ĐỀ CƯƠNG ôn tập môn CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG

+ Chế độ truyền tải: Chuỗi bit trong các khung ADSL có thể chia tối đa thành 7 kênhtải tin tại cùng một thời điểm.. - Theo cấu hình Point to Multi-Point: tại nhà cung cấp đặt một thiết b

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG

MỤC LỤC

TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP 2

1 Kiến trúc và đặc điểm công nghệ ADSL 2

2 Công nghệ FTTx: kiến trúc tổng quát và phân loại 3

MẠNG PON 4

3 Mô hình tham chiếu: chức năng các thành phần và hoạt động 4

4 Truyền dẫn trong TDM-PON: đặc điểm và nguyên lý hoạt động 5

5 OLT: sơ đồ khối, chức năng các thành phần và hoạt động 6

6 ONU/ONT: sơ đồ khối, chức năng các thành phần và hoạt động 7

7 Chế độ truyền dẫn kiểu burst: đặc điểm và hoạt động 8

GPON 10

8 Kiến trúc cơ bản 10

9 Cấu trúc khung và phương pháp đóng gói tin (GEM) trong GPON 10

EPON 14

11 Kiến trúc cơ bản 14

12 Cấu trúc khung EPON 14

13 MPCP: Quá trình khám phá, ranging và cấp phát băng thông 14

NG-PON1 14

14 Kiến trúc mạng 14

15 Đặc điểm lớp vật lý 14

NG-PON2 14

16 Kiến trúc mạng 14

17 Đặc điểm lớp vật lý 14

MẠNG HFC 15

18 Kiến trúc mạng và phổ tần 15

19 Các phần tử mạng DOCSIS 16

20 Đặc điểm lớp vật lý DOCSIS 17

THIẾT KẾ VÀ ĐO KIỂM MẠNG FTTX 18

21 Tiêu chuẩn thiết kế 18

22 Các phương pháp đo kiểm: đo công suất quang và OTDR 18

TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP

1 Kiến trúc và đặc điểm công nghệ ADSL

Khái niệm

ADSL là công nghệ đg dây thuê bao số bất đối xứng dựa trên nền mạng truyền thốngvới tốc độ đg lên cực đại là 1Mb/s và tốc độ luồng xuống lên tới 8Mb/s, có thể cungcấp đồng thời dịch vụ thoại hay ISDN

Đặc điểm

+ ADSL là truy nhập băng rộng, khá ổn định

+ Chất lượng phụ thuộc vào chất lượng đường truyền

+ Chi phí hệ thống cao

+ Truyền dẫn 2 chiều bất đối xứng: tốc độ đg lên và đg xuống chênh lệch rất lớn + Môi trường truyền dẫn là cáp đồng xoắn đôi

+ Tốc độ đg lên tối đa là 1Mb/s (16->640kb/s) và tốc độ đg xuống là 8Mb/s

+ Khoảng cách truyền dẫn đạt 5km và giảm đi khi tốc độ lên cao

+ Độ tin cậy cao

+ Có 3 kỹ thuật điều chế đc sử dụng trong CN ADSL, đó là QAM, CAP và DMT.Trong đó kỹ thuật điều chế đa tần rời rạc DMT chứng minh đc những ưu việt củamình và hiện nay đang đc sd rộng rãi DMT là kỹ thuật điều chế sóng mang, phânchia phổ tần ADSL (từ 26khz đến 1,1 Mhz) thành các băng tần con, mỗi băng tần con

có độ rộng bằng 1 băng tần thoại khoảng 4khz Trên mỗi băng tần con đc đchế QAM

1 cách độc lập Việc sd QAM nào trong mỗi kênh con phụ thuộc vào tỷ số SNR củakênh con đó ( SNR cao thì đchế QAM 256,…; SNR thấp thì đchế QAM 4,16,32….)+ Sử dụng 2 kỹ thuật truyền dẫn song công là ghép kênh phân chia theo tần số (FDD)

và song công có triệt tiếng vọng (EC) Với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số,dải tần lên đc tách biệt với dải tần xuống bởi một dải bảo vệ vì vậy tránh đc xuyên

âm Với kĩ thuật song công có triệt tiếng vọng, dải tần hướng lên nằm trong dải tầnhướng xuống nên cho hiệu suất băng tần cao hơn nhưng kỹ thuật này gây ra xuyên

âm, do đó nó đòi hỏi việc xử lý tín hiệu số phức tạp hơn

+ Chế độ truyền tải: Chuỗi bit trong các khung ADSL có thể chia tối đa thành 7 kênhtải tin tại cùng một thời điểm Các kênh này được chia thành 2 lớp chính: đơn hướng

và song hướng các kênh tải tin này là các kênh logic và chuỗi bit từ tất cả các kênhđược truyền đồng thời trên đường truyền ADSL mà không phải sử dụng băng tầnriêng Bất kỳ kênh tải nào cũng có thể đựơc lập trình để mang tốc độ là bội số của tốc

độ 32Kbps Đối với những tốc không phải là bội số của 32Kbps thì phải sử dụng đếncác bit phụ trong phần mào đầu của khung ADSL

2 Công nghệ FTTx: kiến trúc tổng quát và phân loại

Kiến trúc

- FTTC: Sợi quang tới vùng dân cư

- FTTO: sợi quang tới cơ quan

- FTTB: sợi quang tới tòa nhà

- FTTH: sợi quang tới tận nhà

Phân loại

- FTTx theo cấu trúc dạng Point to Point: Theo phương án kết nối này, từ nhàcung cấp sẽ dẫn một đường cáp quang tới tận nhà khách hàng, đường quang này sẽchuyển đổi ngược lại thành tín hiệu điện và cấp cho khách hàng Theo phương ánnày, thì số đơn vị phân ra làm hai loại:

+ Loại 1: Kết nối vào hệ thống IP-DSLAM: bằng việc mua thêm 1 card mởrộng của hệ thống IP-DSLAM

+ Loại 2: lắp thêm Ethernet Switches layer 2 tại nhà cung cấp chuyển đổi thànhtín hiệu quang cấp cho khách hàng

- Theo cấu hình Point to Multi-Point: tại nhà cung cấp đặt một thiết bị làm việctheo chuẩn PON, còn gọi là OLT, từ OLT tín hiệu quang sẽ được chia ra thông quacác bộ chia quang và đến đầu khách hàng thông thường OLT làm việc trên 1 sợiquang và 1 card lắp tại OLT sẽ quản lý khoảng 64 thuê bao

Tín hiệu đường xuống (download) được truyền đến tất cả các nhánh sợi cơ sở.

Tín hiệu này khi tới các hộ gia đình được mã hóa để có thể bảo mật thông tin Tínhiệu upload được kết hợp bằng việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theothời gian (TDMA) OLT sẽ điều khiển các ONU sử dụng các khe thời gian cho việc

truyền dữ liệu đường lên (uplink).

Mạng PON được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị thu phát và sợiquang trong mạng thông tin FTTx Công nghệ này sử dụng các thiết bị splitter khôngcần cấp nguồn, có giá thành rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc và cácđiều kiện môi trường, không cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữaphòng máy trung tâm và phía người dùng Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhàkhai thác giảm được chi phí bảo dưỡng, vận hành Kiến trúc PON cho phép giảm chiphí cáp sợi quang và giảm chi phí cho thiết bị tại CO do nó cho phép nhiều ngườidùng (thường là 32) chia sẻ chung một sợi quang

4 Truyền dẫn trong TDM-PON: đặc điểm và nguyên lý hoạt động

Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ gây ra xung đột khi đến

bộ kết hợp Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải truyền trong cửa sổ (khethời gian) truyền của nó Với TDM PON, tất cả các ONU có thể hoạt động cùng mộtbước sóng, OLT cũng chỉ cần một bộ thu đơn Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độđường truyền, thậm chí băng thông có thể dùng của ONU thấp hơn Tuy nhiên, đặctính này cũng cho phép TDM PON đạt hiệu quả thay đổi băng thông được dùng chotừng ONU bằng cách thay đổi kích cở khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sửdụng ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng thông được dùng của mạng PON

Có 2 cách truyền dẫn 2 chiều trong TDM PON:

- Sử dụng 2 sợi quang trên cùng bước sóng

- Truyền song công trên 1 sợi quang:

o Truyền song công phân chia theo thời gian

o Truyền song công phân chia theo bước sóng

Để tiết kiệm cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa và bảo quản, người tathường áp dụng truyền song công theo bước sóng, với bước sóng hướng xuống là1490nm, hướng lên là 1310nm Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phốilinh động giữa các ONU

5 OLT: sơ đồ khối, chức năng các thành phần và hoạt động

– Khối đầu cuối đường quang OLT cung cấp giao diện quang phía mạng với ODN,đồng thời cũng cung cấp ít nhất một giao diện phía mạng dịch vụ

– OLT có thể chia thành dịch vụ chuyển mạch và dịch vụ không chuyển mạch

– OLT cũng quản lý báo hiệu và thông tin giám sát điều khiển đến từ ONU, từ đócung cấp chức năng bảo dưỡng cho ONU OLT có thể lắp đặt ở tổng đài nội hạt hoặcmột vị trí phân phối đầu xa

– Lớp thích ứng dịch vụ: cung cấp sự chuyển đổi giữa các tín hiệu định dạng từ mạngtrục (lõi) và các tín hiệu trên mạng PON Giao diện từ một OLT tới mạng lõi đượcgọi là giao diện mạng dịch vụ (SNI)

– Khối kết nối chéo: cung cấp chức năng kết nối chéo và chuyển mạch giữa các hệthống PON, các ONU khác nhau và mạng lõi.

– Lớp MAC: lập lịch cho phép sử dụng môi trường vật lý đảm bảo tránh nghẽn (xungđột) xảy ra trên tuyến sợi quang chia sẻ giữa các ONU khác nhau

– Lớp PMD: bao gồm bộ thu phát quang và bộ ghép WDM song công

– Một OLT có nhiều lớp MAC và PMD để kết nối với nhiều ONU

6 ONU/ONT: sơ đồ khối, chức năng các thành phần và hoạt động

ONU

– Khối mạng quang ONU/ONT đặt ở giữa ODN và thuê bao

– Phía mạng của ONU có giao diện quang, còn phía thuê bao làgiao diện điện

– Do đó, ONU có chức năng biến đổi quang/điện Đồng thời có thể thực hiện chứcnăng xử lý và quản lý bảo dưỡng các loại tín hiệu điện

– ONU có thể đặt ở phía khách hàng (FTTH/B) hoặc ngoài trời (FTTC)

– Do ONU thường được đặt ngoài trời nên các tủ bảo vệ cần đảm bảo để ONU hoạtđộng trong các điều kiện môi trường thay đổi khác nhau

– Lớp thích ứng dịch vụ: cung cấp sự chuyển đổi giữa định dạng tín hiệu yêu cầu chokết nối với thiết bị của khách hàng và định dạng tín hiệu PON Giao diện từ mộtONU tới thiết bị mạng khách hàng được gọi là giao diện mạng người dùng (UNI)

– Khối MUX/DEMUX: cung cấp chức năng ghép kênh cho các giao diện khách hàngkhác nhau Thông thường, nhiều UNI sẵn có trong một ONU cho các kiểu dịch vụkhác nhau Mỗi UNI có thể hỗ trợ một định dạng tín hiệu khác nhau và yêu cầu quátrình thích ứng dịch vụ tương ứng.

– Lớp MAC: tại ONU hoạt động kiểu chế độ khách (phụ thuộc) còn tại OLT hoạtđộng ở chế độ chủ xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc mà một ONU cụ thể đượcphép truyền tin

dụng trong các tòa nhà hay văn phòng

– Một ONT có thể tập hợp, gom và truyền tải các kiểu lưu lượng thông tin khác nhau

từ phía người dùng và gửi nó theo hướng lên trên một sợi quang

7 Chế độ truyền dẫn kiểu burst: đặc điểm và hoạt động

Do hoạt động hướng lên dựa trên kỹ thuật TDMA nên toàn hệ thống cần được đồng

bộ để dữ liệu từ các ONU khác nhau không giao thoa với nhau Do đó, OLT luôn thunhận các chùm gói dữ liệu (burst) cách nhau bởi khoảng thời gian bảo vệ

Bộ thu

• OLT cấp phát các khe thời gian (các cổng Gate) cho mỗi ONU

• ONU thu được khung Gate sẽ phát các khung MAC tại tốc độ định sẵn trongkhoảng khe thời gian được cấp phát

• Biên độ và pha của các gói tin thu được trong các khe thời gian liên tiếp từ vị tríngười dùng khác nhau có thể biến đổi rất lớn từ gói này sang gói khác

• Bộ thu thông thường không thể xử lý tức thời sự thay đổi nhanh chóng độ lệch vềmức tín hiệu và quá trình đồng chỉnh pha đồng hồ OLT đòi hỏi một bộ thu kiểu OLT đòi hỏi một bộ thu kiểuburst

• Bộ thu kiểu burst: có thể hiệu chỉnh nhanh chóng ngưỡng quyết định và xácđịnhpha tín hiệu từ tập các bit mào đầu đặt tại bắt đầu của một chùm gói tin

• Các yêu cầu quan trọng:

– Độ nhạy cao

– Dải động lớn

– Thời gian đáp ứng nhanh

Bộ phát

• Laser trong bộ phát quang: được định thiên ban đầu để đảm bảo đáp ứng nhanh khi

có tín hiệu điện kích thích  không được sử dụng ở ONU/ONT

• Tại ONU: laser trong bộ phát chỉ hoạt động trong khoảng thời gian được cấp phát,còn lại ở trạng thái tắt hoàn toàn Nếu không đảm bảo tắt hoàn toàn trong thời giankhông được phép  có phần công suất dư từ mỗi ONU thu được bởi OLT  tích lũygây ra nền nhiễu ở bộ thu OLT

• Yêu cầu: khi ở trạng thái trống, mức công suất đầu ra nên ít nhất thấp hơn mức côngsuất phát cho một xung bit 1 cỡ 20 – 30 dB

• Laser cần một thời gian ngắn để ổn định khi được bật lên đột ngột từ trạng thái tắt

 có một khe thời gian cỡ vài bit trước một burst dữ liệu để cho phép laser chuyểntiếp tới trạng thái định thiên và ổn định đầu ra + một thời gian 1 bit tại cuối burst phát

đi để cho phép laser tắt tránh phần dư giao thoa sang burst lân cận tới từ một ONUkhác  ONU đòi hỏi bộ phát kiểu burst

GPON

8 Kiến trúc cơ bản

Hệ thống G-PON bao gồm 3 thành phần chính:

- OLT (Optical Line Terminator): thiết bị kết cuối quang, thường đặt tại phòngmáy CO (Central Office)

- ONT (Optical Network Terminer – các thiết bị đầu cuối quang) hoặc ONU(Optical Network Unit – khồi mạng quang) đặt tại phía khách hàng, được kếtnối với OLT thông qua mạng phân phối quang ODN

- ODN (Optical Distribution Network): mạng phân phối quang Gồm 2 thànhphần chính là bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter) và các sợi quang.Splitter có tác dụng chia/ghép thụ động tín hiệu quang từ nhà cung câp dịch

vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý.Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truynhập quang (AP)

Trong mạng GPON chỉ có 2 loại phần tử là thiết bị tích cực (yêu cầu phải có nguồnđiện) là OLT, ONT/ONU Các thành phần khác trong mạng (splitter, phụ kiệnquang…) đều là thiết bị thụ động (không yêu cầu phải cấp nguồn) do đó giảm thiểuđược rất nhiều sự cố có thể có đối với một phần tử tích cực

9 Cấu trúc khung và phương pháp đóng gói tin (GEM) trong GPON

GEM (GPON Encapsulation Method): phương thức đóng gói dữ liệu GPON

• GEM cung cấp một phương tiện chung để truyền các dịch vụ khác nhau trênmột GPON

• Tải trọng được đóng gói có thể dài lên tới 1500 byte Nếu một ONU có mộtgói để gửi đi lớn hơn 1500 byte thì ONU phải cắt gói đó thành các mảnh nhỏ hơn đểphù hợp với độ dài tải trọng cho phép

• Thiết bị tại đích đến chịu trách nhiệm tập hợp lại các mảnh tin này thành địnhdạng gói tin gốc ban đầu

• Cấu trúc GEM gồm 4 trường tiêu đề (header) và một tải trọng dài L byte

• Các trường tiêu đề bao gồm:

− Một bộ chỉ thị độ dài tải trọng (PLI) 12 bit: cho biết độ dài theo bytecủa tải trọng được đóng gói theo GEM

− Một số nhận dạng cổng 12 bit: cho biết phần đoạn tin này thuộc vềluồng dịch vụ nào

− Một bộ chỉ thị kiểu tải trọng (PTI) 3 bit: dùng để xác định xem phầnđoạn tin có là kết thúc một dữ liệu người dùng, luồng lưu lượng có bị tắcnghẽn, hay tải trọng GEM có chứa thông tin OAM.

− Một mã CRC 13 bit cho kiểm soát lỗi tiêu đề: cho phép sửa 2 bit lỗi vàphát hiện 3 lỗi bit trong tiêu đề

• GEM cung cấp một cách phân mảnh các gói tin người dùng và đóng gói tinhiệu quả  cho phép quản lý thích hợp nhiều luồng dịch vụ từ các ONU

khác nhau chia sẻ trên một tuyến truyền dẫn quang sợi chung

Điều khiển lưu lượng trong GPON: Quá trình ranging và cấp phát băng thông động (DBA)

Quá trình ranging chia làm 2 giai đoạn:

Quá trình cấp phát băng thông động (DBA)

10.Kiến trúc cơ bản

Nguyên lý hoạt động

Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hình cơ bản cho một mạng Ethernet Một cấu hình trong đó các trạm sử dụng chung môi trường truyền dẫn với giao thức đa truy cập sóng mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD) và cấu hình còn lại, các trạm sẽ giao tiếp với nhau thông qua một chuyển mạch sử dụng các tuyến kết nối điểm- điểm và song công Tuy nhiên, EPON có một số đặc tính mà khiến cho nó không thể triển khai trên một trong hai cấu hình này mà thay vào đó ta phải kết hợp cả hai.

Ở hướng xuống, EPON hoạt động như một mạng quảng bá Khung Ethernet được truyền bởi OLT qua bộ chia quang thụ động đến từng ONU ( với N trong khoảng từ 4 đến 64) ONU sẽ lọc bỏ các gói tin không phải là của nó nhờ vào địa chỉ MAC(Media Access Control) trước khi truyền các gói tin còn lại đến người dùng Hình 4.1.

Ở hướng lên, vì đặc tính định hướng của bộ kết hợp quang thụ động, khung dữ liệu

từ bất kỳ ONU nào chỉ đến OLT và không đến các ONU khác Trong trường hợp đó, ở hướng lên: đặc tính của EPON giống như kiến trúc điểm- điểm Tuy nhiên, không giống như mạng điểm - điểm thật sự, các khung dữ liệu trong EPON từ các ONU khác nhau được truyền đồng thời vẫn có thể bị xung đột Vì vậy, ở hướng lên (từ người dùng đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ dung lượng kênh quang hợp lý Ở đây, luồng dữ liệu hướng lên được phân bố theo thời gian Hình 4.2

Hình 4.1: Lưu lượng hướng xuống trong EPON

Nếu không có khung nào trong bộ đệm để điền vào khe thời gian thì 10 bit đặc tính rỗng sẽ được truyền Sự sắp xếp định vị khe thời gian hợp lý có thể định vị tĩnh (TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức thời trong từng ONU (thực hiện thống kê ) Có nhiều

mô hình định vị như là định vị dựa vào quyền ưu tiên của dữ liệu, dựa vào chất lượng dịch

vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết (SLAs :Service Level Agreements).

11.Cấu trúc khung EPON

Hình : khung cơ bản của EPON

+ PHẦN DƯỚI NÀY K CẦN LẮM CHO VÀO ĐỂ THẦY CÔ HỎI VẶN CÒN

CÓ CÁI MÀ XEM

Lớp con MAC có hai chức năng chính:

Hình 4.2: Lưu lượng hướng lên trong EPON