Mạng truy nhập quang thụ động GPON

Tài liệu trình bày một cách cơ bản nhất về mạng quang thụ động GPON. Tài liệu này có thể giúp ít rất nhiều cho các bạn trong quá trình làm Đồ án hay Thực tập, Luận văn. Tài liệu được chia mục lục và các danh mục hình ảnh, danh mục bảng rất rõ ràng.

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GPON

TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 08 NĂM 2017

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ VIỄN THÔNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 8

1.1 Sứ mệnh - Tầm nhìn 8

1.2 Hạ tầng mạng lưới 8

1.3 Các lĩnh vực kinh doanh 10

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 11

2.1 Định nghĩa 11

2.2 Cáp quang 11

2.2.1 Cấu tạo 11

2.2.2 Phân loại sợi quang 11

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của cáp quang 11

2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của cáp quang so với cáp đồng 12

2.3 Cấu trúc mạng truy nhập quang 12

2.3.1 Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang 12

2.3.2 Các khối chức năng cơ bản 13

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG TÍCH CỰC AON 16

CHƯƠNG 4 MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GPON 17

4.1 Giới thiệu chung 17

4.2 Các đặc tính của GPON 18

4.2.1 Bước sóng hoạt động 18

4.2.2 Forward error correction (FEC) 18

4.2.3 Transmission containers (T–CONT) 19

4.2.4 Cấp phát băng thông động (DBA) 19

4.2.5 Bảo mật 20

4.2.6 Bảo vệ 20

4.3 Truyền dẫn GPON 20

4.3.1 Cấu trúc khung đường xuống GPON 20

4.3.2 Cấu trúc khung đường lên GPON 21

4.3.3 T–CONT 21

4.3.4 Phân đoạn GEM 21

4.4 Bộ chia quang 22

4.5 Cấu trúc của mạng truy cập quang (dung lượng đường truyền) 22

4.6 Khả năng cung cấp dịch vụ của GPON 23

4.7 So sánh công nghệ AON với GPON 24

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Cấu tạo cáp quang 12

Hình 2.2 Sơ đồ khối mạng truy cập quang 13

Hình 2.3 Cấu hình tham chiếu mạng truy cập quang 14

Hình 2.4 Sơ đồ khối chức năng OLT 15

Hình 2.5 Sơ đồ khối chức năng ONU 16

Hình 3.1 Sơ đồ khối mạng truy nhập quang AON 17

Hình 4.1 Cấu trúc mạng FTTx 18

Hình 4.2 Một cấu trúc GPON điển hình 18

Hình 4.3 Quá trình DBA 20

Hình 4.4 Khung đường xuống GPON 21

Hình 4.5 Cấu trúc khung đường lên GPON 22

Hình 4.6 T-CONT mapping và reporting 22

Hình 4.7 Kỹ thuật đóng gói GPON 23

Hình 4.8 Một bộ chia quang 1:8 23

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 Tốc độ đường truyền theo chuẩn GPON 19

Bảng 4.2 Suy hao trong hệ thống GPON 24

Bảng 4.3 Công suất tối thiểu cho một số cấu hình PON 24

Bảng 4.4 So sánh công nghệ AON và GPON 25

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AAE-1 Asia Africca Europe 1

Tuyến cáp quang biển kết nối đến các nước châu Á, châu Phi, châu Âu

AAG

Asia – America Gateway

Tuyến cáp quang biển kết nối khu vực Đông Nam Á với tuyến cáp của

APG Asia Pacific Gateway

Tuyến cáp quang biển khu vực châu Á Thái Bình Dương

ATM Asynchronous Transfer Mode

CATV Community Access Television

DBA Dynamic Bandwidth Allocation

Cấp phát băng thông động

DTH Direct To Home

Truyền hình kỹ thuật số vệ tinh

FEC Forward Error Correction

FTTH Fiber To The Home

FTTx Fiber To The x

Hệ thống cáp quang đi đến x

GPON Gigabit Passive Optical Network

Mạng quang thụ động chuẩn Gigabit

HDTV High Definition Television

Truyền hình độ nét cao

IPTV Internet Protocol Television

ISP Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LTE Long Term Evolution

ODN Optical Distribution Network

Mạng phân phối quang

OLT Optical Line Termination

Thiết bị đầu cuối đường dây

ONT Optical Network Terminal

ONU Optical Network Unit

Đơn vị mạng quang

PON Passive Optical Network

Mạng quang thụ động

POP Post Office Protocol

PVC Polyvinylclorua

Tên loại nhựa làm từ Polyvinylclorua

SDH Synchronous Digital Hierarchy

SMW-3 South-East Asia – Middle East – Western Europe 3

Tuyến cáp quang biển Đông Nam Á – Trung Đông – Tây Âu 3

SONET Synchronous Optical Network

T-CONT Transmission Containers

TDM Time Division Multiplexing

Phương thức ghép kênh theo thời gian

TDMA Time Division Multiplexing Access

TS Transmission System

Hệ thống truyền dẫn

VNPT Vietnam Posts and Telecommunications Group

Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

VoD Video On Demand

Video theo yêu cầu

VoIP Voice over Internet Protocol

Truyền thoại trên giao thức IP

WDM Wavelength Division Multiplexing

Phương thức ghép kênh theo bước sóng

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mạng quang thụ động GPON

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ VIỄN THÔNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

1.1 Sứ mệnh - Tầm nhìn

Sứ mệnh: Kết nối mọi người

 Đảm bảo cơ sở hạ tầng viễn thông – công nghệ thông tin và truyền thông vững chắc, hiện đại phục vụ cho sự nghiệp phát triển kinh tế, xã hội của đất nước

 Thỏa mãn các nhu cầu sử dụng viễn thông – công nghệ thông tin và truyền thông của khách hàng mọi lúc, mọi nơi

 Tôn vinh và đánh giá giá trị đích thực của người lao động trong môi trường kinh doanh mới, hiện đại

 Thực hiện tốt trách nhiệm với cộng đồng, chủ động tham gia các chương trình an sinh, xã hội

Tầm nhìn: Số một Việt Nam – Ngang tầm thế giới

 VNPT luôn là tập đoàn giữ vị trí số 1 Việt Nam về phát triển bưu chính viễn thông và công nghệ thông tin

 Có khả năng vươn ra thị trường thế giới, đủ sức cạnh tranh với các tập đoàn viễn thông lớn

1.2 Hạ tầng mạng lưới

Mạng viễn thông quốc tế:

 VNPT hiện đã xây dựng hạ tầng mạng viễn thông quốc tế vững mạnh, hiện đại, sử dụng nhiều phương thức truyền dẫn mới, hiệu quả như cáo quang biển, cáp quang đất liền, vệ tinh, cho phép kết nối trực tuyến tới hơn 240 quốc gia và trung tâm kinh tế, tài chính khu vực trên toàn thế giới

 VNPT hiện đang khai thác 3 tuyến cáp quang biển quốc tế là SMW-3 và AAG và APG Ngoài ra, VNPT còn trực tiếp xây dựng các tuyến cáp quang trên đất liền dung lượng lớn, kết nối trực tiếp tới 3 nước láng giềng: Lào, Campuchia và Trung Quốc Hiện nay, VNPT còn đang đầu tư vào tuyến cáp quang AAE-1 nối các nước châu Á đến châu Âu, châu Phi Dự kiến tuyến cáp này sẽ đi vào hoạt động vào năm 2017 Từ nay đến năm 2020, VNPT dự kiến tiếp tục đầu tư thêm 2 tuyến cáp quang biển mới nữa

Mạng băng rộng cố định:

 VNPT là doanh nghiệp đầu tiên tại Việt Nam đưa dịch vụ tru nhập Internet băng rộng ADSL tới người dùng (từ năm 2003) và hiện đang phục vụ hàng triệu khách hàng trên cả nước VNPT hiện là ISP chiếm tới 2/3 thị phần thuê bao Internet trên cả nước với tổng dung lượng Internet quốc tế lên tới hơn 350 Gbps và đang tiếp tục được

mở rộng hơn nữa POP Internet cung cấp dịch vụ xDSL tốc độ lên tới 15 Mbps trên khắp 63/63 tỉnh thành

 Đón đầu sự thay đổi của công nghệ và thị trường, VNPT đã nhanh chóng xây dựng và triển khai mạng băng rộng cáp quang FTTx Cho tới nay, mạng băng rộng

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mạng quang thụ động GPON cáp quang cảu VNPT đã phủ sóng rộng khắp tới 96% số xã trên cả nước và đang tiếp tục được mở rộng Với tốc độ từ 6 – 100 Mbps, mạng FTTx của VNPT hoàn toàn đáp ứng được cả nhu cầu truy cập Internet thông thường lẫn nhu cầu về các dịch vụ giá trị gia tăng yêu cầu băng thông lớn như IPTV, Đào tạo trực tuyến, Hội nghị truyền hình

đa phương tiện,…

Mạng thông tin di động:

 Với trên 54.000 trạm thu phát sóng (2G và 3G), phủ sóng 63/63 tỉnh thành trên cả nước, mạng di động của VNPT (VinaPhone) hiện phục vụ khoảng 25 triệu thuê bao, luôn hỗ trợ khách hàng kết nối mọi lúc, mọi nơi

 Giữ vững vai trò tiên phong trong lĩnh vực viễn thông, tháng 10/2009 VNPT tiếp tục là doanh nghiệp đầu tiên đưa các dịch vụ di động tiên tiến 3G tới người dùng Việt Nam và cũng là doanh nghiệp đầu tiên thử nghiệm thành công và đưa vào cung cấp dịch vụ 3G với tốc độ lên tới 42 Mbps

 VNPT cũng là doanh nghiệp đầu tiên thử nghiệm mạng di động thế hệ 4G LTE và hợp tác sản xuất các thiết bị hỗ trợ để sớm đưa các dịch vụ băng rộng di động tốc độ cao tới người dùng Việt Nam Tháng 11/2016, VNPT đã chính thức khai trương dịch vụ 4G tại Phú Quốc (Kiên Giang), là nhà mạng đầu tiên cung cấp dịch vụ 4G tại Việt Nam Sử dụng công nghệ 4G hiện đại nhất hiện nay - LTE Advanced dịch vụ 4G của VNPT cho tốc độ truyền dẫn dữ liệu trung bình cao gấp 7-10 lần so với tốc độ 3G

 Hiện VNPT đã chính thức khai trương 4G tại một số tỉnh thành phố khác trên cả nước như Cà Mau, Bà Rịa Vũng Tàu, Bình Dương

 Ngoài cung cấp các dịch vụ di động trong nước, VNPT đã roaming tới hơn

400 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động thuộc khoảng 160 quốc gia trên thế giới, cho phép người dùng vẫn có thể sử dụng dịch vụ khi di chuyển trên phạm vi toàn thế giới

Hệ thống vệ tinh VINASAT:

 VNPT là doanh nghiệp viễn thông duy nhất tại Việt Nam được Nhà nước

và Chính phủ tin tưởng giao trọng trách đầu tư và quản lý hệ thống vệ tinh viễn thông của Việt Nam

 Tháng 4/2008, VNPT đã phóng thành công vệ tinh đầu tiên của Việt Nam Vinasat-1 lên quỹ đạo ở vị trí 132oE, cách trái đất 35.768 km, khẳng định vị thế ngày càng lớn mạnh của quốc gia nói chung và Ngành viễn thông, công nghệ thông tin nói riêng trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế Nhờ đó, Việt Nam trở thành nước thứ

93 trên thế giới và nước thứ 6 trong khu vực Đông Nam Á có vệ tinh riêng bay vào quỹ đạo

 Vinasat-1 đã chính thức đi vào cung cấp dịch vụ từ tháng 6/2008 Với 20

bộ phát đáp (8 bộ ở băng tần C và 12 bộ băng Ku), Vinasat-1 phủ sóng khắp cả nước

và một số quốc gia lân cận (Lào, Campuchia, Thái Lan và một phần Myanmar), cung

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mạng quang thụ động GPON cấp dịch vụ kênh thuê riêng cho các doanh nghiệp, phát hình lưu động, đào tạo từ xa, truyền hình DTH, truyền hình hội nghị, kênh thuê riêng cho thông tin di động, truyền

dữ liệu cho các ngân hàng, đường truyền cho nhà cung cấp dịch vụ Internet, điện thoại vùng sâu vùng xa Cho tới nay, gần như toàn bộ dung lượng của Vinasat-1 đã được

sử dụng hết

 Với những thành công thu được trong việc đầu tư và khai thác Vinasat 1, Chính phủ tiếp tục đặt niềm tin và trọng trách phóng vệ tinh thứ hai của Việt Nam Vinasat-2 cho VNPT Vinasat -2 bao gồm 24 bộ phát đáp hoạt động ở băng tần Ku, phủ sóng toàn bộ khu vực Đông Nam Á và một số nước lân cận Ngày 16/5/2012, Vinasat-

2 đã được phóng thành công lên quỹ đạo tại vị trí 131,8oE Cùng với 1,

Vinasat-2 giúp tăng khả năng dự phòng về dung lượng và giảm thiểu rủi ro, tăng cường độ an toàn cho mạng viễn thông quốc gia

1.3 Các lĩnh vực kinh doanh

 Dịch vụ và sản phẩm viễn thông, công nghệ thông tin;

 Khảo sát, tư vấn, thiết kế, xây dựng, lắp đặt, bảo dưỡng các công trình viễn thông, công nghệ thông tin và truyền thông;

 Sản xuất, kinh doanh xuất nhập khẩu, cung ứng vật tư, thiết bị viễn thông, công nghệ thông tin và truyền thông;

 Dịch vụ và sản phẩm truyền thông: thoại, Internet, truyền hình và giải trí

 Dịch vụ quảng cáo, tổ chức sự kiện;

 Kinh doanh bất động sản, cho thuê văn phòng;

 Dịch vụ tài chính, tín dụng, ngân hàng

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mạng quang thụ động GPON

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

2.1 Định nghĩa

Mạng truy nhập quang là mạng truy nhập mà hệ thống truyền dẫn (TS) là hệ thống truyền dẫn quang Mạng truy nhập quang nằm ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối tới thuê bao, bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được thiết lập giữa tổng đài với thiết bị đầu cuối thuê bao

2.2 Cáp quang

2.2.1 Cấu tạo

Cáp quang cấu tạo từ các thành phần sau:

 Phần lõi (core): Là phần trong suốt, là phần trung tâm của sợi quang nơi

ánh sáng đi qua, được phủ bằng một lớp ít trong suốt và được bao bọc bằng lớp vỏ

 Cladding: Phần vật chất quang bên ngoài bao bọc phần lõi, hỗ trợ việc

phản xạ ánh sáng, tránh ánh sáng dưới mức tần số tới hạn thoát ra khỏi sợi quang

 Coating: Là lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi

bẩn, ẩm hay trầy xước

 Strength member: Là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm bằng các

sợi Kevlar

 Outer jacket: Có khả năng chịu va đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần

bên trong trước các tác động từ môi trường

Hình 2.1 – Cấu tạo cáp quang 2.2.2 Phân loại sợi quang

a Sợi đơn mode (single mode): là sợi quang có đường kính nhỏ hơn

10 µm Do chỉ truyền được một node sóng nên sợi single mode không chịu ảnh hưởng của sự tán sắc ánh sáng Do đó, nó truyền được dữ liệu với khoảng cách rất xa

b Sợi đa mode (multi mode): có đường kính lớn hơn sợi single mode

khoảng 6 – 8 lần, có thể truyền được nhiều mode sóng trong lõi Hiện nay, sợi multi mode được sử dụng trong các ứng dụng truyền dữ liệu với khoảng cách nhỏ hơn 5 km

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của cáp quang

 Thông tin được truyền dẫn qua cáp quang bắt đầu ở dạng một dòng điện mang theo một lượng dữ liệu số hóa Một nguồn sáng thường là nguồn laser, chuyển

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mạng quang thụ động GPON hóa dòng điện này thành những xung ánh sáng và đưa chúng vào những sợi cáp Ở điểm nhận tín hiệu, một điốt ảnh (thiết bị dò ánh sáng) nhận xung ánh sáng và chuyển hóa chúng thành dòng điện và tái tạo lại thông tin gốc Xung ánh sáng đi qua lõi của sợi quang bằng rất nhiều hướng được gọi là những đường dẫn (mode) bằng cách phản xạ qua lớp sơn bọc bên ngoài (cladding)

 Trong một sợi cáp quang, những luồng dữ liệu khác nhau được đưa quá lõi của sợi cáp cùng lúc sử dụng những bước sóng thấp khác nhau của ánh sáng cho mỗi luồng Ánh sáng có thể đi theo dạng ziczac đối với khi truyền tin ở khoảng cách ngắn (sợi multi mode) Với khoảng cách xa, những sợi mỏng hơn (single mode) được

sử dụng để truyền tín hiệu ánh sáng qua một đường đi có tính chất định vị hơn và qua thẳng tâm của sợi

2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của cáp quang so với cáp đồng

 Độ suy hao của sợi quang thấp hơn các loại cáp đồng do tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn cáp đồng Do đó, các tín hiệu có thể được tải đi xa hàng ngàn kilomet Dung lượng tải của cáp quang cao hơn vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng nên nhiều sợi quang có thể được bó lại cùng đường kính với cáp đồng Điều này cho phép nhiều kênh đi qua một sợi cáp

 Cáp quang cũng sử dụng nguồn điện ít hơn bởi vì tín hiệu trong cáp quang suy giảm ít nên máy phát có thể cấp nguồn thấp hơn so với cáp đồng

 Các sợi quang không gây cháy do không có dòng điện xuyên qua sợi quang

 Suy hao dọc theo sợi quang bé và tín hiệu không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường như đối với các loại phương tiện truyền dẫn khác như radio hay cáp đồng Tuy vậy, tín hiệu vẫn bị ảnh hưởng bởi sự tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến

 Nhược điểm của cáp quang là giá thành của cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt

2.3 Cấu trúc mạng truy nhập quang

2.3.1 Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang

Hình 2.2 – Sơ đồ khối mạng truy nhập quang

Mạng truy nhập quang dùng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn chủ yếu Thông tin trao đổi của tổng đài chuyển mạch và thông tin nhận được của thuê bao đều

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mạng quang thụ động GPON

là tín hiệu điện Do đó, cần phải có biến đổi E/O và O/E ở đơn vị mạng quang để có thể

thực hiện truyền dẫn tín hiệu quang (như hình 2.2)

Hình 2.3 – Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang

Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang được mô tả như trên hình 2.3

Hình trên gồm 4 khối cơ bản: Đầu cuối đường dây quang OLT; Mạng phối dây quang ODN; Khối mạng quang ONU; Khối chức năng phối hợp AF

Các 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; Điểm tham chiếu a giữa các ONU

Giao diện quản lý bao gồm: Giao diện quản lý Q3; Giao diện giữa thuê bao với mạng UNI

2.3.2 Các khối chức năng cơ bản

a OLT – Optical Line Terminal

Thiết bị OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch qua các giao diện chuẩn OLT gồm ba phần chính sau: Chức năng giao diện cổng dịch vụ; Chức năng đấu nối chéo; Giao diện mạng phân phối quang Các khối chức năng chính của OLT được

mô tả trong hình dưới đây: