang thụ động PON 22

Hình 2.2 Mô hình cây 23

Hình 2.3 Mô hình dạng bus 23

Hình 2.4 Mô hình dạng vòng 24

Hình 3.1 Mô hình kết nối điểm – điểm 36

Hình 3.2 Mô hình kết nối bus đồng trục 37

Hình 3.3 Mô hình kết nối sao 37

Hình 3.4 Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI 38

Hình 3.5 Lớp vật lý và lớp Mac tương thích với các yêu cầu cho truyền 39

Hình 3.6 Dạng khung dữ liệu cơ bản Ethernet 41

Hình 3.7 Mô hình tham chiếu lớp vật lý Ethernet 44

Hình 3.8 Lưu lượng hướng xuống trong EPON 47

Hình 3.9 Lưu lượng hướng lên trong EPON 47

Hình 3.10 Thời gian Round – trip 50

Hình 3.11.Giao thức MPCP- hoạt động của bản tin Gate 51

Hình 3.12 Giao thức MPCP – hoạt động của bản tin Report 52

Hình 3.13 Trường link IP được nhúng trong mào đầu 54

Hình 3.14.a Hướng xuống trong PtPE 55

Hình 3.14.b Hướng lên trong PtPE 55

Hình 3.15 Cầu giữa các ONU trong PtPE 56

Hình 3.16.a Hướng truyền xuống trong SME 56

Hình 3.16.b Hướng truyền lên trong SME 57

Hình 3.18 Sự phát triển lưu lượng trong ONU 60

Hình 3.19 Các bước của thuật toán Interleaved Plolling 62

Hình 3.20 Các thành phần của trễ gói 66

Hình 4.1 Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom) 78

Bảng 2.1: So sánh các chuẩn công nghệ của TDMA-PON 31

Bảng 4.1: Nhu cầu băng thông của một số loại hình dịch vụ 77

ATM Asynchronous Tranfer Mode

Chế độ truyền tải không đồng bộ

BPON

Broadband Passive Optical Network

Mạng quang thụ động băng rộng

CDMA Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

DBA Dynamic Bandwidth Alocation

Cấp phát băng thông động

EPON Ethernet PON

Mang quang thụ động chuẩn Ethernet

FSAN Full Service Access Network

Mạng truy cập dịch vụ đầy đủ

FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà

FTTE Fiber To The Exchange Cáp quang đến tận tổng đài

FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến tận nhà

FTTN Fiber To The Node

Cáp quang đến các node

FTTO Fiber To The Office Cáp quang đến văn phòng

FTTU Fiber To The User

Cáp quang đến tận người dùng

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình Internet

ID Indentify Destination Chỉ định địa chỉ đích

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN

Integrated Services DigitaNetwork

Mạng dịch vụ số tích hợp

ITU International Telecommunication

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập

ODN Optical Distribution Network

Mạng phân phối mạng quang

OLT Optical Line Terminal

Thiết bị đầu cuối đường dây quang

ONT Optical Network Terminal Thiết bị đầu cuối mạng

ONU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PON Passive ptical Network Mạng quang thụ động

UNI User Network Interface

Giao diện người sử dụng

- mạng

VOD Video On Demand Video theo yêu cầu

WDM Wave Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông

Mạng viễn thông gồm hai phần cấu thành chính: phần mạng lõi và

phần mạng truy nhập

PSTN ISDN DDN NGN

…

POTS V.90.92 ISDN xDSL

….

MẠNG TRUY NHẬP

SNI-NÚT GIAO DIỆN CÁC DỊCH VỤ

UNI-GIAO DIỆN NGƯỜI SỬ DỤNG MẠNG

Q3

Server

Hình 1.1 Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông

Mạng truy nhập nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểm

cung cấp dịch vụ của mạng để truyền tải các dịch vụ sẵn có từ điểm cung cấp

dịch vụ đến người sử dụng

Mạng lõi bao gồm hệ thống tổng đài, điểm cung cấp dịch và các hệ

thống chuyển tiếp, trung gian cùng hệ thống truyền dẫn liên đài, nhằm cung

cấp các dịch vụ cho người dùng thông qua các điểm dịch vụ.[5]

1.1.2 Mạng truy nhập cáp đồng

Hiện nay, các tổng đài quốc tế và tổng đài liên tỉnh đều đã được nâng

cấp, các tổng đài nội hạt được số hóa 100%, trung kế nội tỉnh tới các tổng đài

vệ tinh hầu như đã sử dụng 100% cáp quang Chỉ còn phần truyền tín hiệu tới

thuê bao vẫn dùng đôi cáp đồng truyền thống Mạng truy nhập cáp đồng hiện

nay được sử dụng rộng dãi trong mạng trong mạng truy nhập thuê bao tại rất

nhiều quốc gia Đây là phương thức truyền dẫn đầu tiên từ khi mạng điện

thoại ra đời và cho đến nay nó không ngừng hoàn thiện và phát triển Cáp

đồng đôi dây xoắn thường có kích thước 0,4 - 0,6 mm, được bọc cách điện và

xoắn lại với nhau thành từng cụm vài trục đến vài trăm đôi Hệ thống mạng

đồng có ưu điểm:

 Kế thừa được sự có sẵn của mạng truyền thống

 Đảm bảo tính linh hoạt, có thể chia nhỏ tới từng thuê bao phức tạp

 Cáp đồng thường có độ bền cơ lý cao

Bên cạnh những ưu điểm đó hệ thống này đang dần bộc lộ những hạn

chế của nó trong khi nhu cầu về da dạng dịch vụ ngày càng lớn đó là:

 Phần mạng giao tiếp trực tiếp với khách hàng hiện nay là cáp đồng

nội hạt, không đáp ứng được nhu cầu phát triển trong tương lại vì

dải tần của đôi dây cáp đồng chỉ đáp ứng được các dịch vụ thoại

truyền thống và số liệu tốc độ chậm

 Bán kính vùng phục vụ của tổng đài bị hạn chế do khả năng truyền

tín hiệu của cáp đồng, ở các thành phố lớn, vì lý do an toàn dung

lượng tổng đài không thể quá lớn, điều này tạo ra một nhu cầu lớn

về số lượng các tổng đài do đó khai thác khó hiệu quả, còn ở những

cấp dưới của mạng do dung lượng thuê bao không cao, dung lượng

tổng đài hay nút chuyển mạch thường hạn chế khoảng vài trăm đến

vài nghìn thuê bao, số điểm cần phục vụ lại nhiều, điều này cũng tạo

lên số lượng lớn các tổng đài độc lập, việc kết nối các tổng đài độc

lập này cũng làm tăng số cấp thuê bao của mạng

 Việc khai thác và quản lý kém hiệu quả do có nhiều loại thiết bị của

nhà cung cấp khác nhau trên mạng lưới, mỗi nhà cung cấp khác

nhau trên mạng lưới lại có những đặc điểm riêng dẫn đến khó quản

lý, đỏi hỏi phải xây dựng các tổng đài độc lập để đáp ứng những nhu

cầu phát triển.[6] [7]

1.1.3 Mạng truy nhập cáp quang

Mạng truy nhập cáp quang có động lực phát triển từ việc triển khai cáp

quang vào mạng truy nhập thuê bao Mạng này có thể phân phối đến khách

hàng bất kỳ loại hình liên lạc, thông tin giải trí nào dựa trên các dịch vụ thoại,

dữ liệu, video … Mạng truy nhập có các ưu điểm sau:

 Cho phép đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về dịch

vụ mới cả loại hình dịch vụ lẫn dải thông (VOD, CATV, các dịch vụ

multimedia, kết nối LAN, WAN… )

 Mạng truy nhập cho phép sử dụng cơ sở hạ tầng mạng có hiệu quả

cao hơn, việc phát triển các dịch vụ mới cũng trở lên dễ dàng hơn

bằng các thêm các loại card mới và phát triển các phần mềm tương

ứng

 Mạng truy nhập cho phép triển khai các dịch vụ một cách nhanh

chóng, tạo ra khả năng tích hợp các dịch vụ và giảm đáng kể các chi

phí quản lý và bảo dưỡng so với mạng cáp đồng hiện tại do đó mang

lại kinh tế cao

 Về mạng tối ưu cấu trúc mạng viễn thông, giảm số lượng nút

chuyển mạch trong mạng, tăng bán kính phục vụ của tổng đài nội

hạt Với mạng truy nhập, mạng nội hạt hiện tại sẽ có số lượng tổng

ít hơn nhưng dung lượng mỗi nút cao hơn so với mạng hiện tại

 Về quản lý mạng: mạng truy nhập có một hệ thống quản lý giúp

mạng hoạt động ổn định linh hoạt với các khả năng chuẩn đoán,

khắc phục và sửa lỗi tốt

1.2 Mạng truy nhập quang FTTx

1.2.1 Giới thiệu

Với sự bùng nổ về nhu cầu băng thông hiện nay, việc triển khai một hệ

thống mạng truy nhập quang đến từng hộ gia đình là một xu thế tất yếu Đó

chính là mạng FTTH – Fiber to the home (cáp quang đến tận nhà)

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

Ở đây, “x” được hiểu là một ký hiệu đại diện cho các loại hình mạng khác

nhau như FTTH, FTTC, FTTB, FTTN Do đó nó có thể thay thế cơ sở hạ

tầng cáp đồng hiện tại như dây điện thoại, cáp đồng trục Đây là một kiến trúc

mạng tương đối mới và đang phát triển nhanh chóng bằng cách cung cấp

băng thông lớn hơn cho người dùng Hiện nay, công nghệ cáp quang có thể

cung cấp đường truyền lên tới tốc độ 100 Mbps

1.2.2 Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU

XNT ATM

Office

FTTCab FTTC FTTH/B

Optical Fibel Capper

ADSL (<6Km)

<26Mbit/s Optical Fibel

<8Mbit/s ADSL,VDSL (<1Km)

VDSL(<300M)

<52 Mbit/s

Hình 1.2 Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU

Một cách tổng quan ta có thể nhìn thất 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 vị trí đặt ONU đến

thuê bao Nếu từ OLU đến ONU (thiết bị đầu cuối người dùng) hoàn toàn là

cáp quang thì người ta gợi FTTH/FTTB

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

 FTTB (Fiber To The Buiding): giống như FTTH nhưng ở đây kéo

đến các tòa nhà cao tầng

 FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư Lúc

đó từ ONU đến thuê bao có thể sử dụng cáp đồng Trong mô hình

này, thiết bị đầu cuối phía người sử dụng được bố trí trong các ca

bin trên đường phố, dây nối tới các thuê bao vẫn là cáp đồng FTTC

cho phép san xẻ giá thành của một ONU cho một thuê bao do đó nó

có thể hạ thấp được giá thành lắp đặt ban đầu

Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To The Exchange),

FTTN (Fiber To The Node)…

1.2.3 Phân loại mạng FTTx theo cấu hình

Cấu hình Pointto Point: là kết nối điểm - điểm, có một kết nối thẳng từ

nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng Trong hệ thống đường quang trực tiếp

mỗi sợi quang sẽ kết nối tới chỉ một khác hàng Vì sợi quag là sừ dụng riêng

rẽ nên cấu hình mạng tương đối đơn giản đồng thời do băng thông không chia

sẻ, tốc độ đường truyền có thể lên rất cao Quá trình truyền dẫn trên cấu trúc

cũng rất an toàn do toàn bộ quá trình truyền chỉ trên một đường dây vật lý, chỉ

có các đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với các khách hàng khác

Tuy nhiên cấu trúc này có một nhược điểm cơ bản mà khó có thể phát triển

cho quy mô rộng đó là giá thành đầu tư cho một khách hàng rất cao, hệ thống

sẽ trở lên rất cồng kềnh, khó khăn trong việc vận hành và bảo dưỡng khi số

lượng khác hàng tăng lên

Cấu hình Point to Multipoint: kết nối điểm – đa điểm, một kết nối từ

nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua bộ chia spitter Trong

hệ thống này mỗi đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được chia sẻ sử

dụng chung cho một số khách hàng Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm

khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽ

được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng

Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường quang riêng biệt đi đến từng khách

hàng Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ

thống khi phát triển khỏi cồng kềnh

So sánh hai cấu hình:

Hai cấu hình mạng Point to Point và cấu hình mạng Point to

Multipoints có nhưng ưu nhược điểm riêng và áp dụng cho người sử dụng

khác nhau nhưng cấu hình Point to Multipoints có nhưng ưu điểm vượt trội để

áp dụng vào triển khai mạng thực tế Đó là giảm chi phí lắp đặt đường truyền

đến thuê bao, giảm các thiết bị, tận dụng tối đa dung lượng đường truyền Cấu

hình Point to Multipoint là cấu hình rất phù hợp với hệ thống mạng truy nhập

cáp quang

1.3 Các công nghệ cung cấp kết nối mạng quang FTTx

1.3 1 Mạng quang chủ động AON

Để phân phối tín hiệu, mạng quang chủ động sử dụng các thiết bị cần

nguồn điện nuôi để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc

mulitiplexer Dữ liệu 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 hệ thống mạng quang chủ động được gọi là

Ethernet chủ động, Ethernet chủ động sử dụng các chuyển mạch Ethernet

quang để phân phối tín hiệu, do đó sẽ kết nối các căn hộ khách hàng với nhà

cung cấp thành một hệ thống mạng Ethernet khổng lồ giống như một mạng

máy tính thông thường ngoại trừ mụch đích của chúng là kết nối các căn hộ

và các tòa nhà với các nhà cung cấp dịch vụ Mỗi tủ chuyển mạch có thể quản

lý tới 1.000 khác hàng, thông thường là 400 - 500 khách hàng Các thiết bị

chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp

3

Một nhược điểm lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị

chuyển mạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải

chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục

chuyển ngược lại để truyền đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa

có thể trong hệ thống FTTx Ngoài ra do đây là những thiết bị chuyển mạch

tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tư lớn, không phù hợp với việc

triển khai đại trà trong mạng truy nhập

Hình 1.3 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

hình cây cách trung tâm điều khiển từ xa tới 20 km sẽ được cấp một đường

dây quang riêng đủ để đáp ứng cho băng thông 2 chiều Cấu trúc mạng này

tương tự như cấu trúc của mạng cáp đồng hiện tại và vẫn dễ dàng cho các nhà

cung cấp dịch vụ đã có sẵn cơ sở hạ tầng Mạng quang chủ động được hỗ trợ

các chuẩn Ethernet quang và cấu trúc 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 thống viễn thông là các thiết bị đầu cuối thay đổi

rất nhanh chóng nhưng nhưng cơ sở hạ tầng mạng thì phải tồn tại từ 15 đến 20

năm Do đó lựa trọn giải pháp nào là điều rất quan trọng đối với các nhà cung

cấp dịch vụ cũng như những kỹ sư thiết kế hệ thống mạng

ONT ONT ONT ONT

A B C

D V

V

V D V

V V

D V

Up To 70 km Up To 20 km

Routed to 500 ONTs

A B

C

C

A B

Hình 1.3 Kiến trúc mạng quang chủ động

1.3.2 Mạng quang thụ động PON

Mạng quang thụ động 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

Như vậy với khái niệm này, mạng PON sẽ không chứa bất kỳ một phần

tử tích cực nào mà cần 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… 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 bảo

dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực

Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn ưu

điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng

có từ trước PON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU

theo yêu cầu của các dịch vụ, trong khi việc thiết lập trong mạng tích cực khá

phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng và trong mỗi nút mạng đều cần

có các bộ phát lại

PON có thể hoạt động với chế độ không đối xứng Chẳng hạn, một

mạng PON có thể truyền dẫn theo luồng 622Mbits ở đường xuống và truy

nhập theo luồng 155Mbits ở đường lên Một mạng đối xứng như vậy sẽ giúp

cho cho phí của các ONU giảm đi rất nhiều, do chỉ phải sử dụng các bộ thu

phát giá thành thấp hơn

Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter

quang, ONU/ONT OLT là thiết bị đầu cuối đường truyền quang, có nhiệm

vụ kết nối tất cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp

quang Tín hiệu từ OLT sẽ đến các splitter quang Splitter quang được sử

dụng để phân chia băng thông từ một sợi duy nhất đến người sử dụng ( n là

hệ số chia của splitter, n có thể là 8, 16, 32, 64 hoặc 128) trên một khoảng

cách tối đa là 20 km Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người sử dụng

cần có các ONU/ONT Các thiết bị này có nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu

điện thành tín hiệu quang

B V

C V

D V Split to 32

ONTs

Split to 32 ONTs

Hình 1.4 Kiến trúc mạng quang thụ động

Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:

 OLT (Optical Line Terminal): đây là thiết bị kết cuối kênh quang

đặt tại Center Office Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ

thống FTTH, cung cấp các dao diện truy nhập PON cho thiết bị

ONU phía người sử dụng và các giao 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 hiệu truyền hình, tín hiệu thoại được sử

dụng tại thuê bao

 ONT (Optical Network Terminal): Đây là thiết bị đầu cuối phía

người sử dụng, là điểm cuối cùng của ODN

 OND (Optical Network Distribution): Hệ thống phân phối cáp

quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT Cụ thể, hệ thống phân phối

quang OND lại bao gồm các thành phần sau đây:

 Măng xông quang

 Dây nhảy quang

 Hộp phối quang ODF

 Splitter (bộ chia, ghépquang)

1.3.3 So sánh mạng PON và AON

Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật

PON và AON Tuynhiên, có một ưu điểm nổi bật của PON so với AON đó là

sử dụng các thiết bị chia quang thu động Spitter, chia các tín hiệu đến từng

thuê bao, tín hiệu đều là tín hiệu quang đến tận khách hàng sử dụng dịch vụ

Đối với AON thì sử dụng thì các thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển

tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển

ngược lại rồi chuyền đi điều này sẽ giảm tốc độ truyền dẫn đi, sẽ làm giảm tốc

độ truyền dẫn trong hệ thống FTTx, ngoài ra thiết bị này có chi phí lớn không

thuận tiện cho việc triển khai đại trà cho mạng truy nhập vì vậy PON được sử

dụng rộng rãi cho mạng truy nhâp

1.4 Kết luận

Chương I cho chúng ta cái nhìn tổng quan về mạng truy nhập, vị trí

mạng truy nhập trong mạng viễn thông, tổng quan về mạng quang FTTx,

giới thiệu công nghệ mạng quang truy nhập AON, PON Từ đó so sánh và nêu

lên ưu nhược điểm của hai công nghệ, lựa chọn công nghệ phù hợp cho mạng

truy nhập quang tại Việt Nam

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON

2.1 Kiến trúc mạng PON

Mạng quang thụ động PON sử dụng phần tử chia quang thụ động trong

mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền quang (OLT) và thiết bị kết

cuối mạng quang (ONU).[1] [5]

Mạng

quang

Mạng

vô tuyến

Mạng IP Mạng ATM

Hệ thống quản lý

EMS

HỆ THỐNG OLT

ONU ONU

ONU ONU

ONU

ONU

PON

Sợi cung cấp

Bộ tách, ghép

Sợ i p

hâ n bố

Thoại và

dữ liệu

Thoại dữ liệu và video

Thoại video và

dữ liệu

Thoại video

và dữ liệu Công ty

thương mại

Hình 2.1 Mô hình kiến trúc mạng quang thụ động PON

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang

(hay còn gọi là mạng quang ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các

bộ tách ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử

tích cực như OLT và ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON Tín hiệu

trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được

kết hợp lại và truyền đi trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ

thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hay xuống của PON

2.2 Mô hình mạng PON

Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây,

vòng hoặc bus Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong

bất kỳ mô hình nào nhờ sử dụng một tapcoupler quang 1: 2 và bộ tách quang

1: N

 Mô hình cây:

OLT

ONU ONU ONU

Hình 2.3 Mô hình dạng bus

Trong cấu hình này, một cáp chạy dọc, gọi là cáp đường trục liên kết

các nút mạng, đây là cấu hình liên kết đa điểm (áp dụng cho mạng LAN)

Ưu điểm:

 Thiết lập mạng đơn giản

 Ít cáp nối hơn so với các cấu hình mạng khác

Nhược điểm:

 Liên kết mạng bị phá vỡ khi cáp đường trục bị lỗi

 Xung đột dữ liệu xảy ra trên cáp đường trục khi có 2 liên kết thực hiện đồng thời, dẫn đến giới hạn khả năng truyền tải dữ liệu trong mạng

Hình 2.4 Mô hình dạng vòng

Trong mô hình này thực hiện liên kết điểm nối điểm với hai nút kế cận

trong mạng, dữ liệu trong mạng sẽ chạy dọc theo vòng liên kết cho tới khi tới

2.3 Các thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

2.3.1 Sợi quang, cáp quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng, nó tạo sự kết nối

giữa các thiết bị Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc Tuy

nhiên sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao

mà không cần quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20km

và tán sắc thì ảnh hưởng không đáng kể Do đó, người ta sử dụng sợi quang

có suy hao nhỏ, chủ yếu sử dụng loại sợi single mode

Các loại cáp quang sử dụng trong mạng PON:

 Cáp gốc (cáp phân bổ từ OLT đến splitter): thường là loose-tube –

loại cáp này thì được khuyến nghị ứng dụng ở hầu hết mạng PON

 Cáp phối (cáp phân bổ từ splitter đến dây drop): có thể sử dụng cáp

loose-tube hoặc ribbon

 Dây drop (kéo đến nhà thuê bao)

2.3.2 Bộ tách, ghép quang

Thiết bị chia, ghép sử dụng trong PON là các thiết bị tách, ghép quang

thụ động (Slitter), thực hiện chia, ghép tín hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ

đến khách hàng và ngược lại để tận dụng hiệu quả sợi quang Thành phần

được nhắc chủ yếu trong mạng PON là bộ chia, dùng để chia công suất quang

từ một sợi ra nhiều sợi khác nhau Từ OLT đến ONU, ONT có thể sử dụng

nhiều loại bộ chia có tỉ lệ khác nhau như 1: 2, 1: 4, 1: 8, 1: 16, 1: 32, 1: 64,1:

128 Sử dụng bộ chia có tỉ lệ lớn khác như 1: 32 hay 1: 64 hay có thể sử dụng

bộ chia nhiều lớp với lớp thứ nhất sử dụng bộ chia 1: 2 và lớp thứ hai sử dụng

hai bộ chia 1: 4 Tỉ lệ bộ chia càng cao thì suy hao bộ chia càng lớn, đối với

bộ chia 1: 2 thì có suy hao bộ chia nhỏ nhất là 3dB

2.3.3 Các đầu cuối mạng PON

OLT (Optical Line Terminal – thiết bị đường truyền quang): là thiết bị

đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất cả các loại dịch vụ lại và

truyền thông qua cáp quang, cáp quang từ OLT sẽ trải dài và kết nối tới mỗi

ONT OLT bao gồm các chức năng chính:

 Chức năng kết nối chéo

 Chức năng giao diện cổng dịch vụ

 Chức năng giao diện mạng phân phối quang OND

ONU, ONT: ONU và ONT về cơ bản là các thiết bị có chức năng như

nhau, đều làm nhiệm vụ biến đổi quang thành tín hiệu điện Tuy nhiên sự

khác nhau của hai loại thiết bị kết cuối này là: ONT được đặt ngay tại nhà

thuê bao, cần phải được cấp nguồn và không hỗ trợ dịch vụ IPTV Còn ONU

thì được đặt bên ngoài nhà thuê bao, không cần cấp nguồn, thường có số

lượng cổng giao tiếp lớn và có hỗ trợ dịch vụ IPTV

2.4 Các công nghệ của PON

Các công nghê PON có thể chia theo các chuẩn mạng PON thành 2

nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn theo phương thức truy nhập TDMA như là

APON, BPON, EPON, GPON, GEPON; nhóm thứ 2 bao gồm chuẩn theo các

phương thức truy nhập khác như WDM-PON và CDMA-PON.[4]

2.4.1 APON/BPON

APON (ATM Passive Optical Network) là chuẩn mạng PON đầu tiên,

dựa trên công nghệ ATM, được quy định trong chuẩn G.983 của ITU-T

BPON (Broadband PON): Là chuẩn phát triển dựa trên APON và được chuẩn

hóa trong chuỗi khuyến nghị G.938 của ITU-T Các khuyến nghị này đưa ra

các tiêu chuẩn về các khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ

khung của luồng dữ liệu hướng lên và hướng xuống, giao thức truy nhập

hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếp quản lý và điều khiển

ONT Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và

622 Mbps hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps Các hệ thống BPON

đã được sử dụng ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần

Châu Âu

2.4.2 EPON/GEPON

EPON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3 Trong EPON dữ liệu hướng

xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung EPON có cấu

trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ

mào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khung được thay đổi để

mang trường nhận dạng kênh logic (LLID – Link logic ID) nhằm xác

định duy nhất một ONU MAC Trong hướng lên, các ONU phát các khung

Ethernet trong các khe thời gian đã được phân bổ ONU sử dụng giao thức

điều khiển đa điểm PDU (MPCPDU – Multi Point Control Protocol Data

Unit) để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi 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 hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông hay không Các ONU cũng có

thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát trong hướng lên Ngoài ra, giao

thức DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON để thực hiện cơ chế điều

khiển phân bổ băng thông Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với

hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu trúc của EPON, các khe thời

gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON OLT và

các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns

Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ

đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới

1Gbits

GEPON là một chuẩn của IEEE-EFM cho việc sử dụng giao thức

Ethernet để truyền dữ liệu Nó là EPON nhưng tốc độ đạt ở mức Gigabit

Một hệ thống GEPON với tỷ lệ chia là 32 có thể cung cấp một băng

thông đối xứng là trên 30 Mbps cho mỗi khách hàng Băng thông này là đủ

để cung cấp các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn như các ứng dụng video

cũng như các ứng dụng thoại và data Thậm chí với đồng thời 3 luồng video

nộ nét cao với dung lượng mỗi luồng 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 64k trên một kênh thoại trong khi

truy nhập Internet tốc độ cao thường giới hạn ở các mức 512kbps, 1Mbps,

2Mbps, 4Mbps Băng thông tổng cộng cho cả 3 dịch vụ chỉ khoảng 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

băng thông tối đa lên tới 10GB và tỉ lệ chia sẻ trên một sợi quang là 1: 64

2.4.3 GPON

GPON được xây dựng dựa trên APON và BPON Mặc dù GPON

hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi

tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi

là phương thức đóng gói GPON (G-PON Encapsulation Method - GEM)

GEM là phương thức dựa trên thủ 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 liệu Ethernet 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 lên Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào

đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM hoặc các tế bào ATM

PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONT

gửi dữ liệu trong khung hướng lên 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 tự trong 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 đi kèm với các nhóm

hướng lên khi có yêu cầu từ OLT OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ

liệu hướng lên từ cho mỗi ONT

Được ITU-T đã chuẩn hóa trong một loạt các khuyến nghị G.984.1,

G.984.2, G.984.3 và G.984.4 Hiệu suất và tốc độ đường truyền: GPON hỗ trợ

tốc độ bít cao nhất từ trước tới nay với tốc độ hướng xuống, hướng lên tương

ứng lên tới 2,5-2,5 Gbits GPON cung cấp độ rộng băng lớn chưa từng có từ

trước tới nay và là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của mạng FTTx

Hiện nay cũng như trong tương lai GPON là công nghệ phù hợp cho

việc truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ truyền tiếng nói và video qua

PON bằng việc sử dụng giao thức SONET/SDH

2.4.4 WDM- PON

Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo

bước sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network

(WDM PON) là thế hệ kế tiếp của mạng truy nhập quang và cho băng thông

lớn nhất TDM PON (bao gồm BPON, GPON và GEPON) sử dụng các bộ

chia công suất quang thụ động, hướng xuống là quảng bá và ONU nhận dữ

liệu của mình thông qua nhãn địa chỉ nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh

trong miền thời gian WDM PON sử dụng các bộ ghép sóng WDM thụ động,

hướng xuống mỗi ONU nhận dữ liệu trên một bước sóng, hướng lên các bước

sóng khác nhau được ghép thông qua bộ ghép sóng WDM tới ONU Do sử

dụng một bước sóng cho mỗi ONU nên WDM PON có tính bảo mật và tính

mềm dẻo tốt hơn Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp

các dịch vụ dữ liệu theo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000

Base Ethernet…) tùy theo yêu cầu về băng thông của khách hàng Tuy

nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON là chi phí khá lớn cho các linh kiện

quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau WDM-PON cũng

được triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng

thông truyền tin, và nó sẽ là sự lựa chọn của tương lai, là bước phát triển kế

tiếp cho các công nghệ mạng truy nhập quang PON

2.4.5 CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển

khai trong các ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON

cho phép mỗi ONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương

ứng với các nhu cầu của khách hàng CDMA PON cũng có thể kết hợp với

WDM để tăng dung lượng băng thông CDMA PON truyền tải các tín

hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trải trên cùng một kênh

thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa và nhận dạng

thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong giải mã Phần

lớn công nghệ ứng dụng trong CDMA PON tuân theo phương thức trải phổ

chuỗi trực tiếp Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0, 1 (tương ứng với

mỗi tín hiệu) được mã hóa thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ cao hơn

Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho kí tự của nó Để khôi

phục lại dữ liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ

lọc nhiễu xạ để tách lấy tín hiệu của mỗi ONU Ưu điểm chính của CDMA

PON là cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tính năng bảo mật nổi trội

so các chuẩn PON khác Tuy nhiên, một trở ngại lớn trong CDMA-PON là

các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế sao cho đảm bảo tương

ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N) Với hệ thống CDMA-PON không có

bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các bộ chia,

bộ xoay vòng, các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8

Trong khi đó với bộ khuyếch đại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặc cao

hơn Bên cạnh đó các bộ thu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và

giá thành tương đối cao Chính vì những nhược điểm này nên hiện tại

CDMA-PON chưa được phát triển rộng rãi

2.4.6 So sánh các chuẩn công nghệ của TDMA-PON

Bảng 2.1: So sánh các chuẩn công nghệ của TDMA-PON

Tổ chức chuẩn

hóa

FSAN và ITU- T SG15 (G.983 eries)

FSAN và ITU- T SG15 (G.984 series)

IEEE 802.3 (802.3ah)

Tốc độ dữ liệu

155.52 Mbit/s hướng lên 155.52 hoặc 22.8 Mbit/s hướng xuống

Lên tới 2.488 Gbit/s

cả hai hướng

1 Gbit/s cả hai hướng

Mã đường

truyền

Scrambled NRZ

Scrambled

Số lượng sợi

quang 1 hoặc 2 1 hoặc 2 1

Bước sóng

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm

xuống & 1310nm lên

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống

& 1310nm lên

1490nm xuống &

Sửa lỗi hướng

So sánh EPON và GPON

Phần trên đã nêu một cách tổng quan và khái quát nhất về PON, các

công nghệ sử dụng trong PON, mỗi công nghệ đều có những ưu điểm riêng để

áp dụng vào từng mạng cụ thể, nổi bật đó mà hai công nghệ EPON và GPON

Nhưng với những đặc điểm sau mà công nghệ EPON đã được lựa chọn hàng

đầu của các nhà mạng:

 EPON và GPON có thể được áp dụng trong các cách sử dụng khác

nhau, mỗi công nghệ đều có những lợi thế riêng của nó trong các

mạng truy nhập thuê bao, EPON tập chung vào các ứng dụng truy

cập internet tốc độ cao, VoID, IPTV, trong khi FTTH GPON tập

chung vào hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ mới và các dịch vụ truyền

thông hiện có như ATM và TDM

 EPON như là một công nghệ của FTTH, là một giải pháp lý tưởng

cho băng thông rộng Các thiết bị đầu cuối dây quang (OLT), đơn vị

mạng quang (ONU) và mạng lưới phân phối quang (ODN), trong đó

bao gồm một hệ thống PON, quyết định các chi phí triền khai

GPON và EPON Một ODN bao gồm cáp quang, tủ quang, splitter

Đối với một số người sử dụng, chi phí cho các sợi quang và loại tủ

EPON và GPON là tương tự nhau Các chipset của GPON rất đắt và

có ít nhà sản xuất cung cấp Các modum của GPON cũng đắt hơn so

với EPON, khi triển khai GPON, chi phí ước tính của một OLT

GPON gấp 1,5 đến 2 lần so với một OLT của EPON, và chi phí ước

tính của một ONT GPON sẽ là 1,2 đến 1,5 lần so với một ONT

EPON

 Châu á là thị trường lớn cho EPON, chiếm 80% thuê bao PON trên

toàn thế giới, tại Nhật Bản vào cuối năm 2006 có hơn 7 triệu thuê

bao FTTx, và dự kiến sẽ tăng lên hơn 17 triệu vào cuối năm 2010

Đến cuối năm 2006, triền khai EPON chiếm khoảng 80% thị trường

thế giới, 20% còn lại của thị trường FTTH dựa trên GPON, BPON

 EPON là giải pháp FTTH chiếm ưu thế ở Nhật Bản, Hàn Quốc và

các quốc gia khác của châu Á- Thái Bình Dương, đáp ứng cho các

dịch vụ như truy cập internet tốc độ cao, VoID IPTV… Ở các

nước khác, đặc biệt tại Mỹ, GPON là sự lựa chọn số một, và GPON

có thể tồn tại với các hệ thống PON truyền thống Điều này giải

thích tại sao EPON xuất hiện chiếm một thị phần lớn trên thị trường

Châu Á, nơi mà BPON không được sử dụng rộng rãi

2.5 Kết luận chương

Nội dung trên đã trình bày cho ta biết tổng quan về mạng truy nhập

quang thụ động PON Và cũng cho ta thấy cấu trúc cơ bản của nó Các chuẩn

của PON, so sánh giữa EPON và GPON từ đó thấy được ưu nhược điểm của

các công nghệ Chương tiếp theo sẽ trình bày một công nghệ được sử dụng

trong mạng PON, nhằm khai thác khả năng tốt nhất của mạng truy nhập

quang thụ động Đó là công nghệ Ethernet và được gọi là mạng truy nhập

quang thụ động Ethernet – EPON

CHƯƠNG III: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG

ETHERNET-PON

3.1 Tổng quan về công nghệ Ethernet

Ethernet là mạng cục bộ do ba công ty Xerox, Intel và Digital

equipment xây dựng và phát triển Ethernet là mạng thông dụng nhất đối với

các mạng nhỏ hiện nay (chiếm hơn 90% thị phần mạng hiện nay) Ethernet

LAN được xây dựng theo chuẩn 7 lớp trong cấu trúc mạng của mô hình tham

chiếu ISO, mạng truyền số liệu Ethernet cho phép đưa vào mạng các loại máy

tính khác nhau kể cả máy tính mini Ethernet có các đặc tính kỹ thuật chủ yếu

sau đây:

 Có cấu trúc dạng tuyến phân đoạn, đường truyền dùng cáp đồng

trục, tín hiệu truyền trên mạng được mã hoá theo kiểu đồng bộ

(Manchester), tốc độ truyền dữ liệu là 10 Mbs

 Chiều dài tối đa của một đoạn cáp tuyến là 500m, các đoạn tuyến

này có thể được kết nối lại bằng cách dùng các bộ chuyển tiếp và

khoảng cách lớn nhất cho phép giữa 2 nút là 2,8 km

Sử dụng tín hiệu bǎng tần cơ bản, truy xuất tuyến (bus access) hoặc

tuyến token (token bus), giao thức là CSMA/CD, dữ liệu chuyển đi trong các

gói Gói (packet) thông tin dùng trong mạng có độ dài từ 64 đến 1518 byte

Với việc ra đời Gigabit Ethernet, ban đầu như là một công nghệ LAN thì giờ

đây đã trở thành một chuẩn MAN và WAN.[3]

Thành công chủ yếu của Ethernet là do các yếu tố sau:

 Đơn giản và dễ dàng bảo trì

 Có khả năng phối hợp với các công nghệ khác

 Tin cậy

 Chi phí lắp đặt và nâng cấp thấp

Tất cả các chuẩn phát triển sau này về cơ bản đều tương thích với

chuẩn gốc Một frame của Ethernet xuất phát từ một NIC 10 Mbps cáp đồng

trục loại cũ trong một máy PC, đặt lên liên kết Ethernet quang tốc độ 10 Gbps

và kết thúc tại một NIC 100 Mbps Các gói trên một mạng Ethernet không bị

thay đổi

3.1.1 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet

Mạng LAN có nhiều mô hình kiến trúc khác nhau, nhưng bất chấp sự

rắc rối và kích cỡ của nó, tất cả đều kết hợp từ ba kiến trúc kết nối cơ bản:

Kiến trúc đơn giản nhất là kết nối điểm - điểm (hình 3.1) Chỉ 2 đơn vị

mạng được kết nối với nhau và kết nối này có thể là DTE với DTE, DTE với

DCE, DCE với DCE Dây cáp trong kết nối điểm điểm được gọi là network

link Chiều dài cho phép lớn nhất của cáp phụ thuộc vào kiểu cáp và phương

thức truyền được sử dụng

Link

Hình 3.1 Mô hình kết nối điểm – điểm

Mạng Ethernet cơ sở được thực hiện với kiến trúc bus cáp đồng trục

(hình 3.2) Chiều dài của Segment (đoạn) được giới hạn ở 500m và có thể kết

nối 100 trạm vào một Segment Từng Segment có thể kết nối với các trạm lặp,

miễn là nhiều đường không tồn tại giữa hai trạm bất kỳ trên mạng và số lượng

DTE không vượt quá giá trị qui định

Ethernet bus segment

Ethernet bus segment

Hình 3.2 Mô hình kết nối bus đồng trục

Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus

nhưng một vài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích

Từ đầu thập niên 90, cấu hình mạng được lựa chọn là mô hình kết nối

sao (hình 3.3) Đơn vị mạng trung tâm là bộ lặp đa cổng (còn gọi là Hub)

hoặc là một chuyển mạch mạng Tất cả kết nối trong mạng sao là kết nối điểm

điểm được thực hiện với cáp sợi quang

Hình 3.3 Mô hình kết nối sao

3.1.2 Các phần tử mạng Ethernet

Mạng LAN Ethernet bao gồm các node mạng và phương tiện liên kết

Các node mạng nằm trong hai lớp chính:

 DTE (Data Terminal Equipment): là thiết bị nguồn hay đích của

khung dữ liệu Các thiết bị DTE điển hình như PC, trạm làm việc,

file server hoặc print server như là một nhóm ở trạm đầu cuối

 DCE (Data Communication Equiment): là các thiết bị mạng trung

gian có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dữ liệu thông qua

mạng DCE có thể là các thiết bị Standalone như là bộ lặp, bộ

chuyển mạch hay các thiết bị giao tiếp truyền thông như là Card

giao tiếp

Các thiết bị mạng trung gian Standalone được xem như là một node

trung gian hoặc DCE Card giao tiếp mạng được xem như là một NIC

(Network Interface Card)

3.1.3 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu ISO

Với giao thức IEEE802, lớp liên kết dữ liệu trong OSI được chia thành

hai lớp con IEEE802: lớp con MAC (Media Access Control) và lớp con

MAC-Client Lớp vật lý IEEE802.3 tương đương với lớp vật lý OSI

Appcation Prosentatinon

Session Transport Network

Upper-layer Protocols

IEEE 802.3 Reference model

OSI reference mddel

Hình 3.4 Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI

Lớp con MAC-Client có thể là một trong các lớp con sau:

 Là lớp con LLC (Logical Link Control) nếu đầu cuối là một DTE

Lớp con này cung cấp giao tiếp giữa Ethernet MAC và lớp trên

trong ngăn giao thức của trạm đầu cuối Lớp con LLC được định

nghĩa trong chuẩn IEEE802.2

 Là thực thể cầu nối (Bridge Entity) nếu đầu cuối là DCE Thực tế

cầu nối cung cấp giao tiếp LAN to LAN giữa các mạng LAN sử

dụng cùng giao thức (ví dụ Ethernet to Ethernet) và cũng cung cấp

giữa các giao thức khác nhau (ví dụ Ethernet với Token Ring) Thực

thể cầu nối được định trong chuẩn IEEE802.1

Bởi vì đặc điểm kỹ thuật của LLC và thực thể cầu nối là chung cho tất

cả các giao thức LAN IEEE802, tính tương thích của mạng là cơ sở của các

giao thức mạng đặc biệt Hình 3.5 minh hoạ các yêu cầu tương thích khác

nhau được lợi dụng bởi lớp vật lý và lớp MAC trong truyền thông dữ liệu cơ

sỏ trên kết nối Ethernet

Media- Access(MAC) MDI MDI

MAC Client

Physical medium Independent layer 802.3 MAC

Media- Access(MAC) MDI MDI

MAC Client

Physical medium Independent layer 802.3 MAC

PHY

Link Link media Signal encoding, and Transmission rate Transmission rate

MII-medium independen interfacce MDI-medium independen interfacce-the link connecter

Hình 3.5 Lớp vật lý và lớp Mac tương thích với các yêu cầu cho truyền

thông dữ liệu cơ sở

Lớp MAC điều khiển sự truy nhập của một node đến phương tiện

truyền thông của mạng và đặc biệt là đến các giao thức riêng biệt Tất cả lớp

MAC phải có thiết lập cơ bản về các yêu cầu vật lý, bất chấp liệu có phải

chúng bao gồm một hay nhiều giao thức mở rộng được lựa chọn định nghĩa

Chỉ những nhu cầu cho truyền thông cơ sở (truyền thông không có nhu cầu

lựa chọn giao thức mở rộng) giữa hai node mạng thì cả hai lớp MAC phải hổ

trợ cùng tốc độ truyền

Lớp vật lý 802.3 qui định rõ tốc độ truyền dữ liệu, mã hoá tín hiệu, và

kiểu kết nối phương tiện giữa hai node Ví dụ, Gigabit Ethernet định nghĩa

hoạt động trên cáp xoắn đôi hoặc cáp sợi quang, nhưng tuỳ theo mỗi thủ tục

mã hoá tín hiệu hoặc từng kiểu cáp riêng biệt mà yêu cầu một sợi thi hành lớp

vật lý khác nhau

3.1.4 Lớp con Mac Ethernet

Lớp con MAC có hai chức năng chính:

 Đóng gói dữ liệu kể cả đóng khung trước khi truyền, phân tích và dò

lỗi trong suốt và sau khi nhận khung

 Điều khiển truy nhập phương tiện bao gồm khởi tạo một sự truyền

khung và phục hồi lại sự truyền bị hỏng

Dạng khung cơ bản của Ethernet:

Chuẩn 802.3 định nghĩa dạng khung dữ liệu cơ bản được yêu cầu cho

tất cả sự thi hành của MAC, cộng thêm một vài khuôn dạng để chọn bổ sung

mà được sử dụng để mở rộng giao thức Dạng khung dữ liệu cơ sở gồm có 7

trường: