Mạng truy nhập quang FTTx

1.4 Định nghĩa và phân loại 1.4.1 Định nghĩa • FTTx Fiber To The x là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từcác thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II

_

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NIÊN KHÓA: 2018 – 2022

Đề tài: MẠNG TRUY NHẬP QUANG FTTx

Giáo viên hướng dẫn: Lê Quốc Cường

Sinh viên thực hiện: Đặng Lê Trung N18DCVT072

Lưu Phúc Khang N18DCVT037 Phạm Phương Nam N18DCVT045 Huỳnh Nhựt Quang N18DCVT052

HỆ CHÍNH QUYTP.HCM – 2021

LỜI NÓI ĐẦU

• Xã hội ngày càng phát triển dẫn tới sự phát triển của các khu vực kinh tế như:khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư caocấp… cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tếnhư: ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sửdụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu Bên cạnh đó,các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc

độ nhanh như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến,các dịch vụ đào tạo từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợpthoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng Sự phát triển của các loại hìnhdịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băngrộng, tốc độ truy cập cao Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã được triểnkhai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầudịch vụ Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang (FTTx) làvấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứngyêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới

• Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiệnnay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khaimạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tớicung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băngthông rộng GPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiệntại và tương lại

• Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT,Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang(FTTx - Fiber To The X) Và CMC TI là công ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai

mạng FTTx theo công nghệ GPON Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Mạng truy nhập quang FTTx” để tìm hiểu về công nghệ này.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx

1.1 Giới thiệu chương

1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FFTx

1.3 Nhu cầu về thuê bao băng rộng

1.4 Định nghĩa và phân loại

1.4.1 Định nghĩa

1.4.2 Phân loại

1.4.2.1 Phân loại theo cấu hình

1.4.2.1.1 Cấu hình Point to Point 1.4.2.1.2 Cấu hình Point to multi-Point

1.4.2.2 Phân loại theo chiều dài cáp quang

1.5 Ưu điểm và nhược điểm FTTx

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH GPON

3.1 Công nghệ GPON là gì ?

3.1.1 Điểm nổi bật của mạng cáp quang GPON

3.1.2 Nhược điểm của mạng cáp quang GPON

3.2 Các thiết bị trong mạng GPON

3.2.1 Thiết bị ONT (Optical network terminal)

3.3.1.2 Tính chất của công nghệ cáp quang FTTB

3.3.1.3 Cách hoạt động của công nghệ cáp quang FTTB

3.3.2 FTTC (Fiber to the Curb)

3.3.2.1 FTTC là gì ?

3.3.2.2 Chi tiết về công nghệ cáp quang FTTC

3.3.3 FTTN (Fiber to the Node)

3.3.3.1 FTTN là gì ?

3.3.3.2 Tốc độ của FTTN

3.3.4 FTTH (Fiber to the Home)

3.3.4.1 FTTH là gì ?

3.3.4.2 Trải nghiệm thực tế về mạng FTTH

3.3.5 Tốc độ của FTTH, FTTB, FTTC, FTTN khác nhau ra sao?

3.4 Kết luận chương 3

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG MẠNG FTTX

THEO CHUẨN GPON

4.1 Giới thiệu chương

4.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang

4.2.1 Tỉ lệ lỗi bit BER

4.2.2 Hệ số phẩm chất Q

4.2.3 Đồ thị mắt

4.2.4 Mối quan hệ giữa đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER

4.3 Các tham số đặc trưng cho mạng GPON

4.3.1 Bước sóng hướng xuống 1490 nm, hướng lên 1310 nm 4.3.2 Phương thức điều chế NRZ

4.3.2.1 Chức năng cơ bản của mã đường dây

4.3.2.2 Tại sao lại dùng điều chế NRZ

4.4 Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng chất lượng mạng GPON

4.4.1 Sơ đồ kết nối

4.4.2 Các tình huống mô phỏng

4.4.2.1 Các thông số thiết lập chung

4.4.2.2 Ảnh hưởng của khoảng cách

4.4.2.3 Ảnh hưởng của hệ số chia của Splitter

4.4.2.4 Ảnh hưởng của tốc độ bit

4.5 Kết luận chương

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT

TRIỂN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx

1.1 Giới thiệu chương

• Mạng truy nhập là phần mạng nằm ở dặm cuối cùng của mạng thông tin liênlạc Nhằm phục vụ cho nhu cầu sử dụng thông tin liên lạc của con ngườingày càng phong phú hơn

• Mạng truy nhập gồm các chức năng : ghép kênh, nối chéo, truyền dẫn

• Chương này cho ta cái nhìn khái quát về sự ra đời, định nghĩa và hiểu sâuhơn về mạng FTTx

1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FFTx

• Mạng viễn thông hiện nay được phát triển theo hướng hoàn toàn số hóa đaphương tiện và internet

• Điều này làm cho việc tìm kiếm phương án giải quyết truy nhập băng rộng cógiá thành thấp, chất lượng cao đã trở nên rất cấp thiết

• Cùng với sự phát triển của xã hội thông tin, nhu cầu sử dụng dịch vụ viễnthông ngày càng tăng, từ dịch vụ điện thoại đến dịch vụ số liệu, hình ảnh, đaphương tiện

1.3 Nhu cầu về thuê bao băng rộng

• Ngày càng có nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời mà yêu cầu về băngthông của nó là rất lớn.

Bảng 1: Yêu cầu băng thông đối với một số loại dịch vụ

Service Bandwidth (downstream)

Broadcast TV (MPEG 2) 2 - 6 Mbps

High speed internet 3 - 10 MbpsVideo Conferencing 300 - 570 KbpsVoice/Video Telephony 64 - 570 Kbps

• Tốc độ tăng số lượng người dùng internet cũng như số lượng thuê bao quyđổi tại việt nam đang đi vào mức ổn định từ 20-30% năm Công nghệ ngàycàng phát triển dẫn đến nhu cầu về truy cập tốc độ cao ngày càng tăng

• Năng lực kết nối của các ISP ra quốc tế có tốc độ tăng nhanh qua các năm ,ởmức trên 90% năm, điều đó chứng tỏ nhu cầu gia tăng cả về chất lượng cũngnhư số lượng người sử dụng internet

1.4 Định nghĩa và phân loại

1.4.1 Định nghĩa

• FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từcác thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao Trongđó,sợi quang có hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhàcung cấp đến khách hàng Ở đây, “x” được hiểu là một ký hiệu đại diện chocác loại hình mạng khác nhau như FTTH, FTTC, FTTB, FTTN Do đó nó cóthể thay thế cơ sở hạ tầng cáp đồng hiện tại như dây điện thoại, cáp đồngtrục Đây là một kiến trúc mạng tương đối mới và đang phát triển nhanhchóng bằng cách cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng Hiện nay,công nghệ cáp quang có thể cung cấp đường truyền cân bằng lên tới tốc độ

100 Mbps

1.4.2 Phân loại

1.4.2.1 Phân loại theo cấu hình

1.4.2.1.1 Cấu hình Point to Point

• FTTx theo cấu trúc dạng Point to Point: Theo phương án kết nối này, từ nhàcung cấp sẽ dẫn một đường cáp quang tới tận nhà khách hàng, đường quangnày sẽ chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu điện và cấp cho khách hàng

• Theo phương án này, thì số đơn vị phân ra làm hai loại:

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

• Nhược điểm: Khi số lượng thuê bao lớn lên, kiến trúc này không còn phù hợpnữa bởi việc quản lý đường truyền vật lý thuê bao sẽ rất phức tạp và tốnkém

1.4.2.1.2 Cấu hình Point to multi-Point

• Theo kiến trúc này tại nhà cung cấp đặt một thiết bị làm việc theo chuẩn PON,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 1 sợi quang

và 1 card lắp tại OLT sẽ quản lý khoảng 64 thuê bao

• Ưu điểm: kiến trúc đơn giản, dễ quản lý, chi phí đặc biệt tỏ rõ ưu thế khi sốlượng thuê bao cho một khu vực lớn Việc sử dụng cấu hình cũ là không cònphù hợp, kiến trúc này được sử dụng trong giai đoạn phát triển của hệ thốngFTTH hay FTTX

• Ngược điểm: thiết bị đầu cuối, vật tư, nguyên liệu có giá thành cao, hơn nữakiến trúc này đòi hỏi phải có quá trình đào tạo chuyên sâu cho các đơn vịthực hiện

1.4.2.2 Phân loại theo chiều dài cáp quang

Hình 1.2 Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang

• Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTxthông qua Hình 1.2 Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTC,FTTN

- FTTH là cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao Là kết nối cáp quang

thuần túy được đi trực tiếp từ nhà mạng (ISP) đến hộ gia đình hoặcdoanh nghiệp Sợi cáp quang được làm từ nhiều sợi quang, mỗi sợichỉ dày cỡ một sợi tóc Được thiết kế để truyền dẫn tín hiệu ánh sáng

từ đầu này đến đầu kia bằng nguyên lý phản xạ, và đây cũng chính là

tín hiệu Internet Ở hai đầu sẽ có những bộ chuyển đội tín hiệu quangthành tín hiệu số.

- FTTB giống như FTTH nhưng ở đây là kéo đến các tòa nhà cao tầng.

Là loại hình dịch vụ cáp quang phổ biến trên thế giới FTTB sử dụngcáp quang để nối từ nhà mạng đến một thùng tín hiệu, còn từ thùngnày đến từng căn hộ thì sử dụng cáp đồng Có chi phí rẻ hơn so vớiloại hình FTTH, từ đó giảm giá các gói cước xuống thấp hơn

- FTTC là cáp quang đến một khu vực dân cư Là kết nối cáp quang từISP không đi đến tận nhà, mà đi đến một chiếc tủ kim loại lớn(cabinet) trong khu phố của bạn Có thể nhìn thấy chúng trên các conphố gần nhà FTTC sử dụng cả cáp đồng truyền thống và cáp quang

Nó sử dụng cáp quang từ nhà cung cấp đến cabinet trên phố, và sau

đó là dây đồng để kết nối từ cabinet tới nhà riêng và doanh nghiệp Vìviệc lắp đặt cáp quang cho hộ gia đình hoặc doanh nghiệp vô cùngtốn kém, nên các kỹ sư sử dụng đồng làm vật liệu thay thế

- FTTN là một trong nhiều tùy chọn để cung cấp dịch vụ viễn thông cáp

cho nhiều điểm đến Cung cấp kết nối băng rộng và các dịch vụ dữliệu khác thông qua một hộp mạng chung Khả năng phân phối dữliệu trên các đường cáp quang hiệu quả hơn Thường sử dụng cápđồng trục hoặc cáp xoắn đôi để đạt được phân phối cho nhiều kháchhàng

1.5 Ưu điểm và nhược điểm FTTx

1.5.1 Ưu điểm

• Công nghệ FTTx sử dụng cáp quang nên nó có rất nhiều ưu điểm của hệthống quang nói chung:

• Dung lượng lớn: Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông

tin Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời60.000 cuộc đàm thoại Một cáp sợi quang (có đường kính > 2cm) có thểchứa được khoảng 200 sợi quang, dung lượng đường truyền lên tới6.000.000 cuộc đàm thoại

• Tính cách điện: Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thích hợp không

chứa vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứngdụng Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dướiđất hay những trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đườngdây thông tin như sét hay những trục trặc về điện

• Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quang

không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thôngthường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích đểlấy thông tin ở dạng tín hiệu quang

• Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Do không chịu ảnh hưởng của hiện tượng

fading và do có tuổi thọ cao nên yêu cầu về bảo dưỡng đối với hệ thốngquang là ít hơn so với các hệ thống khác

• Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các

dạng thông tin số liệu, thoại và video Các hệ thống này đều có thể tươngthích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, E1/T1, E2/T2, E3/T3,SONET/SDH, thoại 2/4 dây

• Tính mở rộng: Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp có thể dễ

dàng được mở rộng khi cần thiết Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp,

ví dụ E1/T1 (2,048 Mbps/1,544 Mbps) có thể được nâng cấp trở thành một hệthống tốc độ số liệu cao hơn bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử Hệ thốngcáp sợi quang có thế vẫn được giữ nguyên như cũ

• Sự tái tạo tín hiệu: Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đường

truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu,khoảng cách này còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếchđại laser

1.5.2 Nhược điểm

• Mặc dù sợi quang rất rẻ nhưng chi phí cho lắp đặt, bảo dưỡng, thiết bị đầu cuối lại lớn Hơn thế nữa, do thiết bị đầu cuối còn khá đắt cho nên không phảilúc nào hệ thống mạng FTTx cũng phù hợp Đối với những ứng dụng thông thường, không đòi hỏi băng thông lớn như lướt Web, check mail… thì cáp đồng vẫn được tin dùng Do đó càng ngày người ta càng cần phải đầu tư nghiên cứu để giảm các chi phí đó

1.6 Ứng dụng của FTTx

• Những tính năng vượt trội của FTTx cho phép sử dụng các dịch vụ thoại, truyền hình, internet từ một nhà cung cấp duy nhất với một đường dây thuê bao duy nhất Điều đó tạo nên sự thuận tiện không chỉ trong việc nhỏ gọn về thiết bị, đường dây, chi phí mà điều quan trọng là nó mang lại chất lượng đường truyền tốt nhất

• IPTV (Internet Protocol TV) là dịch vụ truyền hình qua kết nối băng rộng dựa trên giao thức Internet Đây là một trong các dịch vụ Triple - play mà các nhà khai thác dịch vụ viễn thông đang giới thiệu trên phạm vi toàn thế giới Hiểu một cách đơn giản, Triple - play là một loại hình dịch vụ tích hợp 3 trong 1: dịch vụ thoại, dữ liệu và video được tích hợp trên nền IP (tiền thân là từ hạ tầng truyền hình cáp) Tại Việt Nam, IPTV đã trở nên khá gần gũi đối với người sử dụng Internet tại Việt Nam Các nhà cung cấp như FPT, VNPT, SPT,VTC đã đưa IPTV, VoD ra thị trường nhưng ở phạm vi và quy mô nhỏ

• Các loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ truyền cao, độ bảo mật tốt như truyền hình hội nghị, Hosting server riêng, VPN cũng được các nhà cung cấp dịch vụtập trung khai thác Ngoài ra còn rất nhiều dịch vụ khác như check mail, lướt web, chat, game online, xem phim, nghe nhạc trực tuyến, học trực tuyến…

1.7 Kết luận chương

• Chương 1 giúp hiểu rõ hơn, có cái nhìn tổng quan về mạng FTTx Đó là một

trong những thị trường vô cùng tiềm năng và đang trong từng bước phát triển Nó đem đến chất lượng tốt hơn đối với không chỉ loại hình dịch vụ truyền thông như thoại, data mà còn cả những dịch vụ mới Để tìm hiểu sâu

hơn về kiến trúc mạng này chúng ta sẽ đi tiếp Chương 2.

CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG

2.1 Giới thiệu chung

• FTTx có thể sử dụng mạng quang chủ động Active Optical Network (AON)hoặc mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) để triển khaimạng lưới Hai mạng này được phân biệt với nhau bởi kiến trúc có hay không

có sự tham gia của các thành phần tích cực trong tuyến truyền từ tổng đàinhà cung cấp (CO) tới người sử dụng Trong chương này, chúng ta sẽ xemxét qua về kiến trúc mạng chủ động AON và nghiên cứu chủ yếu mạng quangthụ động PON

2.2 Mạng quang chủ động AON

• Mạng quang chủ động sử dụng các thiết bị cần nguồn điện nuôi để phân tích

dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc multiplexer Dữ liệu từ phía nhàcung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng đó và dữliệu từ phía khách hàng sẽ tránh được xung đột khi truyền trên đường vật lýchung bằng việc sử dụng bộ đệm của các thiết bị chủ động Mỗi tủ chuyểnmạch có thể quản lý tới 1.000 khách hàng, thông thường là 400-500 khách

hàng Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyếndựa vào lớp 2 và lớp 3

• Một nhược điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyểnmạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tínhiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyểnngược lại để truyền đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thểtrong hệ thống FTTX Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ caonên các thiết bị này có chi phí đầu tư lớn, không phù hợp với việc triển khaiđại trà cho mạng truy cập

Hình 2.1 dưới đây mô tả kiến trúc mạng quang chủ động AON.

2.3 Mạng quang thu động PON

2.3.1 Mô hình mạng quang thụ động

• Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang,ONU/ONT OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kếtnối tất cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang Tín

hiệu từ OLT sẽ đến các splitter quang Splitter quang được sử dụng để phânchia băng thông từ một sợi duy nhất đến 64 người sử dụng (có thể là 32 hoặc

16, điều đó phụ thuộc vào hệ số chia của splitter) trên một khoảng cách tối đa

là 20 km Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người sử dụng cần có cácONU/ONT Các thiết bị này có nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệuquang Sự khác biệt rõ nhất giữa ONU và ONT là ONU không cần cấp nguồncòn ONT cần phải cấp nguồn và chỉ có ONU mới có khả năng hỗ trợ dịch vụIPTV

2.3.2 Các chuẩn mạng PON

• Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩntheo phương thức ghép kênh TDM PON như là APON, BPON (BroadbandPON), EPON (Ethernet PON), GPON (Gigabit PON); nhóm 2 bao gồm chuẩntheo các phương thức truy nhập khác như WDM-PON (Wavelength DivisionMultiplexing PON) và CDMA-PON (Code Division Multiple Access PON)

2.3.3 Ưu Nhược điểm mạng PON

o Tốc độ down load và up load cao

o Giảm chi phí sợi quang và giảm chi phí các thiết bị cho phép nhiềungười dung chia sẻ chung một sợi

• Nhược điểm

o Giới hạn băng thông cho các thuê bao vì splitter chia đều băng thong

o Giới hạn vùng phủ sóng: tối đa là 20 km, phụ thuộc vào số lượngsplitter (càng nhiều splitter thì khoảng cách truyền càng giảm) Khi cóOLT mới cần lắp đặt thì giá thành đối với mỗi thuê bao có kết nối đến

o OLT đó sẽ tăng lên cho đến khi các port của OLT lấp đầy

2.3.4 So sánh mạng PON và AON

2.3.4.1 Về băng thông và lưu lượng

• Ngày càng có nhiều dịch vụ viễn thông yêu cầu tốc độ cao như IPTV, VOD,Conference meeting… Do đó băng thông là một vấn đề vô cùng quan trọng

• Các chuẩn của mạng PON được nghiên cứu rộng rãi cho phép băng thôngcấp phát đến các port tại OLT là giống nhau Và để điều chỉnh băng thông vàlưu lượng của một thuê bao thì rất khó vì nó phụ thuộc vào cấu trúc của

mạng PON Điều này có thể được cải tiến nếu cấu trúc mạng PON có cấuhình dự phòng n +1

• Mạng AON: với mỗi một thuê bao sử dụng riêng một đường cáp quang thìbăng thông có thể nằm trong khoảng từ 100Mbps đến 1Gbps (đối với hộ giađình hoặc một công ty) Việc điều chỉnh băng thông khá dễ dàng Khi mộtnode truy cập được cấu tạo từ các module thì người ta có thể nâng cấp đượcbăng thông cho một thuê bao nào đó bằng cách can thiệp vào phần cứng

2.3.4.2 Về tính kinh tế

Bảng 2.1 So sánh AON và PON về giá thành thiết bị

Giá thành thiết bị đầu cuối

Thấp

Bởi vì các chuẩn

Ethernet đã được sử

dụng nên thiết bị đầu

cuối tại phía người

AON ưu thế hơn

Giá thành các thành phần cấu thành nên mạng (các thiết bị chủ động )

Vì mỗi một nguồn laser trên OLT

sẽ chia sẻ cho nhiều thuê bao

PON ưu thế hơn

Bảng 2.2 So sánh AON và PON về chi phí vận hành và bảo trì hệ thống

AON PON Giá thành

Nguồn điện tiêu thụ

Chi phí bảo dưỡng

Mỗi một node truy

vì có ít thiết bị thụ độnghơn trong cấu hình mạng

• Tóm lại, mỗi cấu hình mạng đều có những ưu điểm riêng của nó Tùy vào khảnăng tài chính của từng nhà cung cấp dịch vụ cũng như các điều kiện khác

mà lựa chọn mạng PON hay là AON Tuy nhiên với những ưu điểm đặc biệt,mạng PON đang dần chiếm lĩnh thị trường băng rộng

2.4 Bảo mật

• Trong hệ thống PON thì hướng xuống, dữ liệu được truyền broadcast đến tất

cả ONU Mỗi ONU chỉ có thể truy cập dữ liệu của mình, nhưng nếu ngườidùng nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để truycập dữ liệu, hệ thống bảo mật PON sẽ ngăn chặn việc này Giống như cácmạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật mã để ngăn ngừa việc nghe trộm cáctín hiệu không mong muốn Không giống như truy cập wireless hay modem,trong mạng PON, bất kì ONU nào cũng không thể thấy được lưu lượnghướng lên của ONU khác

• Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã Đầu tiên là chỉ cần mật

mã ở hướng truyền xuống của dữ liệu Thứ 2 là dữ liệu hướng lên có thể

truyền khóa mật mã GPON sử dụng chuẩn mật mã AES (AdvancedEncryption Standard) Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối

dữ liệu 16 byte (128 bit) Đặc biệt chế độ đếm được sử dụng Khối mật mãgiả ngẫu nhiên 16 byte được phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để tạo ra dữliệu mật mã ở OLT Ở ONU, dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuỗi giảngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu Với ATMchỉ có 48 byte được mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã.OLT khởi tạo việc trao đổi khóa bằng việc gửi bản tin đến ONU thông quakênh PLOAM Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra khóa và phát ngượctrở về OLT

2.5 Kết luận chương

• Chương 2 đã nêu lên được các giải pháp triển khai mạng FTTx: AON và

PON Đi sâu tìm hiểu PON và nghiên cứu kỹ các đặc tính kỹ thuật, kiến trúccủa mạng GPON Chương cũng đưa ra cấu trúc của các thiết bị ONT và OLT

Chương 3 sẽ tìm hiểu cụ thể hơn về các thiết bị đầu cuối này.

Chương 3: Mô hình GPON

3.1 Công nghệ GPON là gì ?

• Công nghệ mạng cáp quang GPON là chuẩn mạng trong công nghệ mạngchuẩn PON (Passive Optical Network) Là viết tắt của từ “Gigabit-capablePassive Optical Networks” hay “Mạng quang thụ động tốc độ Gigabit” MạngGPON bao gồm chủ yếu hai thiết bị truyền động đang hoạt động, cụ thể là -Ngắt dòng quang (OLT) và Thiết bị mạng quang (ONU) hoặc Ngắt kết nốimạng quang (ONT) GPON hỗ trợ dịch vụ triple-play, băng thông cao, tầm với(tối đa 20km), v.v.

• Đây là mô hình kết nối mạng theo kiểu kết nối: Điểm – Đa điểm Trong đó cácthiết bị kết nối giữa nhà mạng và khách hàng sử dụng các bộ chia tín hiệuquang (Spilter) thụ động (không dùng điện)

• Chuẩn GPON hiện nay được định nghĩa dựa trên giao thức cơ bản củachuẩn SONET/SDH ITU-T Các giao thức của nó khá đơn giản và đòi hỏi rất ítthủ tục Chính vì thế hiệu suất của GPON đạt đến 90%

• Một sợi quang từ OLT chạy tới Bộ tách quang thụ động (các phương tiện thụđộng, nó không yêu cầu bất kỳ nguồn điện nào hoạt động) nằm gần vị trí củangười dùng Bộ tách quang chỉ phân chia công suất quang thành N đườngdẫn riêng biệt cho người dùng Các đường dẫn quang có thể thay đổi từ 2đến 128 Từ bộ tách quang, một sợi quang đơn mode (SM) chạy tới từngngười dùng GPON sử dụng hai cơ chế ghép kênh

• Theo hướng hạ lưu (tức là từ OLT đến người dùng), các gói dữ liệu đượctruyền theo cách phát sóng, nhưng mã hóa (AES) được sử dụng để ngănchặn nghe lén

• Ở thượng nguồn hướng (tức là từ người dùng đến OLT), các gói dữ liệuđược truyền theo cách thức TDMA

Một số tiêu chí kỹ thuật cho hệ thống GPON (FTTH):

• Tốc độ bit: 1.24416 hoặc 2.48832 Gb/s ở hướng xuống và 0.15552 hoặc0.62208 hoặc 1.24416 hoặc 2.48832 Gb/s ở hướng lên

• Bước sóng: 1260 đến 1360 nm cho hướng lên và 1480 đến 1500 cho hướngxuống

• Loại tín hiệu truyền: chỉ truyền tín hiệu số

• Tỉ lệ chia của spliter: hỗ trợ đến 1:64 và phụ thuộc vào suy hao của ODN

o Dựa vào suy hao của ODN, quy định có 3 lớp:

- Lớp A: 5 đến 20 dB

- Lớp B: 10 đến 25 dB

- Lớp C: 15 đến 30 dB

• Chênh lệch suy hao lớn nhất giữa các ONU: 15 dB

• Khoảng cách sợi quang tố đa: 20 Km nếu dùng nguồn phát DFB (DistributedFeedback Laser) và 10 Km nếu dùng nguồn phát là Laser Fabry-Perot chohướng lên

• Công suất phát trung bình cho hướng xuống trên 1 sợi quang tại tốc độ 1.2Gb/s:

• Công suất phát trung bình cho hướng lên trên 1 sợi quang tại tốc độ 1.2 Gb/s:

- Lớp A: -3 đến 2 dBm

- Lớp B: -2 đến 3 dBm

- Lớp C: 2 đến 7 dBm

• Tỉ lệ lỗi bit lớn nhất: 10-10

3.1.1 Điểm nổi bật của mạng cáp quang GPON

• Sử dụng các thiết bị chia quang Splitter không cần cấp nguồn điện Điều nàygiúp đạt được nhiều lợi ích như: giảm được chi phí, có thể đặ bất cứ đâu, tiếtkiện điện Đặc biệt là gần như không bị ảnh hưởng của thời tiết: sét, mưabão,… điều này thật sự có lợi với kiểu thời tiết ở Việt Nam

• Ưu điểm lớn nhất của công nghệ mạng cáp quang GPON là đem đến chongười dùng trải nghiệm cảm giác của một đường truyền tốc độ rất cao sửdụng trong IPTV, camera, truyền hình trực tuyến, VOD, Video Conference …Đây chính là ưu điểm “All in One” – tất cả trong một

• Không bị suy giảm tốc độ như công nghệ quang chủ động do phụ thuộc vàocác thiết bị chuyển mạch Quang – Điện khi truyền đi trong hệ thống

• Giảm được chi phí bảo dưỡng, vận hành

• Cung cấp dịch vụ cho mọi khách hàng với tốc độ download lên đến 2,5 Gb/s

• Đảm bảo dịch vụ cáp quang băng thông rộng FTTx có đường truyền Internetđạt chất lượng cao, không bị suy hao hay suy giảm chất lượng kết nối theokhoảng cách – tối đa có thể lên tới 20 km.

3.1.2 Nhược điểm của mạng cáp quang GPON

• Khó nâng cấp băng thông khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến điểm

sẽ ảnh hưởng đến những thuê bao khác trong trường hợp đã dùng hết băngthông)

• Khó xác định lỗi do 1 sợi quang chung cho nhiều người dùng

• Tính bảo mật cũng không cao bằng công nghệ mạng cáp quang AON

3.2 Các thiết bị trong mạng GPON

3.2.1 Thiết bị ONT ( Optical network terminal)

• Thiết bị đầu cuối mạng quang ONT là một modem GPON kết nối đến điểmkết thúc bằng cáp quang Nó được sử dụng tại tiền đề của người dùng cuối

để kết nối với mạng PON ở một bên và giao diện với người sử dụng ở phíabên kia Dữ liệu nhận được từ khách hàng cuối cùng được gửi, tổng hợp vàtối ưu hóa bởi ONT tới OLT thượng lưu

• ONT còn được gọi là đơn vị mạng quang học ONU ONT là một thuật ngữITU-T, trong khi ONU là một thuật ngữ của IEEE Cả hai đều tham khảo thiết

bị phụ của người dùng trong mạng GPON Sự khác biệt nhỏ giữa chúng cóthể là địa điểm ứng dụng ONU có thể làm việc ở nhiệt độ khác nhau và điềukiện thời tiết

• ONT chia thành nhiều loại: trong nhà (Indoor series), bên ngoài (Outdoorseries), doanh nghiệp (Business series), modular (Modular series)

Thiết bị Indoor-series ONT

• Là thiết bị dùng cho gia đình Indoor ONT cung cấp kết nối giữa cáp quangPON và thiết bị của người sử dụng, Indoor ONT phục vụ như một điểm vàoduy nhất cho các dịch vụ Nhiều ONT được kết nối với mạng 7342 ISAMFTTU

• Thiết bị Outdoor-series ONT: được lắp đặt bên trong hoặc bên ngoài nhà ở

Thiết bị Bussiness-series ONT

Thiết bị Bussiness ONT phù hợp trong các doanh nghiệp cho

những ứng dụng SOHO.

Thiết bị MDU-series ONT

• Được sử dụng bên trong hoặc bên ngoài nhà, trên tường hoặc trong các tủrack Modular ONT được thiết kế chắc chắn và kín để chống bụi, mưa 3Thiết bị OTL

Các chức năng của ONT:

• Dùng để kết nối với điểm cuối bằng cáp quang Nó được sử dụng để kết nốivới mạng PON trên cơ sở người dùng cuối và giao diện với người dùng ởphía bên kia Dữ liệu nhận được từ đầu cuối của khách hàng được ONT gửi,thu thập và tùy chỉnh tới OLT ngược dòng

3.2.2 Thiết bị OLT

• Một thiết bị đầu cuối đường quang OLT, còn được gọi là chấm dứt dòngquang, hoạt động như thiết bị phần cứng điểm cuối trong mạng quang thụđộng OLT chứa một đơn vị xử lý trung tâm (CPU), thẻ mạng quang thụ động,

bộ định tuyến cổng vào (GWR) và thẻ đường lên cổng thoại (VGW) Nó cóthể truyền tín hiệu dữ liệu đến người dùng ở 1490 nanomet (nm) Tín hiệu cóthể phục vụ lên đến 128 ONTs ở một tầm bắn lên tới 12,5 dặm bằng cách sửdụng bộ tách quang

Các chức năng của OLT:

• OLT thường được sử dụng cho thiết bị đầu cuối kết nối với xương sống sợi

• OLT có hai chức năng chính:

o Chuyển đổi tín hiệu chuẩn sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ FiOS sang tần số và khung được sử dụng bởi hệ thống PON;

o Phối hợp ghép kênh giữa các thiết bị chuyển đổi trên các đầu cuối mạng quang (OLT) nằm trên mặt bằng của khách hàng

Vai trò của OLT trong Mạng GPON:

• Như đã đề cập ở trên có hai chức năng được thực hiện bởi OLT, và chứcnăng chính của OLT là điều khiển thông tin trôi nổi trên mạng phân phốiquang (ODN), đi cả hai hướng, trong khi được đặt tại văn phòng trung tâm.Khoảng cách tối đa được hỗ trợ để truyền qua ODN là 20 km OLT có haihướng float: upstream (nhận phân phối loại dữ liệu và lưu lượng thoại khácnhau từ người dùng) và hạ lưu (nhận lưu lượng dữ liệu, thoại và video từmạng metro hoặc từ mạng đường dài và gửi cho tất cả các mô-đun ONT trênODN

Sơ đồ khối chức năng OLT

• Khối lõi PON (PON core shell)

o Khối này gồm hai phần, chức năng giao diện ODN được mô tả trongmục sau và chức năng nội tụ truyền dẫn (PON TC - Transmission