Nội dung nghiên cứu của Luận văn này tập trung tìm hiểu những đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ mạng GPON, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON và nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1Nghiêm Xuân Hiệp
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG MẠNG GPON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG YÊN THẾ –
Trang 2Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Tuấn Lâm
Phản biện 1: ……… Phản biện 2: ………
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Trang 3MỞ ĐẦU
Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa [8], hiện nay là một trong những công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch
vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn tốc độ cao
Do vậy, GPON sẽ là công nghệ truy nhập lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai
Là một cá nhân hiện đang công tác tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang, đơn vị chịu trách nhiệm chính trong việc đảm bảo chất lượng mạng GPON trên địa bàn, tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang” làm luận văn tốt nghiệp Các kết quả của luận văn được áp dụng vào thực tế
để mạng truy nhập quang công nghệ GPON của Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang được khai thác một cách hiệu quả, vừa đảm bảo chất lượng dịch
vụ cung cấp cho khách hàng, vừa đảm bảo nhu cầu phát triển dịch vụ của đơn vị
Luận văn tập trung tìm hiểu những đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ mạng GPON, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON và nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang Luận văn được tổ chức thành 03 chương, cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan về mạng quang thụ động GPON
Chương 2: Tình hình triển khai và chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang
Chương 3: Nghiên cứu nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang
Trang 4CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG
GPON
1.1 Khái niệm về PON và các cấu trúc PON đang được triển khai
1.1.1 Khái niệm về PON
PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quang thụ động (hình 1.1), là một hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nối điểm – đa điểm, trong đó các sợi quang làm cơ sở tạo nên kiến trúc mạng [11]
Trang 5155,52 Mbps hoặc 622,08 Mbps Tốc độ cho mỗi thuê bao là 4,8 Mbps trong hệ thống 155,52 Mbps và 19,4 Mbps trong hệ thống 662,08 Mbps
1.1.2.2 BPON
BPON (Broadband PON) là chuẩn trên nền APON được bổ sung để hỗ trợ cho WDM ghép kênh phân chia theo bước sóng, cấp phát băng thông đường lên động lớn hơn và tính chọn lọc [7] Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn gọi là OMCI, giữa OLT và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp hỗn hợp
1.1.2.3 GPON
GPON (Gigabit PON) là một sự phát triển của chuẩn BPON GPON được
mở rộng từ chuẩn BPON bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ
sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý Thêm nữa, chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bit: Cho phép băng thông luồng xuống là 2,488 Mbps và băng thông luồng lên là 1,244 Mbps Phương thức đóng gói GPON-GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video [8]
1.2 Công nghệ GPON và các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạng GPON
1.2.1 Công nghệ GPON
Trang 61.2.1.2 Mô hình mạng GPON
GPON có thể truyền tải dữ liệu không chỉ Ethernet mà còn ATM và TDM (PSTN, ISDN, E1 và E3) Mạng GPON chứa hai thiết bị hoạt động chính là Optical Line Termination (OLT) và Optical Network Unit (ONU) [8] GPON hỗ trợ đa dịch
vụ, tốc độ cao và khoảng cách có thể lên đến 20 km (hình 1.2)
Hình 1.2: Mô hình mạng GPON
Một sợi quang đơn nối từ OLT đến một thiết bị quang thụ động Optical Splitter (OS) (thụ động ở đây hiểu với nghĩa là thiết bị không cần cung cấp bất cứ nguồn nào để hoạt động), được đặt gần khu vực người sử dụng [4] OS chia tín hiệu
quang ra thành N đường khác nhau đến N người sử dụng Giá trị của N có thể từ 2
đến 128 Từ OS, một sợi quang đơn mode chạy đến mỗi user, như trong hình 1.2
1.2.1.3 Nguyên tắc hoạt động của mạng GPON [1]
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạng GPON
1.2.2.1 Yếu tố chủ quan
Trang 7- Do thiết bị của nhà mạng không đáp ứng được nhu cầu băng thông lớn hiện nay với ngày một đông người sử dụng
- Do các thiết bị của nhà mạng không được bảo trì bảo dưỡng thường xuyên nên hiệu suất hoạt động kém
- Do nhà mạng cấu hình sai các thông số kỹ thuật của khách hàng
- Do chất lượng của các thiết bị nhà mạng và chất lượng thi công chưa đảm bảo
1.2.2.2 Yếu tố khách quan
- Do sự cố đứt cáp từ nhà mạng đến nhà khách hàng, đứt cáp đường trục của thiết bị nhà mạng, đứt cáp quang đường trục trong nước hay quốc tế, …
- Do virus tấn công vào thiết bị nhà mạng
- Do lỗi phần cứng hay lỗi phần mềm của thiết bị nhà mạng hay nhà khách hàng
1.3 Kết luận chương 1
Chương này giúp cho chúng ta có một cái nhìn tổng thể về sự phát triển của mạng PON Chúng ta có thể hiểu một cách khái quát cơ chế hoạt động của mạng PON, ưu, nhược điểm cũng như các mô hình hoạt động của mạng PON
Ngoài ra, chúng ta cũng đã tìm hiểu về mạng GPON, nguyên tắc hoạt động của mạng GPON và các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạng GPON Trong chương tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu tình hình triển khai và chất lượng dịch vụ GPON thực tế tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế
Trang 8CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ CHẤT LƯỢNG MẠNG GPON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG YÊN THẾ –
VNPT BẮC GIANG
2.1 Giới thiệu về Trung tâm Viễn thông Yên Thế
2.1.1 Giới thiệu huyện Yên Thế – tỉnh Bắc Giang
Huyện Yên Thế – Tỉnh Bắc Giang có diện tích 301,26 km², dân số năm 2019
là 110920 người với mật độ 340 người/km² với 8 dân tộc sinh sống, trong đó dân tộc thiểu số chiếm 27% [12]
Hình 2.1: Bản đồ địa lý huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang
2.1.2 Trung tâm Viễn thông Yên Thế
Trung tâm Viễn thông Yên Thế là một đơn vị trực thuộc VNPT Bắc Giang
có địa chỉ là: Số 02, phố Hoàng Hoa Thám, thị trấn Phồn Xương, huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang Hiện nay đơn vị gồm có 18 người phụ trách kỹ thuật, cơ sở hạ tầng mạng di động và mạng hữu tuyến trên toàn bộ địa bàn huyện Yên Thế
Trang 92.2 Cơ sở hạ tầng phục vụ mạng GPON của Trung tâm Viễn thông Yên Thế
Hiện nay, mạng quang thụ động GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế bao gồm: 10 OLT có 19 card PON được lắp đặt, 265 cổng lắp tại 10 trạm viễn thông với 250 km cáp quang các loại Mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế cơ bản đã phục vụ được 9465 khách hàng trên địa bàn huyện Yên Thế và một
xã thuộc tỉnh Thái Nguyên với một xã thuộc tỉnh Lạng Sơn
2.3 Thực trạng về chất lượng các dịch vụ GPON và các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế
Hiện nay, hạ tầng mạng của Trung tâm Viễn thông Yên Thế đã đáp ứng được hầu hết các yêu cầu sử dụng dịch vụ Tuy rằng Trung tâm Viễn thông Yên Thế
đã đảm bảo hết mức cho chất lượng mạng lưới tốt nhất tới khách hàng nhưng vẫn còn tồn tại một số yếu tố chủ quan và yếu tố khách quan ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ mạng GPON
+ Chưa xây dựng được hệ thống phần mềm thống kê chi tiết toàn tuyến GPON đến tận nhà khách hàng để dễ dàng cho việc quản lý, sửa chữa, bảo dưỡng
và nâng cấp mạng lưới GPON
- Đôi khi còn sai sót trong khâu cấu hình thông số kỹ thuật của khách hàng
2.3.2 Yếu tố khách quan
Trang 10- Do đứt đường cáp truyền dẫn quốc tế khiến tốc độ mạng GPON bị ảnh hưởng khi truy cập các ứng dụng có server đặt tại nước ngoài
- Do đứt cáp truyền dẫn GPON, đứt dây thuê bao khách hàng vì sự cố bất khả kháng: Chuột cắn, xe chở quá khổ, quá tải kéo đứt dây vượt đường, chập điện cháy dây, …
- Do lỗi phần mềm, phần cứng các thiết bị phục vụ mạng GPON như: Lỗi thiết bị OLT, ONU, …
2.4.1 Dịch vụ Internet băng rộng và truyền hình Internet
2.4.2 Dịch vụ điện thoại cố định
2.5 Kết luận chương 2
Như vậy, qua phần trình bày trên chúng ta có thể thấy rõ cơ cấu tổ chức và
hệ thống mạng truy nhập của Trung tâm Viễn thông Yên Thế Mặc dù đã cố gắng đảm bảo thông tin mạng lưới thông suốt nhưng vẫn còn một số tồn tại ảnh hưởng tới chất lượng mạng GPON
Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ đề ra giải pháp và thực hiện giải pháp nhằm nâng cao chất lượng mạng GPON giúp khách hàng có những trải nghiệm tốt nhất
Trang 11CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG GPON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG YÊN THẾ –
VNPT BẮC GIANG
3.1 Xu hướng phát triển của mạng GPON và tầm quan trọng của việc cải thiện, nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế
3.1.1 Xu hướng phát triển của mạng GPON
Từ tháng 12 năm 2014, để đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng các loại hình dịch vụ viễn thông và công nghệ thông tin của các doanh nghiệp cũng như của các khách hàng trên địa bàn huyện, VNPT Bắc Giang đã đầu tư cho Trung tâm Viễn thông Yên Thế công nghệ mạng quang thụ động GPON Tính đến nay đơn vị đã có
9465 thuê bao Fiber VNN hoạt động trên công nghệ GPON Trong thời gian ngắn đơn vị vừa phải triển khai hạ tầng vừa thực hiện phát triển và chuyển đổi một số lượng thuê bao lớn Trong bối cảnh số lượng thuê bao ngày càng tăng, nhu cầu sử dụng băng thông của khách hàng ngày càng lớn, cơ chế kinh doanh và tiêu chuẩn kỹ thuật thay đổi việc đảm bảo chất lượng mạng GPON là một vấn đề lớn đặt ra đối với Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang
3.1.2 Tầm quan trọng của việc cải thiện, nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế
Việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng GPON cho khách hàng nhất là trong thời buổi các nhà mạng cạnh tranh nhau kịch liệt là điều hết sức quan trọng cần thiết hơn bao giờ hết Cải thiện, nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế sẽ giúp:
- Khách hàng có những trải nghiệm tốt nhất về những dịch vụ mà khách hàng
đã lựa chọn
- Gây dựng niềm tin cho khách hàng về một nhà mạng có chất lượng hàng
Trang 12đầu Việt Nam để khách hàng gắn bó sử dụng dịch vụ lâu dài
- Giúp cho việc quản lý, giám sát, bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp của toàn
bộ mạng lưới GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế dễ dàng và thuận lợi
3.2 Các giải pháp nâng cao chất lƣợng mạng GPON áp dụng tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế
3.2.1 Giải pháp giảm thiểu suy hao trên toàn tuyến cáp, OLT, ONU
3.2.1.1 Đo kiểm, giám sát và đánh giá chất lượng dịch vụ mạng GPON
Việc đo kiểm, giám sát và đánh giá chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế sử dụng các thiết bị và các phần mềm hỗ trợ:
a Các thiết bị phục vụ việc đo kiểm chất lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế [5]
b Hệ thống quản lý mạng IP xNet [13]
c Hệ thống đo kiểm chất lƣợng dịch vụ xTest [6], [14]
d Hệ thống quản lý phát triển thuê bao và điều hành tập trung
3.2.1.3 Thực trạng chất lượng tuyến cáp GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế khi chưa thực hiện các giải pháp nâng cao chất lượng mạng lưới
- Mạng quang thụ động GPON được triển khai dựa trên mạng cáp quang ODN được xây dựng từ năm 2010 Do cáp quang ODN được triển khai từ năm 2010
đã kém chất lượng và được hàn qua nhiều ODF nên suy hao tại các điểm đấu nối lớn dẫn đến suy hao toàn tuyến lớn
- Đầu tư cáp quang, OLT và các Splitter không đồng bộ, thiếu so với nhu cầu thị trường do đó việc quy hoạch các OLT, đặc biệt là các Splitter sơ cấp và Splitter thứ cấp gặp rất nhiều khó khăn, gây ra suy hao toàn tuyến lớn
- Tốn tài nguyên cáp quang vì một bộ Splitter sơ cấp phải đấu cho các Splitter thứ cấp ở nhiều thôn khác nhau, bán kính cách xa nhau, đấu chéo Nhiều Splitter sơ cấp, và thứ cấp đặt trong các trạm viễn thông gây mất mỹ quan và không
Trang 13đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật, gây tốn cáp quang đặc biệt là các tuyến cáp quang dung lượng 8 sợi
- Từ giữa năm 2016 trở về trước và từ khoảng tháng 07 năm 2016 trở lại đây thì các h và các Splitter sơ cấp và Splitter thứ cấp dùng dây nhảy quang theo hai chuẩn khác nhau Do đó việc tối ưu và quy hoạch lại gặp rất nhiều khó khăn
- Trên mạng có nhiều tuyến quang dùng loại cáp quang 8 sợi nên khó khăn cho việc quy hoạch, đặc biệt là với các tuyến dùng bộ Splitter sơ cấp 1:8 Do loại cáp quang dung lượng 8 sợi thường dùng làm cáp gọn và khi dùng bộ Splitter 1:8 thì tốn cáp hơn để làm các đường Uplink Do đó dễ dẫn đến thiếu cáp cục bộ để làm Uplink cho các Splitter và phát triển cho các hướng tiếp theo, khi tăng cường các Splitter 1:8 khi nhu cầu thị trường tăng
- Số liệu thống kê kết quả đo suy hao tại các thuê bao Internet dựa trên công nghệ GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế tại thời điểm 01 tháng 01 năm
2020, số lượng thuê bao có mức suy hao không đạt quy định của VNPT (Tổng suy hao > 29,5 dB) là 492 thuê bao trên tổng số 9465 thuê bao chiếm tỷ lệ 5,2% Đây là
tỷ lệ thuê bao có mức suy hao không đạt quy định lớn vượt mức quy định của VNPT (Tỷ lệ chấp nhận được là dưới 1%) Do đó việc nâng cao chất lượng mạng quang thụ động GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế là một yêu cầu cấp bách
3.2.1.4 Các giải pháp giảm thiểu suy hao trên toàn tuyến cáp, OLT, ONU
a Giải pháp 1: Tối ƣu, quy hoạch lại tuyến cáp mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế
Trang 14- Đối với những tuyến cáp quang cũ:
Căn cứ vào quy hoạch cổng PON của từng khu vực, thực hiện hàn thẳng các sợi Uplink cho các Splitter tại các ODF đó nhằm giảm suy hao tại các điểm đấu nối
do lệch chuẩn và cắm bằng back to back
a Trước b Sau Hình 3.3: Suy hao trên tuyến cáp cũ trước và sau khi thực hiện giải pháp
- Đối với những tuyến cáp quang mới:
Khi thực hiện kéo cáp quang Mid-span cho các tuyến mới thì để dự phòng cáp quang tại các điểm cột theo quy hoạch điểm đặt các Khi thực hiện lắp đặt và đấu nối các đường Uplink cho các Splitter phải thực hiện tách vỏ cáp và chỉ được cắt những quát cần thiết để đấu Uplink sử dụng 1 sợi còn 1 sợi để dự phòng; còn lại quấn vòng đi trong ODF để làm đường Uplink cho các Splitter phía sau
Kết quả giải pháp
- Suy hao trên tuyến cáp cũ và mới giảm 2%, tức là tỉ lệ thuê bao suy hao không đạt ngưỡng quy định còn 3,2%
- Đáp ứng được đúng chuẩn các yêu cầu kỹ thuật về tuyến cáp
b Giải pháp 2: Quy hoạch lại các Splitter sơ cấp và thứ cấp và thực hiện đấu nối các Splitter sơ cấp, Splitter thứ cấp theo nguyên tắc Mid-span Access
Mục đích giải pháp
- Để đảm bảo suy hao tại các Splitter sơ cấp, thứ cấp, suy hao toàn tuyến
Trang 15- Nhằm giảm tỷ lệ thuê bao có suy hao vượt ngưỡng quy định của VNPT xuống dưới 1%
- Tiết kiệm tài nguyên cáp quang
Thực hiện giải pháp
- Nguyên tắc:
+ Lắp đặt Splitter 1 cấp: Splitter gần nhà khách hàng áp dụng cho các khu vực mật độ thuê bao tập trung tại một khu vực hẹp như tòa nhà thương mại/khu chung cư
+ Lắp đặt Splitter 2 cấp: Áp dụng cho các khu vực, thôn, xóm có mật bộ thuê bao phân tán thành từng cụm Trên một tuyến kết nối từ OLT đến ONU/ONT đặt tại nhà khách hàng có thể có thể lắp đặt tối đa 2 cấp Splitter
+ Các Splitter sơ cấp và Splitter thứ cấp nên đặt cùng một khu vực nhằm tiết kiệm tài nguyên cáp
+ Splitter phải được đặt tại các vị trí đông dân cư và có nhiều khách hàng nhất
- Các bước thực hiện:
+ Quy hoạch lại các Splitter sơ cấp và thứ cấp:
Triển khai lắp đặt 2 OLT mới tại các trạm viễn thông: Canh Nậu và Hồng Kỳ:
* Đấu nối truyền dẫn, nguồn điện DC và khai báo các thông số cần thiết của OLT
* Kéo cáp quang ODN cho các khu vực quy hoạch lắp đặt Splitter nhằm đảm bảo chất lượng và tăng bán kính phục vụ
* Thống kê các cổng PON đang hoạt động tại khu vực đó
* Thống kê chi tiết số lượng thuê bao tại khu vực đó và các thuê bao đó đang hoạt động trên cổng PON nào và Splitter nào
* Khai báo offline sẵn các dịch vụ của thuê bao cần chuyển vào OLT gảm thiểu tối đa thời gian mất liên lạc của khách hàng
* Đấu chuyển về các OLT mới đặt tại các trạm đã quy hoạch Thực hiện tối