hệ thống thông tin quang tới hộ gia ðình (ftth)

Với số lượngngười dùng ngày càng lớn và nhiều yêu cầu dịch vụ chất lượng cao, hiện tượng thiếubằng thông sẽ là tương lai gần cho tất cả các nhà cung cấp mạng Internet nếu nhà cungcấp vẫn

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

*************

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN: THÔNG TIN QUANG

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

TỚI HỘ GIA ĐÌNH (FTTH)

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển bùng nổ của mạng Internet trên toàn cầu gây sự ảnh hưởnglớn tới các nhà cung cấp mạng trên toàn thế giới trong vài chục năm gần đây Sự phổ biếncủa mạng Internet cùng với các nhu cầu sử dụng đường truyền tốc độ cao ngày càng tănglên về lĩnh vực Multimedia, truyền hình, xem phim trực tuyến, đã yêu cầu mạng phảiphân phối băng thông rộng cho nhiều người sử dụng với độ tin cậy cao Với số lượngngười dùng ngày càng lớn và nhiều yêu cầu dịch vụ chất lượng cao, hiện tượng thiếubằng thông sẽ là tương lai gần cho tất cả các nhà cung cấp mạng Internet nếu nhà cungcấp vẫn sử dụng những thiết bị mạng và hình thức tổ chức mạng theo kiểu truyền thông

sử dụng cáp điện thông thường Chính vì vậy, công nghệ cáp quang đã trở thành một giảipháp thiết yếu để giải quyết vấn đề được nêu trêu Cáp quang là môi trường truyền dẫncung cấp băng thông rộng, khả năng chống nhiễu điện từ cao và ít chịu ảnh hưởng củamôi trường cho phép truyền dẫn dữ liệu với suy hao thấp Do đó, mạng cáp quang tới tậnthuê bao FTTH (Fiber To The Home) là một bước tiến vượt bậc trong công nghiệpMultimedia nhờ khả năng cung cấp các dịch vụ multimedia chất lượng cao, đáp ứng nhucầu người dùng

Chính vì vậy, trong thời gian học môn Thông tin quang, nhóm em đã cùng nhautìm hiểu, nghiên cứu đề tài Hệ thống cáp quang tới hộ gia đình - Fiber to the Home dưới

sự hướng dẫn của TS Hoàng Phương Chi

Do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế nên báo cáo đề tài còn chưa tránh đượcnhững sai sót, hạn chế nhất định, kính mong cô thông cảm và có ý kiến đóng góp đểchúng em có thể rút kinh nghiệm

Chúng em xin chân thành cảm ơn!!!

BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC

Nguyễn Đình Tâm Tìm hiểu kiến trúc mạng

quang FTTHTổng hợp các phần, làmslide và báo cáo

Nhóm trưởng

Nguyễn Đình Thảo Tìm hiểu các chuẩn đa truy

nhập trong FTTHDương Văn Tiến Tìm hiểu tổng quan về

FTTH

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ FTTH

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Khái niệm

FTTH ( Fiber To The Home) là công nghệ kết nối viễn thông sử dụng cáp quang từnhà cung cấp dịch vụ tới tận địa điểm của khách hàng (văn phòng, nhà… ) để cung cấpcác dịch vụ tốc độ cao như điện thoại, Internet tốc độ cao và TV Bằng cách triển khai cápquang đến tận nhà khác hàng, tốc độ mạng sẽ nhờ vậy mà tăng lên gấp bội phần Côngnghệ của đường truyền được thiết lập trên cơ sở dữ liệu được truyền qua tín hiệu quangtrong sợi cáp quang đến thiết bị đầu cuối của khách hàng, tín hiệu được biến đổi thànhtín hiệu điện, qua cáp mạng đi vào bộ định tuyến băng rộng So với mạng truy nhập cápđồng truyền thống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng THz )

Mạng FTTH là một phẩn trong hệ thống các mạng FTTx (Khi thay x bằng các chữcái khác nhau ta có các mạng phân phối cáp quang khác nhau như FTTH, FTTC hayFTTB)

Hình 1 Mạng FTTH trong hệ thống FTTx (Nguồn: Internet)

1.1.2 Lịch sử phát triển

Nhu cầu sử dụng hạ tầng cáp quang tới hộ gia đình FTTH (Fiber to the Home) đãxuất hiện từ những năm 1980 khi mà các công ty điện thoại thấy lợi ích mang lại trongviệc cung cấp các dịch vụ băng rộng tới các thuê bao Những tiến bộ nhanh chóng tronglĩnh vực thu phát và cáp sợi quang đã mở ra một tiềm năng lớn trong việc phát triển hạtầng FTTH FTTH được xem như một giải pháp hoàn hảo trong việc thay thế mạng cápđồng hiện tại nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” (bao gồm thoại, hình ảnh, truy cập

dữ liệu tốc độ cao) và các ứng dụng đòi hỏi nhiều băng thông

Hiện nay, ở Việt Nam có một số nhà cung cấp dịch vụ FTTH sau :

• Tháng 8/2006 FPT Telecom chính thức trở thành đơn vị đầu tiên

loại hình dịch vụ tiên tiến này

• Ngày 1/5/2009, VNPT cung cấp dịch vụ Internet FTTH trên cáp

khách hàng doanh nghiệp mà dịch vụ truy cập Internet ADSL vàLeased Line chưa đáp ứng được về tốc độ và chi phí sử dụng.

• Hiện nay dịch vụ FTTH ở Việt Nam đã vô cùng phổ biến

1.2 So sánh mạng ADSL và FTTH

1.2.1 Cáp quang và cáp đồng

Trên thực tế, để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cáp đồng, đã

từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu việt hơn Khônggiống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùng ánh sáng để truyền tínhiệu đi Chính vì sự khác biệt đó mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao và có khả năngtruyền xa hơn Tuy vậy phải đến giai đoạn hiện nay thì cáp quang mới được phát triểnbùng nổ, nhất là trong lĩnh vực kết nối liên lục địa, kết nối xuyên quốc gia Và việc sửdụng công nghệ truyền dẫn hiện đại này cũng đang bắt đầu thay thế dần mạng cáp đồngADSL phục vụ trực tiếp đến người sử dụng

Cáp quang dài, mỏng với thành phần của thủy tinh trong suốt

một sợi tóc Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và

truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa Cáp quang có cấu tạo gồm

sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối

đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phảnchiếu tốt các tín hiệu

Cáp quang gồm các phần sau:

• Core : Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi

• Cladding : Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ

vào lõi

• Buffer coating : Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bịhỏng và ẩm ướt

• Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó

tốt hơn) Độ suy dần thấp hơn các loại cáp đồng (tín hiệu bị mất trong

trong cáp đồng) nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km Dung

quang cao hơn, vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có

đường kính đã cho hơn cáp đồng Điều này cho phép nhiều kênh đi quamột sợi cáp

Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi vì tín hiệu trong

không có điện xuyên qua cáp quang, do đó không có nguy cơ hỏa hạnxảy ra Tuy vậy, cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt tiền so vớicác loại cáp đồng

1.2.2 So sánh một số tiêu chí về chất lượng dịch vụ

Khi dùng công nghệ FTTH, đường truyền dẫn hoàn toàn bằng cápquang tới tận phòng máy của người sử dụng Chất lượng truyền dẫn tínhiệu bền bỉ ổn định không bị suy hao tín hiệu bởi nhiễu điện từ, thời tiếthay chiều dài cáp như đối với ADSL Độ bảo mật rất cao Còn đối vớiADSL, khả năng bảo mật thấp hơn vì có thể bị đánh cắp tín hiệu trênđường dây, còn FTTH thì hầu như không thể

Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độdownload lên đến 10 Gigabit/giây, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2.Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luônnhỏ hơn tốc độ tải xuống (Bất đối xứng, Tốc độ Download lớn hơn tốc

độ Upload) và tối đa là 20 Mbps Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độtải lên và tải xuống như nhau (Đối xứng, Download = Upload) và chophép tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trămmáy tính FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Hosting Server riêng,VPN (mạng riêng ảo), Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV (truyền hìnhtương tác), VoD (xem phim theo yêu cầu), Video Conferrence (hội nghịtruyền hình), IP Camera…với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu cao,

có thể nâng cấp lên băng thông lên tới 1Gbps Ngoài ra đường truyềnFTTH có thể đảm bảo an toàn dữ liệu, độ ổn định cao, không bị ảnhhưởng bởi nhiễu điện, từ trường

Bảng 1 So sánh ADSL và FTTH dựa trên một số tiêu chí

Môi trường truyền tín Cáp đồng Cáp quang

Độ ổn định Dễ bị suy hao do tín hiệu

điện từ, thời tiết, chiều dàicáp

Cao( không bị ảnh hưởng củathời tiết, điện từ, xung điện,sét ) Không bị suy hao tínhiệu trong quá trình truyềndấn nên có thể đạt đến tốc độtối đa

Bảo mật Độ bảo mật thấp, dễ bị đánh

cắp tín hiệu trên đường dây

Độ bảo mật cao, không thểđắng cắp tín hiệu trên đườngtruyền

Tốc độ truyền dẫn

(Upload và Download)

Bất đối xứngDownload > UploadTốc độ tối đa là 20Mbps

Cho phép cân bằngUpload = DownloadTốc độ tối đa là 10GbpsChiều dài cáp Tối đa 2.5km để đạt được sự

Modem không hỗ trợWireless

Rất phù hợp vì tốc độ rất cao

và có thể tùy biến tốc độcdownload và upload Modem

hỗ trợ Wireless

1.3 Thiết bị dùng trong FTTH

1.3.1 Đường dây cáp quang

Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánhsáng để truyền tín hiệu giữa nhà cung cấp dịch vụ và các thuê bao Đường dây này phảiđạt tiêu chuẩn không gấp khúc, tại mỗi điểm uốn phải có độ cong tiêu chuẩn

1.3.2 Hộp phối quang

Là thiết bị dùng hàn trực tiếp nối cáp quang với nhau, phân phối các kết nối quangđến các thiết bị khác bằng cách chuyển đổi giữa các đầu nối

1.3.3 Bộ chuyển đổi (Converter).

Là thiết bị chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, biến đổi quang năngthành điện năng trước khi vào Router

1.3.4 Router

Router thường có 2 cổng ký hiệu WAN và LAN Cổng WAN được kết nối đến Bộchuyển đổi bằng cáp đồng qua đầu nối RJ45 Cổng LAN được kết nối đến Switch cũngbằng cáp đồng qua RJ45

e Đầu nối: là nơi kết nối các thiết bị quang, gồm nhiều thành phần kết hợp lại với nhau,

chúng có nhiều kiểu như SC/PC, ST/UPC, FC/APC Nhưng có hai thành phần chính làkiểu đầu nối SC, ST, FC và điểm tiếp xúc PC, UPC, APC

1.3.5 Dây nhảy quang (Patchcord)

Kết nối giữa hộp phối quang và bộ chuyển đổi là 2 dây nhãy quang qua 4 đầu nối

CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC MẠNG QUANG FTTH

2.1 Sơ đồ tổng quát kiến trúc mạng FTTH

Hình 3 Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH (Nguồn: Internet)

Trong hệ thống FTTH, thiết bị kết cuối đường truyền quang là OLT (Optical LineTerminal) đặt tại tổng đài trung tâm CO (Center Office) được thiết kế để giao tiếp với cácnhà cung cấp dịch vụ (ví dụ: giao tiếp với mạng chuyển mạch điện thoại công cộng, vớichuyển mạch ATM, router IP, giao tiếp với mạng lõi video qua thiết bị đầu cuối cáp TVhoặc từ một vệ tinh chảo) Về mặt truyền dẫn, OLT cho phép hỗ trợ các loại giao diệnkhác nhau của lớp liên kết dữ liệu như: SPNET, ATM, Gigabit Ethernet,…

Tín hiệu quang được ghép kênh và đưa tới bộ chia dùng cho khu vực của của mộtnhóm người tiêu dùng Trong mạng FTTH, có rất nhiều tỉ lệ chia dùng cho bộ chia,nhưng thông thường sử dụng bộ chia tỉ số 1:16 hay nói cách khác tín hiệu quang đượcghép kênh đưa tới cho 1 nhóm 16 người sử dụng Khi tín hiệu quang phải chuyển đổithành tín hiệu điện tới người sử dụng, ONU (Optical Network Unit – thiết bị mạng quanghọc) cần được đặt tại kết cuối của mạng Do giá thành lắp đặt của ONU khá cao nên nhàphân phối thường sử dụng ONU cho nhiều người sử dụng để giảm chi phí lắp đặt mạng

do tán xạ, suy hao do uốn cong và suy hao do ghép và chia sợi quang.

Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tương quan theo bước sóngngười ta nhận được phổ suy hao của sợi quang.Mỗi loại sợi quang có đặc tính suy haoriêng Một đặt tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như hình

Hình 5 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang đơn mode

Dựa vào hình trên ta có thể thấy ba vùng bước sóng suy hao thấp nhất, còn gọi là bacửa sổ thông tin

• Cửa số thứ nhất: Ở bước sóng 850 nm: Trong vùng bước sóng từ 0.8µm tới1µm, suy hao trung bình trong cửa sổ này ở mức từ (2-3)dB/Km Suy haochủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy hao hấp thụ

• Ở bước sóng 1300 nm: Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp, suy hao chính

do tiêu hao tán xạ Rayleigh Suy hao tương đối thấp khoảng từ (0,4 ÷ 0,5)dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay

• Ở bước sóng 1550 nm: Ở bước sóng này sợi quang có suy hao thấp nhất vàtán sắc nhỏ Suy hao thấo nhất đến nay khoảng 0,3dbB/Km Với một số loạisợi quang có dạng phân bố chiết suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bướcsóng 1550nm như các sợi quang DC, MC và sợi quang bù tán sắc Lúc đóviệc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiều thuận lợi: Suy hao thấp và tán sắcnhỏ

Thông qua các tính chất suy hao của sợi quang, mạng FTTH được triển khai dựatrên ba vùng bước sóng chính là 1310nm, 1490nm và 1550nm Vùng bước sóng 1310 đểtruyền dữ liệu tuyến lên, vùng bước óng 1490 nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quangtuyến xuống còn vùng bước sóng 1550nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tựtrên cáp truyền hình

2.3 Phương thức truyền dẫn trong FTTH

2.3.1 Phương thức điểm nối điểm

Từ nhà cung cấp sẽ dẫn một đường cáp quang tới tận nhà khách hàng Đườngquang này sẽ chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu điện và cấp cho khách hàng Cấu hìnhnày sử dụng dựa trên tiêu chuẩn Ethernet

o Ưu điểm: cấu hình đơn giản, dễ lắp ráp, không cần đào tạo chuyên sâu nhiều, thiết

bị có giá thành rẻ, có thể tận dụng vật tư hiện có, đặc biệt ưu thể trong giai đoạn đầucủa mạng FTTH

o Nhược điểm: Khi số lượng thuê bao lớn, tăng lên thì cấu hình này không còn phù

hợp nữa bởi việc quản lí đường truyền vật lý thuê bao sẽ rất phức tạp và tốn kém

2.3.2 Phương thức điểm đa điểm

Theo kiến trúc này, tại nhà cung cấp sẽ đặt một thiết bị làm việc theo tiêu chuẩnPON, còn gọi là OLT Từ OLT tín hiệu quang sẽ được chia ra thông qua các bộ chiaquang và đến đầu khách hàng Thông thường OLT làm việc trên một sợi quang và mộtcard lắp đặt tại OLT

o Ưu điểm: kiến trúc đơn giản, dễ quản lý, chi phí đặc biệt tỏ rõ ưu thế khi số lượng

thuê bao cho một khu vực lớn Việc sử dụng cấu hình cũ là không còn phù hợp, kiếntrúc này được sử dụng trong giai đoạn đầu phát triển của hệ thống FTTH

o Nhược điểm: thiết bị đầu cuối, vật tư, nguyên liệu có giá thành cao, hơn nữa kiến

trúc này đòi hỏi phải có quá trình đào tạo chuyên sâu cho đơn vị thực hiện

2.4 Cấu hình trong FTTH

2.4.1 Cấu hình dạng cây

Cấu hình dạng cây sử dụng 1 đường cáp quang nối trực tiếp từ OLT tới bộ chia Từ

bộ chia sẽ có một đường cáp quang kết nối từ mỗi ONU

Hình 6 Cấu hình dạng cây

o Ưu điểm: Bộ chia được tập trung tại một điểm nên dễ dàng xác định được những sự

cố của mạng Chất lượng tín hiệu tại các ONU sẽ gần tương tự như nhau

o Nhược điểm: Chỉ có thể sử dụng kỹ thuật đa truy cập TDMA.

2.4.2 Cấu hình dạng đường thẳng

Cấu hình dạng đường thẳng cũng sử dụng 1 cáp quang từ OLT tới khách hàng nêncũng gặp phải những vấn đề tương tự như cấu hình cây Mỗi người sử dụng được kết nốivào mạng thông qua một bộ ghép dây nhánh và bộ ghép này sẽ đưa một phần công suấttín hiệu phát từ OLT đi tới người sử dụng

Hình 7 Cấu hình dạng đường thẳng

o Ưu điểm: Khả năng tối thiểu hoá số cáp quang cần được sử dụng và mở

rộng mạng một cách linh hoạt, dễ dàng

o Nhược điểm: Tín hiệu quang suy hao dần qua mỗi bộ ghép Đồng thời, với

cấu hình này sẽ yêu cầu một đường cáp quang có độ dài rất lớn khi mở rộngtrong mạng 2 chiều

2.4.3 Cấu hình dạng vòng

Hình 8 Cấu hình dạng vòng

o Ưu điểm: Có khả năng mềm dẻo trong việc tối ưu hoá các đường truyền.

Linh hoạt trong việc thiết lập và bảo trì mạng cáp quang

o Nhược điểm: Yêu cầu sử dụng 2 sợi quang tại OLT và những thiết bị phức

tạp khác có khả năng chuyển mạch và truyền nhận tín hiệu theo 2 hướngtrong vòng tại ONU Tín hiệu sẽ bị suy hao đáng kể khi truyền qua cácONU

2.5 Phân loại mạng quang FTTH

Như đã nói ở trên, FTTH được xem như là một giải pháp hoàn hảo thay thế mạngcáp đồng nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” (bao gồm thoại, hình ảnh, truy nhập dữliệu tốc độ cao) và các các ứng dụng đòi hỏi nhiều băng thông (như là truy cập Internetbăng rộng, chơi game trực tuyến và phân tán các đoạn video) Tuy nhiên nhược điểmchính của FTTH đó là chi phí cho các linh kiện và cáp quang tương đối cao dẫn tới giáthành lắp đặt những đường quang như vậy là rất lớn Có nhiều giải pháp để khắc phụcnhược điểm này và một trong số đó là triển khai FTTH trên nền mạng quang thụ độngPON (Passive Optical Network) Hầu hết trong các mạng quang hiện nay, mỗi đường cápquang từ nhà cung cấp sẽ được chia sẻ cho một số người sử dụng Khi các đường cápquang này được kéo tới phía người sử dụng, cần có 1 bộ chia quang để tách tín hiệu tớicác sợi quang riêng biệt tới từng người sử dụng khác nhau Bởi vậy, đã xuất hiện 2 kiến

trúc điển hình trong việc chia đường cáp quang là mạng quang tích cực AON (ActiveOptical Network) và mạng quang thụ động PON

Hình 9.Mô hình kết nối mạng quang tích cực điểm – điểm (Nguồn: Internet)

Hình 10 Cơ chế chuyển mạch trong công nghệ AON (Nguồn: Internet)

Chính vì mạng quang tích cực AON sử dụng thiết bị chuyển mạch, phải chuyển tín