Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mạng thế hệ mới gpon

Do đó em đã lựa chọn đề tài đồ án tốt nghiệp của mình: “Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mạng thế hệ mới GPON” Đề tài được thực hiện dựa trên việc phân tích tổng hợp các t

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

GV hướng dẫn : ThS Nguyễn Thị Minh

NGHỆ AN - 2015

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ của thầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử Viễn thông trường Đại học Vinh đã giảng dạy em trong suốt những năm học qua, cung cấp cho

em một lượng kiến thức không nhỏ để hoàn thành chương trình học

Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô ThS.Nguyễn Thị Minh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp em hoàn thành tốt đồ án

Cuối cùng, gửi cảm ơn chân thành đến nhưng người thân và toàn thể bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp

Sinh viên Bùi Văn Luyến

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG 1 SỰ HÌNH THÀNH VÀ KHÁI QUÁT MẠNG TRUY NHẬP 1

1.1 Sự hình thành 1

1.2 Khái niệm mạng truy nhập 1

1.3 Phân loại mạng truy nhập 2

1.3.1 Truy nhập băng hẹp 2

1.3.2 Truy nhâp băng rộng 2

1.4 Giao diện mạng truy cập 4

1.4.1 UNI (User Network Interface) 4

1.4.2 SNI (Service Network Interface) 4

1.5 Các tiêu chuẩn của mạng truy nhập 4

1.6 Các giai đoạn phát triển của mạng truy nhập 4

1.7 Các công nghệ truy nhập 5

1.7.1 Truy cập bằng quay số 5

1.7.2 Công nghệ ISDN 7

1.7.3 Công nghệ truy nhập theo giao diện V5 9

1.8 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập 10

1.9 Các dịch vụ mà mạng truy nhập mang lại 13

1.10 Tổng kết và định hướng phát triển 14

CHƯƠNG 2 NGUYÊN NHÂN RA ĐỜI VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG GPON 16

2.1 Tổng quan về mạng PON 16

2.1.1 Định nghĩa và lịch sử hình thành 16

2.1.2 Kiến trúc mạng PON 17

2.1.3 Công nghệ của mạng PON 18

2.2 Kết luận 23

2.2 Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động GPON 24

2.2.1 Nguyên nhân ra đời mạng thế hệ mới GPON 24

2.2.2 Khái quát mạng truy nhập GPON 24

2.2.3 Kiến trúc mạng GPON 25

2.2.4 Đặc điểm công nghệ GPON 29

2.2.5 Tình hình triển khai mạng truy nhập GPON trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay 54

2.3 Kết luận 55

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG MẠNG TRUY CẬP GPON 56

3.1 Giới thiệu phần mềm OptiSystem 56

3.1.1 Giới thiệu chung 56

3.1.2 Các ứng dụng của phần mềm OptiSystem 56

3.1.3 Các đặc điểm chính của phần mềm OptiSystem 56

3.2 Sơ đồ hệ thống mạng theo chuẩn GPON 59

3.2.1 Thiết lập các thông số mạng GPON 59

3.2.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống mạng GPON 61

3.3 Kháo sát mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem 62

3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 62

3.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON 66

3.4 Kết luận 74

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu hướng phát triển hiện nay, nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng thông tốc độ cao ngày càng nhiều như xem truyền hình độ nét cao HDTV, truyền hình trực tuyến và các dịch vụ cần đến độ bảo mật cao Do vậy phải cần một giải pháp để đáp ứng tất cả các yêu cầu trên trong đó, có một giải pháp hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao và được dự đoán sẽ bùng nổ trong tương lai là giải pháp mạng truy nhập quang thụ đông phân chia theo bước sóng GPON Do vậy việc nghiên cứu, tìm hiểu cấu trúc của GPON, nguyên tắc hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON, từ đó đưa ra giải pháp xây dựng mạng GPON tối ưu có ý nghĩa hết

sức cần thiết Do đó em đã lựa chọn đề tài đồ án tốt nghiệp của mình: “Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mạng thế hệ mới GPON”

Đề tài được thực hiện dựa trên việc phân tích tổng hợp các tài liệu và các bài báo về mạng truy nhập thế hệ mới GPON, mô phỏng dùng phần mềm OptiSystem nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng của hệ thống mạng GPON

Cấu trúc của đồ án, ngoài phần mở đầu, phần kết luận và các tài liệu tham khảo thì phần nội dung đồ án bao gồm 3 chương chính sau đây:

Chương 1: Sự hình thành và các giai đoạn phát triển mạng truy nhập

Trong chương này trình bày khái niệm mạng truy nhập cũng như loại mạng truy nhập quang và những ưu điểm vượt trội của mạng truy nhập

Chương 2: Nguyên nhân ra đời và tổng quan về mạng GPON

Trong chương này trình nguyên nhân hình thành mạng PON, kiến trúc mạng PON Và tìm hiểu sâu hơn về công nghệ GPON như các tiêu chuẩn kỹ thuật, kỹ thuật truy nhập

Chương 3: Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON trên phần mền OptiSystem

Nghệ An, tháng 01 năm 2015

Sinh viên thực hiện Bùi Văn Luyến

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án nghiên cứu lịch sử ra đời của mạng truy nhập thế hệ mới PON, GPON nghiên cứu kiến trúc mạng GPON và đặc điểm của mạng GPON, nghiên cứu các thông số kỹ thuật và các đặc điểm cơ bản của mạng GPON Ngoài ra các hệ thống PON đang được triển khai trên thế giới gồm: PON, APON, BPON, WPMPON cũng được phân tích và trình bày Cuối cùng là phần mô phòng nhằm phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải của mạng GPON như khoảng cách đường truyền, tỉ lệ bộ chia, công suất phát dựa trên phần mềm OptiSystem

ABSTRACT

Design to study the birth history of the new generation access networks PON, GPON , research GPON network architecture and characteristics of GPON networks, research the specifications and the basic characteristics of GPON network In addition PON systems are being deployed around the world, including: PON, APON, BPON, WPMPON are analyzed and presented Finally, the simulations to analyze , evaluate the factors affecting the transmission quality of GPON networks such as transmission distance, the divide ratio, generation capacity

based on software OptiSystem

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1 Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập 10

Bảng 1.2 So sánh về giá thành các công nghệ 12

Bảng 1.3 So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON 19

Bảng 1.4 Mô tả các thông số kỹ thuật GPON 53

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Mô hình tham chiếu mạng truy nhập 1

Hình 1.2 Truy nhập ADSL 2

Hình 1.3 HFC với cable Modems 3

Hình 1.4 Mạng APON 3

Hình 1.5 Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập 5

Hình 1.6 Truy nhập bằng quay số (modem tương tự qua mạng điện thoại IDN) 6

Hình 1.7 Cấu hình kết nối bộ tương thích 8

Hình 1.8 Cấu hình cơ bản và các điểm tham chiếu 9

Hình 1.9 Mô hình cơ bản của truy nhập V5 9

Hình 2.1 Mô hình mạng quang thụ động 17

Hình 2.2 Các kiểu kiến trúc của PON 18

Hình 2.3 Cấu trúc của WDM PON 21

Hình 2.4 Kiến trúc mạng GPON 26

Hình 2.5 Các khối chức năng của OLT 27

Hình 2.6 Các khối chức năng của ONU 27

Hình 2.7 Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 28

Hình 2.8 Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thụê bao 29

Hình 2.9 Mô hình TDMA GPON hình cây 33

Hình 2.10 Ngăn xếp giao thức của GTC 34

Hình 2.11 Điều khiển truy nhập môi trường 36

Hình 2.12 Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên 37

Hình 2.13 Cấu trúc khung đường xuống 38

Hình 2.14 Các trường thông tin trong khung đường xuống 38

Hình 2.15 Cấu trúc khung đường lên 39

Hình 2.16 Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên 40

Hình 2.17 Cấu trúc khung và mào đầu GEM 41

Hình 2.18 Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM 42

Hình 2.19 Một số trường hợp phân mảnh 43

Hình 2.20 Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC 43

Hình 2.21 Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM 44

Hình 2.22 TDM ánh xạ qua GEM 45

Hình 2.23 Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM 45

Hình 2.24 Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON 46

Hình 2.25 Cửa sổ định cỡ 47

Hình 2.26 Thủ tục định cỡ pha 1 48

Hình 2.27 Thủ tục định cỡ pha 2 48

Hình 2.28 Phân định băng thông động 49

Hình 2.29 Nguyên lý của hàng đợi công bằng 50

Hình 2.30 DRR sử dụng thông báo nhiều hàng đợi 52

Hình 3.1 Thiết lập các thông số cho đường xuống 60

Hình 3.2 Thiết lập các thông số cho đường lên 60

Hình 3.3 Thiết lập các thông số toàn mạng 61

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON 61

Hình 3.5 Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất 63

Hình 3.6 Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát = 2dBm 66

Hình 3.7 Công suất đo tại đầu vào của ONU 1 khi Pphát = 2dBm 66

Hình 3.8 Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong trường hợp Pphát = 2dBm 66

Hình 3.9 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp Pphát = 2dBm 67

Hình 3.10 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong trường hợp Pphát = 2dBm 67

Hình 3.11 Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp Pphát = 2dBm 68

Hình 3.12 Công suất đo được tại đầu ra của bộ OLT khi Pphát = 1dBm 68

Hình 3.13 Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 khi Pphát = 1dBm 68

Hình 3.14 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp Pphát = 1dBm 69

Hình 3.15 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1trong trường hợp Pphát =1dBm 69

Hình 3.16 Kết quả đo được tại người sử dụng 1 trong trường hợp Pphát = 1dBm 70

Hình 3.17 Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp Pphát = 1dBm 70

Hình 3.18 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp L = 15km 71

Hình 3.19 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong trường hợp L = 15km 71 Hình 3.20 Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong trường hợp L = 15km 71

Hình 3.21 Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp

L = 15km 72

Hình 3.22 Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong trường hợp tỉ lệ bộ chia 1:4 72 Hình 3.23 Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp tỉ lệ bộ

chia 1:4 73

Hình 3.24 Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong trường hợp tỉ lệ bộ chia 1:4 73

Hình 3.25 Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 với bộ chia 1:4 73

Hình 3.26 Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp tỉ

lệ bộ chia 1:4 74

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Line

Đường dây thuê bao bất đối xứng

APON ATM-Based Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động dùng ATM

ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ BER Bit Error Rate (The ITU-T uses

Bit Error Ratio)

Tỉ lệ lỗi bít

BPON Broadband Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động băng rộng

CATV Cable Television Truyền hình cáp

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CO Central Office Tổng đài trung tâm

DBA Dynamic Bandwidth Alocation Cấp phát băng thông động

EPON Ethernet PON Mạng quang thụ động chuẩn

Ethernet FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

FO FiberOptic Sợi quang

FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập dịch vụ đầy đủ FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà

FTTC Fiber To The Curb Cáp quang đến cụm dân cư

FTTCab FibertotheCabinet Cáp quang kéo tới tủ

FTTN Fiber To The Node Cáp quang đến các node

FTTO Fiber To The Office Cáp quang đến văn phòng

FTTP FibertothePremises Cáp quang kéo tới khách hàng FTTx Fibertothex, where x = (H)ome, Cáp quang kéo tới x, trong đó x có

(C)urb, (B)uilding, (P)remesis, etc

thể là Home, Curb, Building, Premises…

FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến tận nhà

GEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON GPON Gigabit Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động Gigabit

HDTV HighDefinition Television TV độ nét cao

HFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng lai giữa cáp đồng và cáp

quang IPTV Internet Protocol Television Truyền hình Internet

ISDN Integrated Services

Liên minh viễn thông quốc tế

LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập

MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị

OAM Operations Administration and

Maintenance

Khai thác quản lí và bảo dưỡng

ODF Optical Distribution Frame Hộp phân phối quang

ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang

OLT Optical Line

Terminal/Termination

Thiết bị đầu cuối đường dây quang

OMCI ONT Management Control

Interface

Giao diện điều khiển quản lý thiết

bị đầu cuối mạng ONT Optical Network

Terminal/Termination

Thiết bị đầu cuối mạng

ONU Optical Network Unit Thiết bị mạng quang

P2P Point-to-Point Điểm tới điểm

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PLOAM Physical Layer Operations and

Maintenance

Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý

PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp đồng bộ số

SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TDM TimeDivision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gian TDMA Time Division Multiplex

VoD Video On Demand Video theo yêu cầu

VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức Internet WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước

sóng

Cùng với sự phát triển của xã hội thông tin, nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông ngày càng tăng, từ dịch vụ điện thoại đến dịch vụ số liệu, hình ảnh, đa phương tiện Việc tích hợp các dịch vụ này vào cùng một mạng sao cho mạng viễn thông trở nên đơn giản hơn và đang trở thành vấn đề nóng bỏng của nghành viễn thông quốc tế

1.2 Khái niệm mạng truy nhập

Mạng truy nhập phía cuối của mạng viễn thông là bao gồm tất cả các thiết bị

và đường dây được lắp đặt giữa các trạm nội hạt với thiết bị đầu cuối của thuê bao

Có thể hiểu khái niệm mạng truy nhập theo các nội dung sau đây: mạng truy nhập (AN) là phần mạng giữa SNI và UNI, có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu đến các thuê bao Mô hình tham chiếu vật lý của mạng truy nhập được mô tả qua hình sau:

Hình 1.1 Mô hình tham chiếu mạng truy nhập [4]

Phạm vi của mạng truy nhập được chia ra thành ba phần: SNI nối đến nút dịch vụ; UNI nối đến thuê bao; và Q3 nối đến TMN Căn cứ vào phạm vi của mạng truy nhập mà mạng này có các đặc điểm sau:

- Thực hiện chức năng ghép kênh, nối chéo, và truyền dẫn Mạng truy nhập không thực hiện chức năng chuyển mạch

- Cung cấp đa dịch vụ: chuyển mạch, hình ảnh, số liệu, thuê kênh…

- Đường kính của mạng tương đối nhỏ: trong nội thành khoảng vài km và

trong ngoại thành từ vài km đến 10km

- Giá thành đầu tư phụ thuộc vào thuê bao: bởi vì thuê bao ở gần nút dịch vụ cấn ít cáp truyền dẫn hơn so với thuê bao ở xa nốt dịch vụ Sự chênh lệch giá thành đầu tư có thể lên đến 10 lần

- Thi công đường dây khó khăn: việc xây dựng mạng cáp nội hạt là phức tạp, nhất là trong khu vực nội thành Cần phải quan tâm đến nhiều vấn đề: mỹ quan, các

công trình khác như nhà ở, điện, nước, đường sá

- Khả năng tiếp cận cáp quang của thuê bao: ONU đặt càng gần nhà thuê bao

thì đoạn cáp đồng nối đến nhà thuê bao càng ngắn

- Khả năng thích ứng đối với môi trường: ONU của mạng truy nhập có thể

thích ứng cho hoàn cảnh môi trường khắc nghiệt, có thể đặt ngoài trời

1.3 Phân loại mạng truy nhập

1.3.1 Truy nhập băng hẹp

Truy nhập bằng quay số (Dial-up Aceess): đây là một loại truy nhập băng hẹp dựa trên phương thức quay số thông qua modem Nếu áp dụng trên đường dây thuê bao truyền thống thì modem chỉ đạt được tốc độ tối đa 56 Kbps Nếu áp dụng trên đường dây thuê ISDN-BA, có 2 kênh B với mỗi kênh bằng 64 Kbps và một kênh D bằng 16 Kbps nên còn gọi là truy nhập 2B+D

1.3.2 Truy nhâp băng rộng

- Đường dây thuê bao số (DSL): với cùng đôi dây điện thoại truyền thống có thể được dùng để truyền dữ liệu tốc độ cao, như minh họa trong hình 1.2

Hình 1.2 Truy nhập ADSL [4]

- Cable Modems: cable Modem là một loại modem cung cấp truy nhập dữ liệu được truyền trên hệ thống truyền hình cáp Cable modem chủ yếu được dùng phân phối truy nhập internet băng rộng Băng thông của dịch vụ cable Modem thương mại thông thường trong khoảng từ 3 Mbps đến 30 Mbps hoặc lớn hơn

Hình 1.3 HFC với cable Modems [4]

- Cáp quang: điều mong muốn của các công ty viễn thông là đưa cáp quang đến tận nhà của người sử dụng Với SONET điểm nối điểm và các vòng ring, cáp quang sẽ bao phủ các khu dân cư, công sở để có thể phục vụ điện thoại, dữ liệu, hội nghị truyền hình, và các dịch vụ khác trong hiện tại, và cũng dễ dàng nâng cấp khi

có yêu cầu băng thông lớn hơn trong tương lai Với công nghệ APON như mô tả trong hình 1.4, sẽ đáp ứng yêu cầu đặt ra cũng như vấn đề về chi phí xây dựng mạng Cấu trúc mạng GPON có băng thông 1,244 Gbps cho đường lên và 2,488 Gbps cho đường xuống

Hình 1.4 Mạng APON[4]

- Vô tuyến: các hệ thống vệ tinh có quỹ đạo thấp như Teledesic và Bridge có thể tải hàng chục Mbps đến đầu cuối người sử dụng, còn hệ thống LMDS băng thông đạt đến 1 Gbps ở tần số 28 GHz

Truy nhập qua đường dây điện: đường dây điện là một môi trường có nhiễu nghiêm trọng, nhưng nó có khả năng truyền các dịch vụ viễn thông có tốc độ bit cao Chúng được nối với đường dây điện trong nhà để kiến trúc nên một mạng truyền dẫn hoàn chỉnh Các thiết bị đầu cuối được kết nối vào ổ cắm điện trong nhà

để có thể truy nhập đến mạng băng rộng

1.4 Giao diện mạng truy cập

1.4.1 UNI (User Network Interface)

UNI là một điểm phân định ranh giới giữa nhà cung cấp dịch vụ và thuê bao Ranh giới này thiết lập nên giao diện kỹ thuật và phân phối các hoạt động tương ứng UNI có hai loại: độc lập và dùng chung UNI dùng chung là chỉ một UNI có thể đảm nhiệm nhiều nút dịch vụ, mỗi truy nhập logic thông qua SNI khác nhau nối với nút dịch vụ khác nhau Ví dụ, trong metro ethernet network, UNI là một liên kết ethernet hai chiều (bidirectional ethernet link)

1.4.2 SNI (Service Network Interface)

Là giao diện phía dịch vụ của mạng truy nhập SNI chủ yếu gồm giao diện tương tự (giao diện Z) và giao diện số (giao diện V) Để thích ứng với nhiều môi trường truyền dẫn trong mạng truy nhập, phối hợp với nhiều loại truy nhập và nhiều loại dịch vụ truy nhập, giao diện V đã phát triển thành giao diện V1 đến giao diện V5 Giao diện V5 là một loại giao diện thuê bao số tiêu chuẩn quốc tế của tổng đài chuyển mạch số nội hạt, nó có thể đồng thời hỗ trợ nhiều dịch vụ truy nhập thuê

bao, có thể chia thành giao diện V5.1 và V5.2

1.5 Các tiêu chuẩn của mạng truy nhập

- Tiêu chuẩn ADSL/VDSL

- Tiêu chuẩn Cable Modem/HFC

- Tiêu chuẩn DOCIS

- Tiêu chuẩn IEEE 802.14

- Tiêu chuẩn CableLabs

- Tiêu chuẩn ATM Forum

1.6 Các giai đoạn phát triển của mạng truy nhập

Với định nghĩa mạng truy nhập như trên để đạt được cấu trúc như mong muốn

thì mạng truy nhập nói riêng và mạng viễn thông nói chung phải trải qua những giai đoạn quá độ với nhiều trạng thái khác nhau tương tự với những xuất phát điểm (mạng truyền số liệu, thoại truyền thống PSTN, mạng di động, mạng di động nội hạt) và giải pháp sử dụng khác nhau

Hình 1.5 Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập [2]

Hình 1.5 cho chúng ta thấy mốc phát triển của các dòng thiết bị truy nhập trong mạng viễn thông với xuất phát điểm là mạng PSTN

1.7 Các công nghệ truy nhập

Để triển khai tốt các dịch vụ viễn thông và đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao

về chất lượng dịch vụ của người sử dụng, mạng truy nhập đòi hỏi phải được thiết kế thực hiện đúng theo qui trình và đảm bảo đầy đủ các yêu kỹ thuật cho mỗi loại mạng truy nhập

Các loại mạng truy nhập trình bày trong chương này bao gồm: mạng truy nhập điện thoại truyền thống và ISDN, mạng truy nhập x.DSL, mạng truy nhập HFC và cable modem, mạng truy nhập quang, mạng truy nhập vô tuyến cố định (FWA), mạng truy nhập vệ tinh với góc mở bé (VSAT) và các mạng truy nhập vệ tinh di động và không dây

1.7.1 Truy cập bằng quay số

Truy nhập bằng quay số là kết nối thiết bị đầu cuối đến mạng thông qua một modem và mạng điện thoại công cộng Truy nhập bằng quay số cũng giống như kết nối máy điện thoại, ngoại trừ hai đầu cuối là các thiết bị máy tính Vì truy nhập bằng quay số sử dụng các đường dây điện thoại, nên chất lượng kết nối không thể luôn luôn tốt và tốc độ dữ liệu bị giới hạn Tốc độ dữ liệu của truy nhập bằng quay

số chỉ đạt đến 56 Kbps, nhưng với công nghệ mới hơn một chút như ISDN thì có các tốc độ cao hơn

Truy nhập bằng quay số không đòi hỏi thêm cơ sở hạ tầng trên mạng điện thoại, nó là sự lựa chọn thích hợp cho những khu vực nông thôn, khu vực ở xa mà những nơi đó xây dựng mạng băng rộng không hiệu quả vì yêu cầu không cao cũng như mật độ sử dụng thấp

Truy nhập bằng quay số đòi hỏi thời gian để thiết lập một kết nối điện thoại và thực thi công việc bắt tay trước khi chuyển giao dữ liệu Khi thực hiện một liên kết, nếu cuộc gọi tính cước theo kết nối, thì mỗi kết nối phải chịu cước phí

Hình 1.6 Truy nhập bằng quay số (modem tương tự

qua mạng điện thoại IDN) [4]

Khi sử dụng modem để truy nhập, điều cần quan tâm là tốc độ và độ tin cậy của modem

ITU đã định nghĩa các chuẩn và đặc tính của modem như sau:

- V.21: Modem song công tương tự, sử dụng điều chế audio phase shift keying

ở 300 baud, có tốc độ truyền dữ liệu số 300 bps, chuẩn sử dụng cho mạng điện thoại kết nối liên lạc hai chiều giữa hai modem tương tự

- V.22: Modem song công tương tự, sử dụng điều chế PSK ở 600 baud, có tốc

độ truyền dữ liệu số 1200 bps hoặc 600 bps, chuẩn dùng cho mạng điện thoại kết nối điểm - điểm dùng các mạch 2 dây: Truyền dẫn số đồng bộ/bất đồng bộ, truyền song công đôi dây kết nối giữa hai modem tương tự có tốc độ 1200 bps

- V.22bis: Modem song công, sử dụng điều chế QAM ở 600 baud, có tốc độ truyền dữ liệu số 2400bps hoặc 1200 bps, chuẩn sử dụng cho mạng điện thoại và kết nối điểm - điểm dùng các mạch 2 dây (xem như phiên bản của V.22)

- V.23: Modem đơn công, sử dụng điều chế FSK ở 600/1200 baud, có tốc độ 600/1200 bps

- V.26bis: Modem tốc độ 1.200/2.400 bps chuẩn dùng cho mạng điện thoại

- V.32: các modem song công tốc độ đạt đến 9.600 bps, 2.400 baud (thay thế cho 600 baud của chuẩn V.22), sử dụng cho mạng điện thoại của các mạch thuê riêng: truyền dẫn số đồng bộ/bất đồng bộ, truyền song công trên đôi dây tốc độ 9.600 bps, 4.800 bps

- V.32bis: Modem song công tốc độ đạt đến 14,4 Kbps sử dụng cho mạng điện thoại của các mạch thuê riêng nối điểm - điểm: truyền dẫn số đồng bộ/bất đồng bộ, truyền song công trên đôi dây tốc độ 14,4 Kbps, 12 Kbps, 9.600 bps, 7.200 bps, 4.800 bps

- V.34: Modem song công tốc độ đạt đến 28,8 Kbps, truyền dẫn số đồng bộ/bất đồng bộ, song công hai dây (2/4 dây kênh thuê riêng), tốc độ 28,8 Kbps

- V.34+: Modem song công tốc độ đạt đến 33,6 Kbps sử dụng cho mạng điện thoại và các mạch điện thoại điểm - điểm thuê riêng: Truyền dẫn số đồng bộ/bất đồng bộ, song công trên hai dây (2/4 dây kênh thuê riêng), t ốc độ 33,6 Kbps

- V.90: cặp modem tương tự và số sử dụng cho mạng điện thoại công cộng (PSTN - Public Switched Telephone Network) tốc độ đạt đến 56 Kbps theo chiều xuống và 33,6 Kbps theo chiều lên, được phát triển trong thời gian từ tháng 3 năm

1998 đến tháng 2 năm 1999: truyền dẫn số đồng bộ/bất đồng bộ, song công trên hai dây, tốc độ 56 Kbps V.90 sử dụng điều chế PCM (Pulse Code Modulation)

1.7.2 Công nghệ ISDN

ISDN là một mạng số đa dịch vụ, cung cấp dịch vụ thoại và số liệu chung trên một đường dây thuê bao ISDN dẫn đến quá trình số hóa mạng lưới, cho phép các nguồn tín hiệu: voice, data, text, graphic, music, video có thể được truyền trên đôi dây đồng hiện hữu Điểm nổi bật của ISDN biểu hiện qua việc chuẩn hóa các dịch

vụ thuê bao, các giao tiếp user/network, và khả năng liên kết mạng Các ứng dụng của ISDN gồm có: fax nhóm 4, dịch vụ khẩn cấp (bao trộm, báo cháy, ), dịch vụ ghi số điện, nước, gas Các thiết bị cũ của mạng PSTN vẫn dùng được với ISDN qua một bộ tương thích đầu cuối TA (Terminal Adapter)

Các thiết bị ISDN :

- Bộ tương thích đầu cuối TA (Terminal Adapter) TA là giao tiếp cho thiết bị đầu cuối truyền thống đến mạng ISDN Thiết bị này là một trong những điều kiện trước tiên để có thể truy nhập các dịch vụ ISDN từ các máy tính cá nhân, máy chủ, máy fax nhóm 3 và các thiết bị trước đây kết nối mạng điện thoại tương tự truyền thống và mạng PBX

Hình 1.7 Cấu hình kết nối bộ tương thích [2]

Bộ tương thích đầu cuối được đặc trưng bởi các cổng kết nối của nó Các cổng này có thể được lựa chọn tùy vào bộ tương thích sử dụng

- Cấu hình ISDN: trong ISDN có hai loại kênh truyền, B và D Các kênh B dùng truyền dữ liệu (kể cả thoại), và kênh D dùng cho báo hiệu, điều khiển (cũng có thể dùng cho truyền dữ liệu)

BRA (Basic Rate Access): cũng được gọi là BRI (Basic Rate Interface), bao gồm hai kênh B mỗi kênh 64 Kbps, và một kênh D 16 Kbps Sự kết hợp ba kênh được gọi là 2B+D

PRA (Primary Rate Access): cũng được gọi là PRI (Primary Rate Interface), bao gồm nhiều kênh B và một kênh D, mỗi kênh 64 Kbps Số kênh B của PRA tùy thuộc vào quốc gia: Ở Bắc Mỹ và Nhật Bản là 23B+1D có tốc độ bit là 1,544 Mbps (T1); ở Châu Âu và Úc là 30B+1D có tốc độ bit là 2,048 Mbps (E1)

ISDN băng rộng (BISDN-Broadband ISDN): là khả năng truy nhập thứ ba của ISDN và nó có thể đảm trách nhiều loại dịch vụ khác nhau trong cùng thời điểm Nó chủ yếu được dùng trong các mạng backbone và mạng ATM

Sử dụng kỹ thuật mã hóa B8ZS (Bipolar with Eight-Zeros Substitution), dữ liệu cuộc gọi được truyền trên các kênh B, kênh D sử dụng cho báo hiệu nhằm thiết lập và quản lý cuộc gọi Khi một cuộc gọi được thiết lập, có một kênh dữ liệu song công đồng bộ 64 Kbps thiết lập giữa hai đầu cuối sử dụng

Kênh D có thể được sử dụng đến gởi và nhận các gói dữ liệu theo giao thức X.25, và kết nối đến mạng gói X.25

- Các điểm tham chiếu: ISDN đặc trưng một số điểm tham chiếu để xác định các giao tiếp logic giữa các nhóm chức năng, như là TA và NT1 Các điểm tham chiếu ISDN bao gồm:

+ R - Điểm tham chiếu giữa thiết bị không ISDN và TA

+ S - Điểm tham chiếu giữa các đầu cuối sử dụng và NT2

+ T - Điểm tham chiếu giữa NT1 và NT2

+ U - Điểm tham chiếu giữa NT1 và thiết bị kết cuối đường dây trong mạng truyền dẫn Điểm tham chiếu U chỉ đề cập đến trong khu vực Bắc Mỹ, ở đó chức năng NT1 không được cung cấp bởi mạng truyền dẫn

Hình 1.8 Cấu hình cơ bản và các điểm tham chiếu [4]

1.7.3 Công nghệ truy nhập theo giao diện V5

Hình 1.9 Mô hình cơ bản của truy nhập V5 [4]

Mạng phân bố đường dây nội hạt LLDN (Local Line Distribution Network) kéo dài từ host exchange trong mạng lõi tới CPE, và mạng truy nhập khi nó được định nghĩa cho giao diện V5 Sự khác nhau ở chỗ LLDN còn bao gồm các hệ thống truyền dẫn feeder (FTS-Feeder Transmission System) và các phần số ở đầu xa (rDS-remote Digital section) nào nếu chúng có mặt

Host

Exchange

Truyền dẫn feeder(tùy chọn)

Mạng truy nhập

Phần

số rISDN (tùy chọn)

9

CFE

Một FTS cho phép headend của mạng truy nhập được đặt cách xa host exchange của nó FTS có thể có dạng một vòng SDH với các bộ ghép kênh xen kẽ tại host exchange và cũng tại các vị trí headend của mạng truy nhập Nếu trễ truyền dẫn chấp nhận được, FTS có thể cho phép một mạng truy nhập được bố trí trong một quốc gia hoặc một châu lục này và host exchange đặt tại một quốc gia hoặc châu lục khác

Mạng truy nhập bao gồm hai tầng Tầng thứ nhất đảm trách lưu lượng giữa host exchange và các đầu xa Tầng thứ hai đảm trách các lưu thoại nhỏ hơn giữa các đầu xa và các đích đến cuối cùng Nó cũng có thể thực hiện toàn bộ quá trình truyền dẫn theo một hệ thống truyền dẫn quang phức tạp duy nhất Hệ thống này có thể được phép phân tập định tuyến đến các vị trí đầu xa để đảm bảo độ an toàn và có thể vận hành với cự ly rộng lớn đến các điểm cuối ở xa

1.8 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập

Chúng ta có thể thể so sánh các công nghệ truy nhập trên nhiều góc nhìn khác nhau

Bảng 1.1 Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập

Công

Tốc độ lên

Tốc độ xuống

Dial – up

(V90)

33.6 Kb/s 56.6 Kb/s

Phạm vi cung cấp rộng, Giá thành

Tốc độ cao

Giá thành rẻ

Chuẩn thông dụng

Cấu trúc và băng tần phải chia sẻ

Chi phí thiết bị cao

Độ tin cậy chưa cao Ảnh hưởng do các tác dụng của thời tiết

Vô tuyến

di động

Tùy thuộc công nghệ

Tùy thuộc công nghệ

Có khả năng di động triển khai dịch vụ nhanh

Tùy thuộc công nghệ

Tốc độ cao

Nhiều cấp độ ứng dụng

Chi phí thiết bị cao

Phạm vi ứng dụng hạn chế

Lớn (cỡ Gbps)

Tộc độ cao

Chất lượng kết nối cao

Giá thành đắt

PLC 18 Mb/s 45 Mb/s

Có mặt ở khắp nơi trên đường dây điện lực

Chưa có chuẩn chung

Modem

cáp Tối đa 10

Mb/s

Tối đa 30 Mb/s

Tốc độ cao Giá thành rẻ Chuẩn thông dụng

Cấu trúc và băng tần phải chia sẻ

IDSN

128 Kb/s 128 Kb/s

Sử dụng rộng rãi Tương thích với DSL

Tốc độ chậm Chi phí rất cao Khó quản lý giám sát

Vệ tinh

33.6 Kb/s 400 Kb/s Khả năng ứng

dụng rộng rãi

Tốc độ luồng lên thấp

Chi phí thiết bị cao

Độ tin cậy chưa cao

Ảnh hưởng do các tác dụng của thời tiết

Vô tuyến

di động

Tùy thuộc công nghệ

Tùy thuộc công nghệ

Có khả năng di động triển khai dịch vụ nhanh

Nhiều chuẩn công nghệ

Khó khăn khi triển khai trên diện rộng

Tùy thuộc công nghệ

Tốc độ cao Nhiều cấp độ ứng dụng

Chi phí thiết bị cao

Phạm vi ứng dụng hạn chế

Tộc độ cao

Chất lượng kết nối cao

Giá thành đắt

PLC 18 Mb/s 45 Mb/s

Có mặt ở khắp nơi trên đường dây điện lực

Chưa có chuẩn chung

1.9 Các dịch vụ mà mạng truy nhập mang lại

Sự xuất hiện các dịch vụ viễn thông mới có thể tương tự như sự xuất hiện các phần mềm ứng dụng sau khi máy tính cá nhân được sử dụng Tuy nhiên, sự phát triển của các dịch vụ viễn thông đã đi sau sự phát triển của các phần mềm ứng dụng

cho máy tính cá nhân

Các dịch vụ viễn thông lúc đầu phát triển chậm trễ là do nghĩ rằng chúng phải được điều khiển tập trung bởi các nhà khai thác viễn thông

Mặc dù khởi đầu có chậm trễ, nhưng sự phát triển của dịch vụ viễn thông đã rõ ràng Dịch vụ phổ biến nhất cho khu vực dân cư rất có thể là giải trí video, với những hướng dẫn chương trình có tính tương tác và sự lựa chọn theo nhu cầu từ những thư viện giàu chương trình Dịch vụ nhu cầu mua sắm tại nhà và các dịch vụ

tài chính cũng đã hình thành

Sự phát triển dịch vụ viễn thông có ý nghĩa xã hội nhất có thể là giao tiếp từ

xa, điều khiển từ xa, đó là dịch vụ cho phép con người làm việc tại nhà, và internet -

đó là dịch vụ cho phép con người truy nhập thông tin ở bất cứ đâu trên toàn cầu

Truyền thông đơn giản trên toàn cầu có thể được phục vụ tốt hơn bằng thư điện tử

Các dịch vụ mang truy nhập :

- Dịch vụ thuê video điện tử Vod: ưu điểm là đưa ra yêu cầu ngay trên màn hình, có ngay tức thì, điều khiển giống như các đầu video (VCR), không có những khó khăn do những bộ phim nổi tiếng đều đang được cho mượn để chiếu

- Video trên ATM: là công nghệ có khả năng cung cấp các dịch vụ trong tương lai, bởi vì ATM không hạn chế băng thông Ưu điểm nữa của ATM là nó cho phép tối thiểu phần băng thông nào đầu cần cho báo hiệu, vì không cần dành riêng một kênh có dung lượng cố định cho báo hiệu mà thường là không hoạt động

- Quảng cáo theo nhu cầu mua bán từ xa: một phương án hiệu quả hơn là tạo ra những chương trình quảng cáo phù hợp cho từng đối tượng khách hang

- Dịch vụ internet: là dịch vụ gửi thư điện tử giữa những người sử dụng truy nhập từ xa vào các máy tính khác, và truyền file đến hoặc từ các máy chủ

- Dịch vụ học từ xa: là một thuật ngữ chung dùng để chỉ việc sử dụng viễn thông cho giáo dục

- Dịch vụ cảnh báo: các dịch vụ cảnh báo của công an cứu hỏa, nghe trôm hay

là chống trộm…

- Dich vụ trang vàng: là dịch vụ cần băng thông cao nhất trong tất cả các dịch

vụ vì chúng liên quan đến thông tin của khách hàng

- Các dịch vụ cho nhu cầu thiết yếu: các dịch vụ viễn hành yêu cầu cho các nhu cầu thiết yếu (gas, nước, điện, và viễn thông) cần được xem khác với các sản phẩm khác được bán cho khách hàng, vì chúng yêu cầu băng thông thấp hơn và hỗ trợ cho các chức năng khác nhau

1.10 Tổng kết và định hướng phát triển

Trong chương 1, em đã giới thiệu các quan điểm khác nhau về mạng truy nhập, những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truy nhập theo băng thông và môi trường truyền dẫn

Đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, thì việc đầu tư mạng truy nhập của các nước nói chung và Việt Nam nói riêng cũng theo các định hướng sau đây:

- Băng rộng hóa mạng truy nhập

- Cáp quang hóa mạng truy nhập

- Đổi mới công nghệ cáp đồng

- Mạng cáp quang thụ động lấy công nghệ ATM làm cơ sở

- Truy nhập vô tuyến băng rộng

- Công nghệ truy nhập SDH

- Công nghệ SDV dựa trên FITL và ATM

Ngoài ra có rất nhiều tài liệu công nhận rằng xu hướng phát triển của mạng truy nhập bao gồm hai hướng cơ bản:

- Thứ nhất là cung cấp cho khách hàng băng thông gần như không hạn chế đó chính là xu hướng phát triển các công nghệ quang thụ động

- Thứ 2 là cung cấp cho người dùng kết nối mọi lúc mọi nơi với tốc độ có thể thỏa mãn những ứng dụng cơ bản đó chính là các truy nhập vô tuyến với các thế hệ

từ 2 đến 4

Để tiến đến thế hệ thứ 4 mạng truy nhập vô tuyến sẽ hội tụ lại từ hai hướng: Hướng 1: từ các hệ thống cá nhân, nội hạt, thành phố (với những đại diện điển hình WLAN và Wimax)

Hướng 2: từ phía các diện rộng (với các đại diện là GSM, IMT2000, WCDMA)

CHƯƠNG 2 NGUYÊN NHÂN RA ĐỜI VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG GPON

2.1 Tổng quan về mạng PON

2.1.1 Định nghĩa và lịch sử hình thành

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network, nghĩa là mạng quang thụ động Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ quang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng

Công nghệ PON được biết tới đầu tiên đó là TPON (Telephony PON) được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON)

Trong công nghệ PON, tất cả thành phần active giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các traffic trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền chính vì vậy mà người ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động (PON)

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: mạng quang thụ động PON là một dạng của mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến khách hàng Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau và PON là một trong những dạng đó So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng THz)

Đặc điểm chính của hệ thống PON:

- Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128

- PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet

- PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data và video tốc độ cao

- Khả năng cung cấp băng thông rộng

- Có khả năng cung cấp tộc độ cao

- Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần và cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và splitter

- PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợi quang

- PON có thể hỗ trợ topo hình cây, sao, bus và ring

Các chuẩn mạng PON có ba loại tiêu chuẩn chính:

- IEE 803.3ah

+ EPON (Ethernet PON hay GEPON – Gigabit Ethernet PON): là một chuẩn của IEEE/EFM cho việc sử dụng giao thức Ethernet để truyền dữ liệu

2.1.2 Kiến trúc mạng PON

Mô hình mạng quang thụ động với các phần tử được mô tả trong hình 2.1

Hình 2.1 Mô hình mạng quang thu đông [3]

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là mạng 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 các ONU đều nằm ở đầu cuối của PON Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổ biến PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng cho các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các khu trường sở

Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao Có một số cấu hình kết nối điểm - đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus như trong hình 2.2

Hình 2.2 Các kiểu kiến trúc của PON [3]

Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khai theo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên Ngoài ra, PON còn có thể thu gọn lại thành các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây Tất cả các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU

Trong các cấu hình trên, cấu hình hình cây 1:N như hình 2.2 (a), hay cấu hình cây và phân nhánh hình 2.2 (b) được sử dụng phổ biến nhất

2.1.3 Công nghệ của mạng PON

a Công nghệ APON/BPON

Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN (Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho mạng truy nhập băng rộng Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó Hệ thống này

được gọi là APON (viết tắt của ATM PON) Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON với ý diễn đạt PON băng rộng

Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi các 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 và DBA

b Công nghệ EPON/GEPON

Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile (EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập vùng, hướng tới các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn giữ các tính chất của Ethernet truyền thống Ethernet PON (EPON) được bắt đầu nghiên cứu trong thời gian gian này EPON là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3 Sử dụng mã đường truyền 8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps

Bảng 1.3 So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON

Tổ chức chuẩn hóa FSAN và ITU-T

SG15 (G.983 series)

FSANvà ITU-T SG15 (G.984 series)

IEEE 802.3 (802.3ah)

Tốc độ dữ liệu 155.52 Mbit/s hướng Lên tới 2.488 1 Gbit/s cả

Đặc tính B-PON G-PON E-PON

lên 155.52 hoặc 622.08 Mbit/s hướng

xuống

Gbit/s cả 2 hướng 2 hướng

Tỷ lệ chia

(ONUs/PON) 1:64 1:64 1:64 **

Mã đường truyền Scrambled NRZ Scrambled NRZ 8B/10B

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 & 1310nm lên

Cự ly tối đa

Hỗ trợ TDM Qua ATM

Trực tiếp (qua GEM hoặc ATM) hoặc CES

Đặc tính B-PON G-PON E-PON Sửa lỗi hướng tới

trước FEC (Forward

d Công nghệ WDM PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phân chia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA OLT sử dụng một bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm điểm Mỗi một ONU có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng có một bộ lọc cho mỗi ONU

Cấu trúc của PON được mô tả như trong Hình 2.3 Trong đó PON có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng dụng VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa Các bộ thu WDM-PON sử dụng

WDM-kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn sóng (Arrayed Waveguide Grating - AWG) Một AWG có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời

Hình 2.3 Cấu trúc của WDM PON [3]

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, 10/100/1000Base Ethernet…) tùy theo

yêu cầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm chính của 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

WDM-e 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

f Nhận xét

Hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu khác như GPON hay EPON

Trong khi, EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại cho phép đạt tới tốc độ 2,448 Gbit/s Càng ngày các nhà cung cấp dịch vụ càng cố tiết kiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông vì vậy EPON đang dần không được lựa chọn EPON lại tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định các thủ tục truyền thông vì vậy nó chỉ đạt hiệu suất từ 50% ÷ 70%, băng thông của EPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps Trong khi đó, GPON có thể đạt tới hiệu suất mạng 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ rộng băng tần được sử dụng cho việc quy định các thủ tục của giao thức truyền thông GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2.300 Mbps, độ rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ Đã được chuẩn hoá theo ITU–T G.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với các định dạng gốc như IP và TDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sử dụng cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho các doanh nghiệp Độ rộng băng GPON có thể đáp ứng cho cho truyền dữ liệu Internet,

yêu cầu nhiều dòng IPTV đồng thời (Internet Protocol Television) và có thể hỗ trợ truyền thông cả SDTV (Standard Definition Television) và HDTV (High Definition TeleVision), GPON đã thực sự được đánh giá là kinh tế hơn EPON

Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN: lớp A và lớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn Lớp C cho phép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng cuối, đạt tới 64 thậm chí 128 ONU/ONT

Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đối xứng 1,25/1,25 Gbps ITU- T G.984.2 GPON GEM linh hoạt và biến đổi được hơn nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép

155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường truy nhập, bao gồm các ứng dụng FTTH và FTTB/FTTC Trong khi GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầu thực tế, EPON không thực hiện được điều này Mặc dù đây không là một vấn đề lớn

về chi phí đối với kết nối tốc độ cao, tuy nhiên để hỗ trợ 1,25 Gbps hướng lên, đòi hỏi phải cung cấp laser DFP ở đầu cuối và điôt quang thác APD đắt tại trung tâm mạng quang CO

Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPON trong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết

hỗ trợ cho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật.Đây là những điều kiện cần thiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn

2.2 Kết luận

PON là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch vụ băng rộng (truy cập Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình,IPTV/Triple Play, truyền hình độ nét cao (HDTV, SDTV), game online, các dịch vụ băng rộng phục vụ y tế, giáo dục,

…) giữa các khối kết cuối đường dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng (OLT) Một mạng PON hỗ trợ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus, hoặc ring, do đó giúp cho việc linh hoạt trong vấn đề tổ chức mạng

Các hệ thống PON đang được triển khai trên thế giới gồm: APON/BPON, WDM PON, GPON và EPON Trong đó APON/BPON là những hệ thống được nghiên cứu và triển khai từ giữa những năm 90 của thế kỷ 20, đây là các hệ thống

truy nhập quang băng rộng hỗ trợ chỉ cho lưu lượng ATM Thế hệ kế tiếp của APON/BPON là GPON với việc cải thiện hơn về tốc độ, hỗ trợ nhiều tốc độ khác nhau cho cả đường lên và đường xuống, đặc biệt là hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP GPON được chuẩn hoá bởi ITU-T với chuẩn G.984 Được nghiên cứu muộn hơn, từ năm 2001, hệ thống EPON cũng đã được triển khai khá phổ biến tại một số nước trên thế giới EPON được xây dựng trên cơ sở công nghệ Ethernet, khác với GPON, EPON chỉ hỗ trợ truyền dẫn đối xứng

Hiện nay GPON đã được triển khai rộng rãi tại một số nước, GPON cũng đã được lựa chọn 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, đồng thời hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tích hợp với chất lượng cao, GPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ của mạng truy nhập thế hệ mới

2.2 Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động GPON

2.2.1 Nguyên nhân ra đời mạng thế hệ mới GPON

Trong xu hướng phát triển gần đây, nhu cầu các dịch vụ băng rộng tốc độ cao ngày được phát triển nhanh chóng Trong đó, có một giải pháp hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao và được dự đoán sẽ bùng nổ trong tương lai là giải pháp mạng truy nhập quang thụ đông phân chia theo bước sóng G-PON

Sở dĩ G-PON hứa được quan tâm nhiều và hứa hẹn sẽ phát triển nhanh chóng trong tương lai vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội như: Tốc độ cao, băng thông rộng, khả năng mở rộng cao, suy hao tại ODN tốt, bảo mật tốt hơn

2.2.2 Khái quát mạng truy nhập GPON

GPON (Gigabit Passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 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

GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên Phương thức đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép nâng cao chất lượng

dịch vụ QoS (Quality of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ TDM và Ethernet, điều đó cho phép GPON hỗ trợ nhiều loại dịch vụ với chi phí thấp cũng như cho phép khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị

- Tình hình chuẩn hóa GPON: GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, mở rộng từ chuẩn BPON G.893

+ ITU-T G.894.1 (03/2003) “G-PON: general characteristics”: cung cấp các giao diễn mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một số dịch vụ chuẩn này kế thừa hệ thống G.892 (APON) và G.892.x (BPON)

+ ITU-T G.894.2 (03/2003) “G-PON: PDM layer specifinication”: chỉ ra các yêu cầu cho lớp vật lý và các chi tiết kĩ thuật cho lớp PMD Nó bao gồm các hệ thống có tốc độ xuống 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s và hướng lên 155.520 Mbit/s, 622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s Mô tả cả hệ thống GPON đối xứng và bất đối xứng

+ ITU-T G.894.2 Adm1 (02/2006): thêm phụ lục cho ITU-T G.894.2, các xác minh về khả năng chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thống GPON 2.488/1.244 Gbit/s

+ ITU-T G.894.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specifinication”: mô tả lớp hội

tụ truyền dẫn (Transmission convergence-TC) cho các mạng GPON bao gồm định dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thức ranging, chức năng OAM và bảo mật

+ ITU-T G.894.4 (06/2004) “GPON: ONT management and control interface specification”: cung cấp chỉ tiêu kĩ thuật giao diện điều khiển (OMCI0 và quảnlí ONT các hệ thống GPOn

+ ITU-T G.894.4 Adm2 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả các mức cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vận chuyển lưu lượng

2.2.3 Kiến trúc mạng GPON

a Cấu trúc hệ thống GPON

Kiến trúc hệ thống GPON được mô tả như hình 2.4: bao gồm OLT, các ONU,

bộ chia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia quang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối tới ONU

Trong lớp GPON TC, giá trị lý thuyết cực đại là 60 km trong khi khoảng cách giữa các ONU xa nhất và gần nhất là 20 km Sự khác biệt này bị hạn chế ở chỗ kích thước cửa số không được mở rộng vì các vấn đề chất lượng dịch vụ Giống như đối với tỉ số chia, lớp TC hỗ trợ tới 128 nhánh chia

Hình 2.4 Kiến trúc mạng GPON [1]

b Chức năng của các khối trong mạng GPON

Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU và ODN

- Khối kết cuối đường quang OLT

OLT (optical line terminal) được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện chuẩn Về phía mạng phân phối, OLT bao gồm các giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ đường truyền, jitter,

OLT bao gồm ba phần chính:

+ Chức năng giao diện cổng dịch vụ (service port Interface Function)

+ Chức năng kết nối chéo (cross-connect function)

+ Giao diện mạng phân phối quang

Các khối chức năng chính của OLT được mô tả trong Hình 2.5:

Khối lõi PON (PON core shell): khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN

và chức năng PON TC Chức năng của PON TC bao gồm khung tín hiệu, điều khiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU.Mỗi PON TC có thể lựa chọn một phương thức truyền dẫn như ATM, GEM hoặc cả hai

Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): cung cấp đường truyền giữa khối lõi PON và khối dịch vụ Công nghệ để kết nối phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứng với các phương thức truyền dẫn đã lựa chọn(ATM, GEM hoặc

Chức năng kết nối chéo

Giao diện chức năng ODN

Giao diện chức năng ODN

Chức năng PON TC

Chức năng PON TC

Dịch vụ thích nghi

Dịch vụ thích nghi

Khối lõi PON Khối kết nối

chéo

Khối dịch vụ

.

.

Hình 2.5 Các khối chức năng của OLT [1]

Khối dịch vụ (Service shell): thực hiện chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ

và giao diện khung TC của phần mạng PON

- Khối mạng quang ONU

Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT Vì ONU hoạt động chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đích bảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng ghép và giải ghép dịch vụ (MUX và DMUX) được hỗ trợ để xử lý lưu lượng Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả trong Hình 2.6

Giao diện chức năng ODN

Giao diện chức năng ODN

Chức năng PON TC

Chức năng PON TC

Dịch vụ thích nghi

Dịch vụ thích nghi

dịch vụ

.

.

Ghép và giải ghép dịch vụ

Lựa chọn

Hình 2.6 Các khối chức năng của ONU [1]

- Mạng phân phối quang ODN

Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thụê bao

Bộ tách/ghép quang GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang Dạng đơn giản nhất của nó là một bộ ghép quang bao gồm hai sợi quang được hàn dính vào nhau Tín hiệu nhận được ở bất cứ đầu vào nào cũng bị chia thành hai phần ở