Đồ án điệnt tử viễn thông - Đề tài: "THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG " - HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG doc

Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà không có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bản thì nó bao gồm sợi quang và các thiết bị thụ động.. Công nghệ mạng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VIỄN THÔNG II

_

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HỆ: HOÀN CHỈNH KIẾN THỨC ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

- o0o - - o0o -

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2009 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC ( Dành cho người hướng dẫn ) 1 Tên đề tài tốt nghiệp:

Mã đề tài:

2 Họ tên sinh viên thực hiện: Lớp:

Ngày sinh: MSSV:

3 Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện: Số trang: Số chương (phần):

Số bảng số liệu: Số hình vẽ:

Số tài liệu tham khảo: Phần mềm sử dụng:

Hiện vật (sản phẩm phần mềm, phần cứng):

4 Những ưu điểm chính của đồ án tốt nghiệp: 4.1 Nội dung thực hiện:

4.2 Kết quả sản phẩm:

4.3 Khả năng áp dụng:

4.4 Hình thức trình bày:

6 Đề nghị: Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ 

7 Đánh gía chung: Điểm số : /10 ; Điểm chữ:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

- o0o - - o0o -

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2009 PHIẾU NHẬN XẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC ( Dành cho người đọc duyệt ) 1 Tên đề tài tốt nghiệp:

Mã đề tài:

2 Họ tên sinh viên thực hiện: Lớp:

Ngày sinh: MSSV:

3 Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện: Số trang: Số chương:

Số bảng số liệu: Số hình vẽ:

Số tài liệu tham khảo: Phần mềm sử dụng:

Hiện vật (sản phẩm phần mền, phần cứng):

4 Những ưu điểm chính của đồ án tốt nghiệp: 4.1 Nội dung thực hiện:

4.2 Kết quả sản phẩm:

4.3 Khả năng áp dụng:

4.4 Hình thức trình bày:

5 Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp:

b)

c)

8 Đánh giá chung: Điểm số: /10 ; Điểm chữ: ( Ghi chú: Trong trường hợp thay đổi điểm chấm giáo viên phải ký tên xác nhận )

Xác nhận của Bộ môn/Khoa Giáo viên đọc duyệt

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi đến:

 Ba mẹ và gia đình người đã hỗ trợ không những về vật chất mà

còn là tinh thần và là nguồn động viên rất lớn của em trong suốt quá trình học tập

 Các quý thầy cô của trường Học viện Công nghệ Bưu chính viễn

thông cơ sở tại Tp.HCM nói chung và các thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông nói riêng những người đã giảng dạy truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong suốt 2 năm học qua

 Thầy Đỗ Văn Việt Em_người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình

hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án tốt nghiệp này

 Các bạn đồng lớp Điện tử - Viễn thông niên khóa 2007 – 2009

đã hỗ trợ, động viên nhau trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp này

Một lần nữa em chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2009

Sinh viên thực hiện HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN

LỜI MỞ ĐẦU

Các kĩ thuật trong thông tin quang có thể cung cấp giải pháp ứng dụng cho hiện tại và tương lai Thông qua sự phát triển của sợi quang thì kiến trúc mạng viễn thông cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu có dung lượng lớn Một số thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lượng băng thông cao, truyền dẫn dài, đáng tin cậy

Những năm gần đây, việc gia tăng dung lượng mạng truyền dẫn cùng với việc phát triển các ứng dụng và dịch vụ mới đến khách hàng đã tạo ra hiện tượng gọi là thắt cổ chai trong mạng truy nhập Không nghi ngờ gì nữa mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tượng thắt

cổ chai Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà không có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bản thì nó bao gồm sợi quang và các thiết bị thụ động Điều này làm tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng quang

Hiện nay có 2 mạng PON được chuẩn hóa tùy theo kĩ thuật lớp 2 được sử dụng là ITU-T and IEEE Chuẩn PON đầu tiên dựa vào ATM như là APON và BPON và dựa vào giao thức đóng gói GFP được biết như là GPON Thứ 2 là chuẩn IEEE 802.3ah nổi lên như là một ứng

cử viên đầy hứa hẹn cho mạng truy nhập băng rộng ở thế hệ kế tiếp, đó là EPON

Luận án tốt nghiệp này được trình bày gồm 4 chương với nội dung như sau:

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON (Passive Optical

Network) Chương này giới thiệu về mạng PON, các thành phần cơ bản trong mạng PON và phân loại các loại PON

Chương 2: Tìm hiểu FTTH (Fiber to the home) Chương này tìm hiểu cụ thể các

loại PON chuẩn theo ITU-T: APON/BPON, GPON và EPON, sau đó giới thiệu muốn

mở rộng mạng PON chuẩn này bằng cách sử dụng bộ khuếch đại quang như thế nào?

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH Chương này nêu ra mô

hình thiết kế, bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng quang thụ động PON theo chuẩn ITU-T và hướng mở rộng của mạng PON

Chương 4: Chương trình thiết kế Giới thiệu chương trình thiết kế Áp dụng Visual

basic Net để giải quyết chương trình

Do thời gian nghiên cứu không nhiều và quá trình thiết kế chắc chắn không tránh khỏi một số thiếu sót nhất định Mong được sự góp ý phê bình quý báu của quý thầy cô để sau này

em tiếp tục nghiên cứu sâu hơn

Tp.HCM, ngày 01 tháng 10 năm 2009

Sinh viên thực hiện HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON 1

1.1 Giới thiệu mạng quang thụ động PON 1

1.1.1 Công nghệ PON 1

1.1.2 Đặc điểm chính của hệ thống PON 1

1.2 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 2

1.2.2 OLT 4

1.2.2.1 Phần lõi OLT 4

1.2.2.2 Phần dịch vụ OLT 5

1.2.2.3 Phần chung OLT 5

1.2.3 ONU 5

1.2.3.1 Phần lõi ONU 5

1.2.3.2 Phần dịch vụ ONU 6

1.2.3.3 Phần chung ONU 6

1.2.4 ODN 6

1.2.4.1 Sợi quang và cáp quang 6

1.2.4.2 Splitter 7

1.3 Tại sao PON lại phát triển 8

1.4 Phân loại PON 9

Chương 2 TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME 11

2.1 APON/BPON 11

2.1.1 Mô tả hệ thống APON/BPON 12

2.1.2 Kiến trúc phân lớp APON/BPON 13

2.1.3 Khung truyền dẫn APON/BPON 13

2.1.4 Bước sóng trong APON 16

2.1.5 Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ 17

2.2 GPON 18

2.2.1 Mô tả hệ thống GPON 18

2.2.2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC) 19

2.2.3 Khung truyền dẫn GPON 20

2.2.3.1 Cấu trúc khung down 20

2.2.3.2 Cấu trúc khung up 24

2.2.3.3 Ánh xạ lưu lượng vào tải GTC 28

2.2.4 Sắp xếp giao thức GPON 30

2.2.5 Phân bổ băng tần động DBA trong GPON 32

2.2.6 Bảo mật 33

2.2.7 Sửa lỗi FEC 33

2.3 EPON 34

2.3.1 Kiến trúc tầng Ethernet và EPON 34

2.3.2 Lớp phụ thuộc môi trường vật lí PMD của EPON 36

2.3.3 Hoạt động burst mode và Loop Timing trong EPON 36

2.3.4 Khung Ethernet 37

2.3.5 Giao thức điều khiển đa điểm 37

2.3.5.1 Ranging trong EPON 38

2.3.5.2 Hoạt động Gate và Report 38

2.3.5.4 Khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm 40

2.3.5.5 Tự động khám phá ONU 41

2.3.5.6 Mô phỏng P2P trong EPON 42

2.3.6 So sánh EPON và GPON 45

2.4 SuperPON 46

2.5 Phân bổ băng tần 47

2.5.1 Phương pháp phân bổ băng tần cố định 47

2.5.2 Mô tả hoạt động phân phối băng tần động cơ bản 48

2.5.3 IPACT 49

2.5.4 Phân phối băng thông tối thiểu được đảm bảo 52

2.5.5.3 Phân bổ băng thông động 40

2.5.5.7 Mã hóa và bảo vệ 45

2.6 Chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng trong mạng quang thụ động PON 53

2.6.1 Quản lí mạng cơ bản 54

2.6.2 Các chức năng quản lí 55

2.6.2.1 Quản lí thực thi 55

2.6.2.2 Quản lí cấu hình 55

2.6.2.3 Quản lí kế toán 55

2.6.2.4 Quản lí lỗi 55

2.6.2.5 Quản lí bảo mật 56

2.6.3 Hoạt động, quản lí và bảo dưỡng trong FTTH 57

2.7 Ứng dụng 58

2.7.1 Trên thế giới 58

2.7.2 Tại Việt Nam 59

Chương 3 MÔ HÌNH THIẾT KẾ VÀ BÀI TOÁN THIẾT KẾ FFTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON 61

3.1 Ý tưởng mô hình thiết kế 61

3.2 Bài toán thiết kế 62

3.2.1 Bài toán 1 Thiết kế FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON 62 3.2.2 Bài toán 2

Tính công suất thu được ở OLT và ONU và so sánh với độ nhạy của thiết bị sau đó đưa ra

iii

Sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao do tỉ lệ bộ chia splitter gây nên trong mô hình

thiết kế FTTH dựa trên mạng PON 65

3.3 Giả sử một số thiết bị OLT và ONU 67

Chương 4 CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ 69

4.1 Giới thiệu chương trình 69

4.2 Hướng dẫn thực hiện chương trình 69

PHỤ LỤC 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

TỪ VIẾT TẮT 82

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1 : Mô hình hệ thống mạng PON [1] 2

Hình 1 2 : Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng [9] 3

Hình 1 3 : Các khối chức năng OLT [6] 4

Hình 1 4 : Các khối chức năng ONU [6] 5

Hình 1 5 : Đặc tuyến suy hao của sợi quang [1] 7

Hình 1 6 : Các loại splitter 8

Hình 1 7 : Việc triển khai sợi quang trong mạng truy nhập [10] 9

Hình 2 1 : Mô hình hệ thống BPON [1], [10] 11

Hình 2 2 :Kiến trúc phân lớp APON/BPON 13

Hình 2 3 : Cấu trúc khung download và up load của APON 16

Hình 2 4 : Kế hoạch phân bổ bước sóng của ITU-T G.983.3 17

Hình 2 5 : Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ được đưa ra trong ITU-T G.983.1 18

Hình 2 6 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON [5] 20

Hình 2 7 : Khung down GTC [5] 20

Hình 2 8 : Mô tả chi tiết khung down GTC 21

Hình 2 9 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU [5] 22

Hình 2 10 : Khung up GTC [5] 24

Hình 2 11 : Mô tả chi tiết khung up GTC [1] 25

Hình 2 12 : Các cell ATM ở hướng up lên [5] 27

Hình 2 13 : Các khung GEM ở hướng up lên [5] 27

Hình 2 14 : Báo cáo DBA ở hướng up lên [5] 27

Hình 2 15 : Cấu trúc header vả khung GEM [5] 28

Hình 2 16 : Cơ chế trạng thái mô tả GEM [5] 29

Hình 2 17 : Ánh xạ và phân đoạn dữ liệu của user thành tải GEM [5] 30

Hình 2 18 : Ghép dữ liệu khẩn cấp sử dụng thủ tục phân khung GEM [5] 30

Hình 2 19 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 1 : Thủ tục đăng kí số serial cho ONU mới [1] 31

Hình 2 20 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 2 : Thủ tục đo độ trễ [1] 32

Hình 2 21 : Ví dụ khung down cho tốc độ 2.488 Gbps [5] 33

Hình 2 22 : Ví dụ khung up lên [5] 34

Hình 2 23 : Kiến trúc lớp P2P Ethernet và lớp P2MP EPON [1] 35

Hình 2 24 : Khuôn dạng khung Ethernet chuẩn 37

Hình 2 25 : Thủ tục sắp xếp EPON [1] 38

Hình 2 26 : Hoạt động Gate của EPON [1] 39

Hình 2 27 : Hoạt động Report của EPON 40

v

Hình 2 32 : Nhãn khung MAC trong EPON 44

Hình 2 33 : Mô phỏng hoạt động OLT quảng bá lưu lượng và ONU truyền P2P trong EPON 45

Hình 2 34 : MAC P2P và quảng bá trong EPON 45

Hình 2 35 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt sau bộ OLT 47

Hình 2 36 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt gần splitter để bù suy hao cho splitter 47

Hình 2 37 : Phân bổ khe thời gian cố định [3] 48

Hình 2 38 : Mô hình phân bổ băng tần động cơ bản [1] 48

Hình 2 39 : Các bước thuật toán polling [3] 52

Hình 2 40 : Các bước của giao thức phân bổ băng thông tối thiểu 53

Hình 2 41 : Các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và mối quan hệ của chúng [13] 54

Hình 2 42 : Các tiến trình quản lí lỗi [13] 56

Hình 2 44 : Bảng cập nhật xếp hạng sử dụng FTTH ở châu Á 58

Hình 2 43 : OLT khởi tạo loop-back điều khiển từ xa [13] 58

Hình 3 1 : Mô hình thiết kế mạng PON 61

Hình 3 2 : Minh họa khoảng cách truyền cần tăng và vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán muốn tăng công suất phát 64

Hình 3 4 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán bù suy hao cho splitter 66

Hình 3 5 : Lưu đồ giải thuật của bài toán số 2, 3 và 4 Error! Bookmark not defined. Hình 4 1: Giao diện chính của chương trình 71

Hình 4 2 : Giao diện của chương trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý 71

Hình 4 3 : Giao diện xuất hiện bảng thông báo khi không nhập vào số thuê bao 72

Hình 4 4 : Giao diện kết quả chương trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý 72 Hình 4 5 : Giao diện chương trình thiết kế FTTH dựa trên công nghệ quang thụ động 73

Hình 4 6 : Giao diện cơ sở dữ liệu của chương trình thiết kế mạng PON chuẩn theo ITU-T 73 Hình 4 7 : Giao kết quả chương trình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T 75

Hình 4 8 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất phát 75

Hình 4 9 : Giao diện kết quả tính toán khi sử dụng bộ khuếch đại để tăng công suất phát 76

Hình 4 10 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho splitter 77

Hình 4 11 : Giao diện kết quả của chương trình thiết kế PON sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho splitter 78

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 : Liệt kê suy hao của các bộ chia splitter tương ứng 8

Bảng 1 2 : Mô tả sự khác nhau của APON/BPON, GPON và EPON 10

Bảng 2 1 : Tốc độ down và up của APON/BPON 12

Bảng 3 1 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị OLT trong PON 67

Bảng 3 2 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị ONU trong mạng PON 68

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network tạm dịch 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), có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới người sử dụng đầu cuối Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON (Wavelength Division Multiplexer PON)

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) Việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai

1.1.2 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 cao

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

 Trong hệ thống PON băng thông đƣợc chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng

 Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần và cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lƣợng 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

1.2 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

 V5: giao tiếp này nối đến mạng PSTN/ISDN

 E1: giao tiếp với mạng DDN

 FE/GE và ATM: giao tiếp với mạng IP/ATM

Hình 1 2 : Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng [9]

Giao diện kết nối đến các thiết bị của khách hàng gồm có các loại sau (hình 1.2):

 POTS (Plain Old Telephone Service): là hệ thống điện thoại tương tự chỉ gửi một tín hiệu tương tự trên mỗi cặp dây, mỗi tín hiệu riêng biệt này được coi là một kênh Sử dụng POTS và modem để gửi tín hiệu tương tự cung cấp một kênh 64kbit/s Modem và đường dây điện thoại truyền thống khá phù hợp cho mục đích

sử dụng Internet để gửi thư điện tử Tuy nhiên, nếu chúng ta cần gửi và nhận một khối lượng dữ liệu lớn thì sẽ mất khá nhiều thời gian

Dịch vụ POTS có những đặc điểm sau đây:

o Các đường dây hiện thời chỉ sử dụng hai cặp dây xoắn

o Tín hiệu trên cáp nối chặng cuối là tín hiệu tương tự

o Cần modem để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự

 xDSL: cung cấp kết nối xDSL băng thông cao khả năng tối đa lên 50Mbps, với yêu cầu khoảng cách cáp đồng khoảng 500m và tối đa đến 1000m

 FE (Fast Ethernet): cung cấp các dịch vụ tốc độ lên tới 100Mbps cho khách hàng

 2B+D: cung cấp 2 kênh B có tốc độ mỗi kênh là 64 kbps được dùng cho thoại, fax, truyền dữ liệu và truy cập Internet; 1 kênh D có tốc độ 16 kbps được dùng để truyền tín hiệu điều khiển

 V.24/V.35: nối vào các thiết bị

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

1.2.2 OLT

OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang OLT có thể được đặt ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa

Sơ đồ khối chức năng của OLT được mô tả ở hình 1.3

Một OLT có thể được chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung

1.2.2.1 Phần lõi OLT

Phần lõi OLT bao gồm:

 Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi/metro với phần mạng phối quang ODN

 Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên mạng phối quang ODN Ví dụ như dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đển mạng phối quang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODN đến mạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền đến mạng lõi/metro

 Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nối OLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động Nó điều khiển quá trình

Chức năng OAM

Chức năng cấp nguồn

Chức năng ghép kênh truyền dẫn

Chức năng kết nối chéo được

số hóa

Phần lõi OLT Phần dịch vụ OLT

Phần chung OLT

Chức năng giao diện ODN

Chức năng giao diện ODN

Hình 1 3 : Các khối chức năng OLT [6].

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

1.2.2.2 Phần dịch vụ OLT

Phần dịch vụ OLT thì có chức năng port dịch vụ Các port dịch vụ sẽ truyền ít nhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình độ phân giải cao (HDTV- high definition TV), game online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU (tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port

có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc vào cách cấu hình trên mỗi port Khối TU có nhiều port có thể cấu hình mỗi port một dịch vụ khác nhau

1.2.2.3 Phần chung OLT

Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng (OAM-Operation, Administration and Maintenance) Chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối OLT Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cung cấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp

Khách hàng ODN

Chức năng port user

Chức năng OAM

Chức năng cấp nguồn

Chức năng giao diện ODN

Chức năng ghép kênh truyền dẫn

Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

 Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía khách hàng thì dữ liệu sẽ được ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN thì các dịch vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ

 Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệu giữa ODN và khách hàng

 Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điện hay điện/quang

1.2.3.2 Phần dịch vụ ONU

Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng port của user

Chức năng port của user cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộ thích nghi của chúng là 64 kbps hay n×64 kbps Chức năng này có thể được cấp bởi một khách hàng hay một nhóm khách hàng Nó cũng cung cấp các chức năng chuyển đổi tín hiệu tùy thuộc giao diện vật lí (ví dụ như rung chuông, báo hiệu, chuyển đổi A/D và D/A)

1.2.3.3 Phần chung ONU

Phần chung ONU bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng OAM Chức năng cấp nguồn cung cấp nguồn cho ONU (ví dụ như chuyển đổi AC thành DC hay ngược lại) Nguồn có thể được cấp tại chỗ hay từ xa Nhiều ONU có thể chia sẻ nguồn ONU có thể hoạt động bằng nguồn dự phòng

Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển các chức năng hoạt động, quản

lí và bảo dưỡng cho tất cả khối của ONU

1.2.4 ODN

Mạng phối quang ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho các kết nối vật lí từ ONU đến OLT

ODN bao gồm các thành phần sau:

 Sợi quang và cáp quang

 Các connector

 Các thiết bị thụ động như splitter

 Mối nối

1.2.4.1 Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng nó tạo sự kết nối giữa các thiết bị

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

Hình 1 2 : Đặc tuyến suy hao của sợi quang [1]

Nhìn vào đặc tuyến suy hao của sợi quang ở hình 1.5 ta thấy ở bước sóng 1310 nm thì suy hao sợi quang ở khoảng 0.4 dB/km và ở bước sóng 1490 nm thì suy hao sợi quang ở khoảng 0.3 dB/km

Các loại cáp quang sử dụng trong mạng PON:

 Cáp gốc (cáp phân bổ từ OLT đến splitter): thường là loose-tube – loại cáp này thì được khuyến nghị ứng dụng ở hầu hết mạng PON

 Cáp phối (cáp phân bổ từ splitter đến dây drop): có thể sử dụng cáp loose-tube hoặc ribbon

 Dây drop (kéo đến nhà thuê bao)

dB

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

Dựa vào các bộ chia như là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16;1:32; 1:64; 1:128 ta có suy hao tương ứng liệt kê ở bảng 1.1

Bảng 1 1 : Liệt kê suy hao của các bộ chia splitter tương ứng

Số port Suy hao splitter (dB)

ONU ONU

ONU ONU ONU ONU

ONU ONU ONU ONU

Hình 1 3 : Các loại splitter (a) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:32 hay 1:64 (b) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:2 và hai splitter có tỉ lệ bộ chia 1:4

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

việc triển khai sợi quang, ta có thể sử dụng trạm chuyển mạch từ xa; điều này làm giảm việc

sử dụng chiều dài sợi quang nhưng lại tăng số bộ thu phát lên thành 2N+2 bởi có thêm một liên kết thêm vào mạng (hình 1.7b) Thêm vào đó, trạm chuyển mạch từ xa này thì cần nguồn điện để hoạt động Một trong những chi phí cao nhất của mạng là cung cấp và duy trì nguồn điện hoạt động trong mạng Do đó, việc thay thế trạm chuyển mạch từ xa này thành splitter thì

sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí bởi splitter hoạt động mà không cần cấp nguồn Mạng PON tối

ưu bộ thu phát quang, trạm trung tâm và triển khai sợi quang Bộ thu phát trong mạng PON chỉ còn N+1và sợi quang triển khai có độ dài L (hình 1.7c) Bởi những lợi ích của nó vừa tiết kiệm chi phí vừa dễ triển khai nên mạng PON phát triển rất nhanh chóng trong mạng truy nhập

Hình 1 7 : Việc triển khai sợi quang trong mạng truy nhập [10]

1.4 Phân loại PON

Xét về kĩ thuật thì mạng PON có thể chia làm 2 loại: thứ nhất là dựa vào kĩ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian sử dụng ở hướng down và kĩ thuật truy cập ghép kênh theo thời gian ở hướng up thì ta có các loại như sau APON/BPON (ATM PON/Broadband PON, GPON(Gigabit PON) và EPON(Ethernet PON); thứ hai dựa vào kĩ thuật ghép kênh theo bước sóng thì ta có WDM PON Trong đồ án tốt nghiệp này chủ yếu nghiên cứu về ATM/BPON, GPON và EPON

Bảng 1.2 mô tả sự khác nhau của BPON, GPON và EPON để ta có cái nhìn khái quát về 3 loại mạng PON này sẽ được trình bày cụ thể ở chương kế tiếp

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

Bảng 1 2 : Mô tả sự khác nhau của APON/BPON, GPON và EPON

Tốc độ bit Down: 155, 622, 1244

Mbps Up: 155, 622 Mbps

Down: 155, 622, 1244,

2488 Mbps Up: 155, 622, 1244 Mbps

Down và up: 1250 Mbps

Khoảng cách Tối đa: 20 km Tối đa: 60 km Tối đa: 20 km

Quỹ suy hao 10-25 / 10-28 / 15-30

ở 1550 nm

Down:1480-1500nm Up: 1260-1360 nm Cung cấp tín hiệu video

ở 1550 nm

Down:1480-1500nm Up: 1260-1360 nm Cung cấp tín hiệu video

ở 1550 nm

Dịch vụ Ethernet, TDM, POTS Ethernet, TDM, POTS Ethernet

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Chương 2: TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME

Chương này sẽ mô tả cụ thể các loại APON/BPON, GPON, EPON như sử dụng kĩ thuật

gì, cấu trúc khung của từng loại, gồm có các thủ tục gì nó hoạt động ra sao theo chuẩn ITU-T

và cách mở rộng mạng PON bằng cách sử dụng bộ khuếch đại ra sao trong superPON

APON/BPON được chuẩn hóa bởi ITU-T APON (ATM-PON) và BPON (Broadband

PON) là tên khác nhau của kiến trúc TDM-PON dựa trên ITU-T G.983 Tên BPON phục vụ

cho mục đích tiếp thị, còn tên APON thì nói rõ khung ATM được dùng để truyền trong chuẩn ITU-T G.983 ATM có 53 cell trong đó 5 cell header và 48 cell tải Bởi vì kích cỡ cố định, ATM có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ ví dụ như phân bổ băng thông, đảm bảo độ trễ…ATM được thiết kế hỗ trợ cả thoại và dữ liệu vì thế mà nó phù hợp cho ứng dụng FTTH

2.1.1 Mô tả hệ thống APON/BPON

Hình 2.1 chỉ ra kiến trúc của BPON (Broadband PON) Trong kiến trúc này, OLT kết nối đến ONU qua splitter 1:N Khoảng cách truyền dẫn tối đa là 10-20 km Lưu lượng up lên từ ONU được truyền ở bước sóng 1310 nm và down từ OLT là bước sóng 1490 nm và bước sóng 1550 nm được dùng để down video Dữ liệu down xuống sẽ truyền tất cả các gói dữ liệu đến tất cả ONU và nó sẽ nhận gói mà đúng địa chỉ của nó còn ở hướng up lên thì các gói từ các ONU sẽ truyền lần lượt các gói đến OLT thông qua sự điều khiển của OLT OLT sẽ qui định khe thời gian mà ONU nào được truyền tại thời điểm đó để có thể tránh được sự đụng

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Trong thiết bị, OLT thường được tạo thành line card và được ghép vào trong bộ khung và kết nối đến mạng lõi/metro Còn ONU thì có một hay nhiều port dành cho kết nối thoại (T1/E1) và data (10/100BASE-T Ethernet) đến khách hàng

G.983.1 là khuyến nghị cho APON/BPON ra đời năm 1998 với tốc độ 155.52Mbps và 622.08Mbps Phiên bản mới hơn ra đời năm 2005 thêm vào tốc độ truyền dẫn 1244.16 Mbps Nhà cung cấp dịch vụ APON/BPON có thể lựa chọn thực thi tốc độ truyền dẫn down và up đối xứng hay bất đối xứng Bảng 2.1 chỉ ra sự kết hợp tốc độ down và up của APON/BPON

Bảng 2 1 : Tốc độ down và up của APON/BPON

Thiết kế loại C thì yêu cầu quỹ công suất rất nghiêm ngặt về sợi quang Vì các lí do thực

tế và chi phí, loại B+ với suy hao 28 dB được giới thiệu ở hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

2.1.2 Kiến trúc phân lớp APON/BPON

Mô hình phân lớp mạng ATM được trình bày trên hình 2.2 gồm có lớp đường và lớp môi trường truyền dẫn, lớp môi trường truyền dẫn phân chia thành lớp môi trường vật lý và lớp hội tụ truyền dẫn TC

Trong mạng ATM-PON lớp đường tương ứng với lớp đường ảo của lớp ATM Lớp vật lý thực hiện giao tiếp quang của mạng (hay chính là mạng phân phối quang ODN) Lớp này thực hiện các chức năng: chuyển đổi điện-quang, nhận/truyền các tín hiệu đến/đi ở lớp vật lý tại một trong ba bước sóng 1310, 1490, 1550nm, kết nối với sợi quang của ODN

Lớp hội tụ truyền dẫn TC tương ứng với lớp 2 trong mô hình OSI Lớp TC được phân chia thành lớp con truyền dẫn PON và lớp con thích ứng Lớp con thích ứng được chuẩn hóa dựa trên chuẩn ATM trên cơ sở cáp đồng truyền thống [ITU I.732] Chức năng của lớp này là chuyển đổi khung 125s thành cell ATM Lớp con truyền dẫn PON thì thực hiện các chức năng như sắp xếp, cấp phát khe thời gian, cấp phát băng tần, bảo mật, đồng chỉnh khung, đồng bộ burst, đồng bộ bit/byte

Trong hệ thống APON/BPON, các kết nối giữa ONU và OLT được thiết lập như là một mạch ảo ATM Mỗi mạch ảo được chỉ định bởi sự nhận dạng đường ảo (VPI- Virtual Path Identifier) và nhận dạng kênh ảo (VCI- Virtual Channel Identifier) mà nó được ghi vào trong cell bao gồm luồng dữ liệu của nó VPI và VCI là số liệu cung cấp các cấp khác nhau của tín hiệu ATM được ghép hay chuyển mạch Nhiều mạch ảo VC có thể tồn tại đường ảo riêng Một kết nối ATM được chỉ định bởi cặp VPI/VCI

2.1.3 Khung truyền dẫn APON/BPON

ITU-T G.983.1 định rõ kiến trúc tham chiếu, đặc điểm của bộ thu phát, cấu trúc khung truyền tải và các chức năng sắp xếp trong APON/BPON Tín hiệu APON/BPON được truyền trong khe thời gian Mỗi khe thời gian chứa một cell ATM hay một cell hoạt động, quản lí và

Lớp đường Lớp môi trường truyền dẫn

Lớp con thích ứng

Lớp con truyền dẫn

PON Lớp vật lí

Lớp hội tụ truyền dẫn TC

Hình 2 2 :Kiến trúc phân lớp APON/BPON

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

bảo dưỡng lớp vật lí (PLOAM - Physical Layer Operation, Administration and Maintenance) Cell PLOAM được dùng để truyền thông tin quản lí của lớp vật lí như là các bản tin giao thức dùng cho việc sắp xếp, trộn key với dữ liệu và cập nhật

Các khe thời gian download là các cell ATM và PLOAM có độ dài mỗi cell là 53 byte Một cell PLOAM được chèn vào cứ mỗi 28 khe thời gian (hay 27 cell ATM) Ở tốc độ 155.52Mbps, APON/BPON quy định khung down có 54 cell ATM là truyền dữ liệu như vậy tốc độ down thực sự là:

Cấu trúc PLOAM down mô tả ở hình 2.3 (b) nó gồm các phần sau:

 5 byte header cụ thể được mô tả ở bên dưới:

 PLOAM có 27 grant, cứ mỗi 6-7 grant thì được kiểm tra CRC

 MSG_PON_ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU Trong thủ tục sắp xếp ONU được gán số nhận dạng PON_ID Số nhận dạng này có giá trị từ 0 đến 63

 MSG_ID mô tả loại bản tin

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

BIP8 nhận được với BIP8 được tính trên luồng nhận được, mỗi bit không giống sẽ

được tính toán

Việc truyền cell ATM, cell PLOAM ở hướng up lên được điều khiển bởi OLT thông qua

cell PLOAM truyền ở hướng down G.983 yêu cầu tối thiểu cứ mỗi 100 ms có một cell

PLOAM trên một ONU 3 byte đầu ở hướng up lên chứa thời gian nghỉ, lời mở đầu và ranh

giới bắt đầu cell

 APON/BPON chỉ định thời gian nghỉ tối thiểu là 4 bit Nó cung cấp thời gian nghỉ

giữa 2 cell hay khe con liền kề để tránh đụng độ

 Lời mở đầu lấy pha của cell đến hay khe con để đồng bộ bit và khôi phục biên độ

 Ranh giới là phần chỉ định bắt đầu cell ATM hay khe con, mà có thể được dùng để

thực hiện đồng bộ byte

Nội dung của vùng này được lập trình và được định rõ trong OLT trong bản tin được đặt ở

đầu của khung ở hướng up lên

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Khuôn dạng cell PLOAM up lên được mô tả ở hình 2.3 (d) bao gồm các phần sau:

 Giống như khung down nó cũng có 5 byte header và 1 byte IDENT bắt đầu khung up

 MSG_PON_ID và MSG_ID phục vụ cho việc nhận dạng ONU

 Byte CRC truyền cảnh báo các thông tin hoạt động, quản lí và bảo dưỡng từ ONU

 17 byte điều khiển nguồn laser: sử dụng cho ONU để báo cáo các mức công suất và tỉ

lệ extinction cho mỗi nguồn laser của ONU để chúng có thể duy trì giá trị thích hợp

 16 byte điều khiển bộ thu được dùng ở bộ thu của OLT để hiệu chỉnh mức ngưỡng

cho việc phát hiện mức 0 và mức 1

 BIP cũng có chức năng tương tự như ở khung down

Thời gian nghỉ Một khe con

Chia thành các khe con

53 khe thời gian upload

PLOAM ATM hay

PLOAM

ATM hay PLOAM

Khe thứ

k

ATM hay PLOAM

1

ONU x ONU y ONU z

3 byte overhead

1–53 byte

khe thời gian (53 byte)

3 byte overhead

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

vùng mở rộng Vùng mở rộng gồm 2 phần: phần 1 ở bước sóng 1539-1565 nm cung cấp các dịch vụ kĩ thuật số và phần 2 ở bước sóng 1550-1560 nm dùng cho việc phân phối video Hai băng 1360-1480 nm, từ 1565 nm trở đi được dành cho nghiên cứu ở tương lai Hình 2.4 mô tả

kế hoạch phân bổ bước sóng của ITU-T G983.3

2.1.5 Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ

Hầu hết mạng APON/BPON, GPON và EPON đều theo cấu trúc hình cây cung cấp các kết nối điểm đến đa điểm Splitter được triển khai để chia tín hiệu quang nhận được đến tất cả sợi quang được phân bố Hình 2.5 chỉ ra 4 loại kiến trúc bảo vệ với các cấp độ bảo vệ khác nhau Về cơ bản thì chúng làm giống hệt đường link sợi quang gốc và các thiết bị chính

Hình 2.5 (a) có 2 sợi quang gốc giữa OLT và splitter, trong đó có một sợi dự phòng, ở cấu hình này chỉ có sợi quang gốc được bảo vệ Hai sợi quang này có sự phối hợp với nhau do đó

mà khi sợi quang chính bị đứt thì nó chuyển sang sợi dự phòng Trong suốt quá trình chuyển mạch thì suy hao tín hiệu thậm chí là suy hao các cell truyền là tất yếu, do đó tất cả kết nối giữa các node dịch vụ và thiết bị đầu cuối sẽ được giữ lại trong lúc chuyển mạch sợi quang OLT không có thiết bị dự phòng do đó nếu OLT bị lỗi thì mạng sẽ ngưng hoạt động Tất cả ONU và sợi quang dự phòng đều trở nên vô dụng khi OLT bị lỗi Trong loại bảo vệ này người

ta sử dụng splitter 1:N

Hình 2.5 (b) có 2 bộ thu phát quang tại OLT và 2 sợi quang gốc giữa OLT và ONU Cấu hình này yêu cầu mạch dự phòng nóng trong OLT và không có dự phòng trong ONU OLT lỗi hay sợi quang giữa OLT và splitter bị đứt thì nó chuyển mạch sang bộ dự phòng thông qua bộ điểu khiển đặt ở OLT Suy hao tín hiệu và suy hao các cell là tất yếu trong quá trình chuyển mạch Trong loại bảo vệ này người ta sử dụng splitter 2:N

Hình 2.5 (c) không chỉ có 2 bộ thu phát ở OLT mà còn có 2 bộ thu phát ở ONU và 2 bộ splitter Đây là một kiến trúc bảo vệ đầy đủ của FTTH Mạch dự phòng nóng được đặt tại OLT và ONU Trong cấu hình này, lỗi bất kì điểm nào cũng có thể được khôi phục bằng việc chuyển mạch đến thiết bị dự phòng Do đó chi phí cho cấu hình này là rất cao và nó không kinh tế khi mạch dự phòng chỉ được dùng khi mạng chính có lỗi

Băng mở rộng

Sử dụng dịch

vụ số hóa Sử dụng

cho tương lai

Sử dụng cho tương lai

APON downstream

Hình 2 4 : Kế hoạch phân bổ bước sóng của ITU-T G.983.3

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network GPON là sự phát triển của APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã được chuẩn hóa thành ITU-T G.984 GPON không phụ thuộc vào ATM, GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ (GTC- GPON Transmission Convergence), khung GTC có thể đóng gói các cell ATM Không giống như APON/BPON, khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GPON (GEM- GPON Encapsulation Method) Phần tải khung GTC chứa cả ATM và GEM

2.2.1 Mô tả hệ thống GPON

Kiến trúc GPON thì tương tự APON/BPON đã được mô tả ở phần 2.1.1 Tuy nhiên, đối với hệ thống GPON thì tốc độ tăng lên đến hàng Gigabit và đồng thời bộ chia splitter ở đây lên tới 1:128 trong khi đó bộ chia splitter của APON/BPON chỉ có 1:32 và khoảng cách tối đa

2:N 2:N

2:N 1:N

ONU#N OLT

ONU#1 ONU#N

ONU#1

ONU#N OLT

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất cao và do đó dẫn đến

là cũng cần có bộ thu có độ nhạy cao hơn Điều này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng

cơ chế cân bằng công suất Cơ chế cân bằng công suất hỗ trợ cho việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng chênh lệch công suất nhận được ở OLT Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, sẽ khởi tạo công suất nhỏ hơn ONU ở xa

2.2.2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON

Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON Transmission Convergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và ONU Các chức năng khác bao gồm:

 Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con

 Các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAM

 Giao diện phân phối băng tần động

 Sắp xếp và đăng kí ONU

 Sửa lỗi (mặc định)

 Mật mã luồng dữ liệu down xuống (mặc định)

 Kênh thông tin cho OMCI

Chức năng GTC:

Hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượng up lên Trong khái niệm

cơ bản, các khung down chỉ thị vùng được phép truyền lưu lượng up lên trong khung up lên đồng bộ với khung down

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON được mô tả ở hình 2.6 OLT gửi các con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắt đầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữ liệu up lên Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì thời điểm nào không có sự tranh chấp trong hoạt động bình thường Các con trỏ được đưa vào các khối byte, cho phép OLT điều khiển môi trường mạng với tốc độ 64 kbps Tuy nhiên, chuẩn cho phép nhà khai thác dịch vụ thêm các tốc độ lớn hơn

2.2.3 Khung truyền dẫn GPON

2.2.3.1 Cấu trúc khung down

Mỗi khung down GTC dài 125 µs ở cả tốc độ khung down là 1.24416 Gbit/s và 2.48832 Gbit/s, chứa khối điều khiển vật lí (PCBd- downstream Physical Control Block) và phần tải được mô tả ở hình 2.7

T-CONT2 (ONU2)

T-CONT1 (ONU3) Khe

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Header của khối điều khiển vật lí bao gồm phần cố định và phần có thể thay đổi Phần cố định chứa vùng đồng bộ vật lí, vùng ID và vùng PLOAM Phần có thể thay đổi bao gồm chiều dài tải ở hướng down (Plend-Payload length downstream) và bộ nhớ băng thông up lên Chi tiết các vùng được mô tả ở hình 2.8

a Vùng đồng bộ vật lí

Vùng đồng bộ vật lí được cố định là 4 byte và nó bắt đầu ở mỗi khối PCBd ONU sử dụng phần này để tìm vị trí bắt đầu khung Mã của vùng Psync 0xB6AB31E0 ONU thực hiện cơ chế đồng bộ như hình 2.9 ONU bắt đầu trạng thái tìm kiếm ONU tìm ra Psync trong hàng đợi Mỗi lần nó tìm ra Psync thì nó sẽ chuyển thành pre-sync và thiết lập bộ đếm cài giá trị là

1 Sau đó ONU sẽ tìm Psync khác sau chu kì 125 µs Cứ mỗi Psync đúng, bộ đếm sẽ tăng thêm 1 Nếu Psync không đúng, ONU sẽ truyền ngược lại trạng thái tìm kiếm Trong trạng thái pre-sync, nếu bộ đếm truyền đúng tới M1 thì ONU sẽ truyền đến trạng thái đồng bộ sync Mỗi lần ONU đến trạng thái sync, ONU biểu thị nó đã tìm ra cấu trúc khung down và bắt đầu

xử lí thông tin PCBd Nếu ONU phát hiện vùng Psync M2 kế tiếp không đúng, nó sẽ biểu thị

là mất khung và trở về trạng thái tìm kiếm

13 byte

1 bit chỉ thị FEC

1 bit để dành

30 bit bộ đếm siêu khung

12 bit chiều dài bộ nhớ

Bi t

bi

t B

W

11 bi

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

b Vùng ID

Vùng ID có 32 bit tron đó một bit dùng để kiểm tra lỗi khung FEC ở hướng down, một bit

để dành và 30 bit chỉ thị cấu trúc khung lớn hơn Bộ đếm siêu khung này được dùng cho hệ thống mã hóa dữ liệu của user và cũng có thể được dùng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp 30 bit của vùng ID dùng để đếm và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trước đó Bất cứ khi nào bộ đếm tăng tới giá trị tối đa thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo

c Vùng PLOAM

Vùng PLOAM có 13 byte trong khối điều khiển vật lí, nó chứa các bản tin OAM lớp vật

lí Hoạt động, quản lí và bảo dưỡng OAM liên quan đến các cảnh báo gây ra bởi các sự kiện được truyền qua các bản tin trong vùng PLOAM 13 byte Tất cả kích hoạt đều liên quan đến bản tin được ánh xạ trong vùng PLOAM

 ONU ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ được gán một số gọi là ONU ID Số này có giá trị từ 0 đến 253 Lúc chưa được sắp xếp vùng này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU

 Bản tin ID chỉ thị loại bản tin

 Data được dùng cho phần tải của bản tin truyền dẫn hội tụ GPON GTC

 CRC dùng để kiểm tra lỗi khung

d Vùng BIP

Vùng BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi, đầu thu

Psync không đúng M 2

Psync không đúng Psync đúng

Trạng thái tìm kiếm

Trạng thái Pre- sync

Trạng thái Sync Psync đúng liên tục tới (M 1 – 1)

Hình 2 9 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU [5]

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

e Vùng chiều dài tải ở hướng down

Vùng chiều dài tải ở hướng down (Plend- Payload Length downstream) chỉ định chiều dài bộ nhớ băng thông và phần dành riêng cho ATM trong container truyền dẫn Vùng này được gửi 2 lần

12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông Điều này giới hạn số ID phân bổ có thể được gán chỉ lên tới 4095

Chiều dài phần dành riêng cho ATM được biểu diễn ở 12 bit tiếp theo Điều này cho phép

up lên 4095 cell ATM trong một khung và tốc độ lên tới 10 Gbps

8 bit cuối kiểm tra CRC Đầu thu của vùng Plend sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi

f Vùng bộ nhớ băng thông

Vùng bộ nhớ băng thông là một mảng có cấu trúc 8 byte Mỗi vùng trong mảng này biểu thị phần băng thông cho một container truyền dẫn riêng Toàn bộ số vùng trong bộ nhớ được biểu diễn ở chiều dài tải Plend Khuôn dạng mỗi vùng được mô tả ở hình 2.8

 Vùng phân bổ ID chứa 12 bit chỉ thị CON-T riêng mà nó được gán thời gian up lên của mạng PON

 Vùng cờ chứa 12 bit chỉ thị cách phân phối đã dùng (hình 2.8 biểu diễn các chức năng của 12 bit cờ)

o Bit 11 gửi PLSu (power levelling sequence upstream): nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ

o Bit 10 gửi PLOAMu: nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân bổ Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân bổ

o Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (forward error correction): nếu bit này được cài đặt ONU sẽ tính toán và chèn FEC trong lúc phân bổ

o Bit 7 và 8 gửi DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream): phụ thuộc vào nội dung 2 bit ONU sẽ gửi DBRu phù hợp với vị trí ID hay không

00: không gửi DBRu

01: gửi DBRu mode 0 (2 byte)

10: gửi DBRu mode 1 (3 byte)

11: gửi DBRu mode 2 (5 byte)

o Bit 0-6: để dành

 Vùng StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu phân bổ Thời gian này tính bằng byte, bắt đầu khung là zero Điều này giới hạn kích thước của khung up lên là 65,536 byte Điều này đủ để đánh địa chỉ cho tốc độ up lên tới 2.488 Gbps Thời

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

gian bắt đầu trỏ đến nơi bắt đầu truyền dữ liệu không bao gồm thời gian overhead của lớp vật lí

 Vùng StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc phân bổ Thời gian này được tính bằng byte, bắt đầu khung là zero Thời gian kết trúc trỏ đến byte dữ liệu cuối cùng được kết hợp với việc phân bổ này

 Vùng CRC: cấu trúc phân bổ được bảo vệ sử dụng CRC-8

 Phần dành riêng cho GEM: chứa một số khung GEM phác họa thành đa khung Kích thước của phần dành riêng GEM thì bằng toàn bộ chiều dài khung trừ đi khối điều khiển PCBd và phần ATM Khung down được lọc ở ONU dựa vào12-bit Port-ID chứa trong mỗi phân đoạn khung

2.2.3.2 Cấu trúc khung up

Cấu trúc khung up lên được biểu diễn ở hình 2.10 Chiều dài khung thì giống như khung down Mỗi khung chứa một số truyền dẫn từ một hay nhiều ONU Bộ nhớ băng thông chỉ định việc sắp xếp truyền dẫn này Mỗi chu kì phân phối phải theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể truyền một đến bốn overhead và dữ liệu user Bốn loại overhead là:

 Overhead lớp vật lí (PLOu- Physical layer overhead)

 Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí (PLOAMu-Physical layer operations, administration and management upstream)

 San bằng công suất (PLSu- Power levelling sequence upstream)

 Báo cáo băng thông động (DBRu-Dynamic Bandwidth Report upstream)

u

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2.11 chỉ ra chi tiết các overhead

OLT chỉ thị thông qua cờ trong bộ nhớ băng thông có hay không thông tin vùng PLOAMu, PLSu hay DBRu được gửi trên mỗi vùng phân bổ Lập trình ở OLT cần nắm giữ băng thông và nhu cầu các kênh lệ thuộc thành trương mục khi cài đặt tần số truyền dẫn

Trạng thái của PLOu thì ẩn trong vùng sắp xếp khi phân phối Quy luật là mỗi lần một ONU chuyển qua môi trường mạng PON, nó phải gửi bản sao PLOu Trong trường hợp ONU

có 2 vị trí ID liên tiếp, ONU sẽ chặn không gửi PLOu cho Alloc-ID thứ 2 Việc chặn này có thể xảy ra lại khi có nhiều Alloc-ID liên tục được gán bởi OLT Chú ý việc chặn này chỉ xảy

ra khi OLT truyền đến cùng một ONU

a Vùng overhead lớp vật lí up lên

Vùng overhead lớp vật lí up lên gồm các vùng là lời mở đầu, vùng ranh giới và 3 vùng dữ liệu tương ứng với ONU Dữ liệu này được gửi ở nơi bắt đầu bất kì burst truyền dẫn nào của ONU Chú ý rằng để duy trì kết nối với ONU, OLT sẽ thử cấp việc truyền up lên của mỗi ONU trong khoảng thời gian tối thiểu Khoảng thời gian này được xác định bởi các thông số

ID (1 byte) ONU ID (1 byte) Bản tin ID (1 byte)

Data (10 byte) CRC (1 byte) Lời mở đầu (a byte)

Trạng thái RDI 0-phát hiện, 1-OK Lưu lượng đang đợi trong T-CONT loại 2 Lưu lượng đang đợi trong T-CONT loại 3 Lưu lượng đang đợi trong T-CONT loại 4 Lưu lượng đang đợi trong T-CONT loại 5

Đê dành

5

0

Chức năng PLOAMu khẩn cấp đang đợi FEC 1-mở, 0-tắt

Bit bit B

W

7 bit

Hình 2 11 : Mô tả chi tiết khung up GTC [1]

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

dịch vụ của ONU OLT sẽ định dạng và điều khiển lời mở đầu và ranh giới trong các bản tin overhead

Vùng BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi cho đến BIP cuối cùng của ONU, ngoại trừ các byte lời mở đầu và ranh giới Đầu thu của OLT sẽ tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ cho mỗi burst ONU sau đó so sánh với kết quả của BIP nhận được để tính ra số lỗi trên đường link

Vùng ONU-ID có 8 bit chứa số nhận dạng duy nhất của ONU ONU-ID được gán cho ONU trong thủ tục sắp xếp Trước khi ONU-ID được gán, ONU đặt giá trị không xác định là

255 trong vùng này OLT có thể kiểm tra vùng này để xác nhận địa chỉ phân bố và truyền đúng đến ONU

Vùng ID cung cấp trạng thái ONU thời gian thực báo cáo cho OLT Vùng ID được mô tả

c Vùng san bằng công suất PLSu

Trình tự san bằng công suất PLSu có kích thước 120 byte, ONU sử dụng cho việc đo công suất Chức năng giúp điều chỉnh mức công suất ONU Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ

Cơ chế điều khiển công suất thì có lợi trong 2 trường hợp là khởi tạo công suất ban đầu của bộ phát ONU (chỉ xảy ra lúc kích hoạt ONU) và thay đổi công suất của bộ phát ONU (xảy

ra lúc hoạt động cũng như lúc kích hoạt) PLSu có thể được yêu cầu ở bất kì thời điểm nào

Ở nhiều trường hợp trong lúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộ phát Nếu ONU không sử dụng vùng PLSu thì ONU sẽ không kích hoạt bộ phát Điều này làm giảm sự đụng độ

d Vùng báo cáo băng thông động DBRu

Cấu trúc DBRu chứa thông tin T-CONT Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ

Vùng DBA chứa trạng thái lưu lượng của T-CONT Vùng 8, 16 hay 32-bit được dùng cho mục đích này

Vùng CRC: cấu trúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8 Đầu thu của DBRu sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi CRC-8 Nếu CRC chỉ thị rằng lỗi không thể sửa được thì thông tin trong