(TIỂU LUẬN) báo cáo TỔNG kết đề tài THIẾT kế MẠNG GPON

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠNG GPON SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN TIẾN DŨNG NGUYỄN KIÊN CƯỜNG LÊ ANH CÔNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ THỊ HƯƠNG MỤC LỤC Giới thiệu Nhu cầu ngày tăng Internet tốc độ cao động lực cho cơng nghệ truy cập cho phép trải nghiệm băng thông rộng thực Chính nhu cầu khơng ngừng tăng lên với yêu cầu chất lượng đặt cho viễn thơng tốn tăng tốc độ truyền dẫn Fiber To The Home FTTH xuất lựa chọn phù hợp cho mục tiêu dài hạn: khách hàng phục vụ toàn cáp quang, dễ dàng tăng băng thông tương lai FTTH giải pháp minh chứng tương lai cho việc cung cấp dịch vụ băng thơng rộng Video on nhu cầu, Trị chơi trực tuyến, TV HD VoIP Mạng truy nhập FTTH dựa mạng quang thụ động (PON) kiến trúc mạng điểm-đa điểm, cáp quang đến sở, tách quang không cấp nguồn sử dụng phép sợi quang phục vụ nhiều sở, thường 32– 128 Mạng FTTH khai thác độ suy giảm thấp (0,2–0,6 dB / km) băng thông cao (> 30 000 GHz) sợi quang đơn mode để cung cấp băng thông gấp nhiều lần so với cơng nghệ băng thơng rộng có Ngồi ra, mạng có khả cung cấp tất dịch vụ truyền thông viz.voice, liệu video từ tảng mạng Một số công nghệ TDM PON ghép kênh phân chia theo thời gian tiêu chuẩn hóa cho việc triển khai FTTH, Bảng tóm tắt tiêu chuẩn với tham số quan trọng chúng Nhược điểm TDM PON cho nhà khai thác khác chia sẻ vật lý sợi quang Việc triển khai đa sợi quang cần thiết để chia sẻ mạng truy cập cách vật lý Parameter Standard Downstream data Rate Upstream data Rate Bảng 1: Tiêu chuẩn TDM PON Phân chia theo bước sóng Mạng quang thụ động WDM PON hệ phát triển mạng truy nhập Hai phần WDM-PON nghiên cứu Nhóm nghiên cứu 15 (SG15) Liên minh Viễn thông Quốc tế - Bộ phận Tiêu chuẩn hóa Viễn thơng (ITU – T) Đầu tiên ghép kênh phân chia theo thời gian bước sóng PON (TWDM PON) truyền 4-16 bước sóng sợi quang để hỗ trợ số lượng người dùng cao sợi quang với tốc độ truyền cao quan trọng cho phép nhiều nhà khai thác chia sẻ sợi quang, tức làcác tốn tử làm việc với bước sóng khác [15] Cái thứ hai WDM-PON dựa cách mạng ống dẫn sóng (AWG), nhằm cung cấp cho người dùng bước sóng chuyên dụng, tương tự P2P, hỗ trợ khả truyền tải xuống ngược dịng 1,25 Gbps Cơng trình thiên văn hoàn hảo GPON FTTH cung cấp liệu dịch vụ giọng nói hội tụ thời 2.5 Gbps Chế độ GPOn có khả vận chuyển nhiều dịch vụ theo dạng gốc, đặc biệt TDM liệu Để dễ dàng chuyển từ BPON sang GPON, nhiều chức BPON tái sử dụng cho GPON Chế độ chuẩn GPON biết đến lời khuyên ITU-T G.984.1 thông qua G.984.5 Thông tin chung thuộc Chế độ Thông thường dùng để hỗ trợ dịch vụ giọng nói mã hóa liệu Một lợi lớn GPON kế hoạch khác máy cung cấp giao diện cho tất dịch vụ gói mạng cài đặt sẵn GP thuộc giao thức khác (29/30) Giọng nói đại diện dịch vụ VOIP (giọng IP, giao thức thay đổi gói) kết hợp với thành phần liệu giả lập lớp vật chất Cuối cùng, thành phần video đại diện RF Tín hiệu video (CAV truyền thống) hay tín hiệu IPTV, kết hợp với liệu Ngoài phần lời giới thiệu, báo cáo chia thành phần sau: Chương 1: Giới thiệu thành phần mạng truy nhập GPON FTTH Chương 2: Trình bày kiến trúc chung GPON FTTH Chương 3: Lưu lượng truy cập mạng truy FTTH GPON Chương 4: Thiết kế truy cập mạng FTTH GPON kết Chương 1: Các thành phần mạng truy nhập GPON FTTH Mạng quang thụ động (PON) hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nối Điểm - Đa điểm, chia sẻ với kiến trúc mạng sở, tách quang không cấp nguồn sử dụng phép sợi quang phục vụ nhiều sở, thường 64–128 mạng quang thụ động thường thụ động, chúng sử dụng tách kết hợp quang thụ động đơn giản để vận chuyển liệu Một PON tận dụng lợi ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM), sử dụng bước sóng cho lưu lượng truy cập xi dịng bước sóng khác cho lưu lượng truy cập ngược dịng sợi quang dịch chuyển phân tán khác không (ITU-TG.652) 2.1 Thiết bị đầu cuối dòng quang Thiết bị đầu cuối dịng quang (OLT) thành phân mạng thường đặt tổng đài cục động điều khiển hệ thống FTTH Các chức quan trọng mà OLT thực lịch trình lưu lượng, điều khiển đệm phân bổ băng thông Các OLT thường hoạt động nguồn DC dự phịng (-48VDC) có thẻ Line cho internet đến, thẻ hệ thống cho cấu hình tích hợp đến nhiều thẻ GPON Mỗi thẻ GPON bao gồm số điểm GPON 2.2 Bộ chia quang Bộ chia quang chia lượng tín hiệu, liên kết (sợi) vào tách bị tách thành số sợi định rời khỏi tách thường có ba cấp sợi trở lên tương ứng với hai nhiều cấp tách Điều cho phép nhiều người dùng chia sẻ sợi quang Do tách nguồn, tín hiệu bị suy giảm cấu trúc đặc tính cũ Bộ tách quang thụ động cần có đặc điểm sau: -Dải bước sóng hoạt động rộng -Suy hao tiếp xúc thấp tính đồng điều kiện -Kích thước tối thiểu -Độ tin cậy cao -Hỗ trợ sách bảo vệ mạng 2.3 Thiết bị đầu cuối mạng quang ONT Thiết bị đầu cuối mạng quang (ONT) triển khai sở khách hàng Các ONT kết nối với OLT cáp quang khơng có thành phần hoạt động liên kết.Trong GPON, thu phát ONT kết nối vật lý sở khách hàng trung tâm OLT Mơ-đun ba kênh WDM tách ba bước sóng 1310nm, 1490nm 1550nm (cho dịch vụ CATV) ONT nhận liệu bước sóng 1490nm gửi lưu lượng liên tục bước sóng 1310nm Video tương tự bước sóng 1550nm nhận Bộ điều khiển truy cập phương tiện (MAC) kiểm soát lưu lượng truy cập chế độ liên tục ngược dịng cách có trật tự đảm bảo khơng có xung đột xảy truyền liệu ngược dòng từ nhà khác Chúng chuyển đổi phương tiện từ sợi sang đồng cung cấp đầu nối RJ11, RJ45 F-Series cho thiết bị Các thiết bị có sẵn nhiều cấu hình mật độ cổng lên đến 24 cổng ONT có sẵn để sử dụng trời nhà, cung cấp mã hóa POE khơng POE, 10/100/1000, AES bao gồm pin để sống sót trường hợp điện GPON sử dụng Phân bổ băng thông động, tức tự động phân bổ băng thơng tùy thuộc vào số lượng gói có sẵn T-CONT Khi OLT đọc số gói chờ T-CONT, ấn định băng thơng Nếu khơng có gói chờ T-CONT, OLT định băng thơng cho T-CONT khác có gói chờ T-CONT Nếu ONT có hàng đợi dài OLT gán nhiều T-CONTS cho ONT Chương 2: Trình bày kiến trúc chung GPON FTTH GPON có cấu trúc liên kết hình để tối đa hóa phạm vi phủ sóng với mức phân chia mạng tối thiểu, làm giảm cơng suất quang Một mạng truy nhập FTTH bao gồm năm khu vực: - khu vực mạng lõi - khu vực văn phòng trung tâm - khu vực trung chuyển - khu vực phân phối khu vực người dùng *Trong khu vực mạng lõi không coi phần truy cập FTTH mạng Kiến trúc mạng sử dụng hai cấp độ phân chia văn phòng trung tâm sở người dùng đạt tỷ lệ phân chia tổng thể 1:64 Bộ chia Level 2: chữ số đến từ bảo vệ loại B Khoảng cách OLT ONT lớn 20 km tùy thuộc vào tổng ngân sách công suất quang khả dụng, hệ số cổng laser OLT tổng ngân sách tổn thất 3.1 Mạng lõi FTTH Mạng lõi bao gồm thiết bị ISP nhà cung cấp dịch vụ internet (thường BRAS máy chủ AAA), PSTN (chuyển mạch gói chuyển mạch kế thừa) nhà cung cấp thiết bị truyền hình 3.2 Văn phịng trung tâm Chức văn phịng trung tâm lưu trữ OLT ODF cung cấp lượng cần thiết Đơi chí bao gồm số (hoặc tất cả) thành phần mạng lõi 3.3 Mạng trung chuyển FTTH Khu vực trung chuyển trải dài từ khung phân phối quang (ODF) văn phòng trung tâm CO đến điểm phân phối Những điểm gọi Khung đứt gãy sợi FDF - gồm chia tách cấp Cáp cấp nguồn thường kết nối dạng cấu trúc liên kết vịng từ cổng GPON đến cơng GPON khác Hình để cung cấp bảo vệ loại B Bộ chia cấp với tỉ lệ 2:4 sử dụng thiết kế Loại chia cho phép cấp nguồn kết nối với cổng GPON từ bên (đối với bảo vệ loại B) cấp tổng cộng cáp phân phối từ phía bên Cáp quang chạy CO chia cấp gọi sợi cấp 3.4 Mạng lưới phân phối FTTH Cáp phân phối kết nối chia cấp (bên FDT) với chia cấp Bộ chia mức thường lưu trữ hộp gắn cực gọi thiết bị đầu cuối cáp quang (Fiber Access Terminal-FAT) thường đặt cổng vào khu phố Trong thiết kế áp dụng chia cấp giấy 1:16, có nghĩa FAT phục vụ cho 16 nhà Cáp quang chạy chia cấp chia cấp gọi sợi cấp 3.5 Khu vực người dùng Trong khu vực người dùng, cáp thả, sợi cấp 3, sử dụng để kết nối chia cấp bên FAT với sở thuê bao Cáp thả có số lượng sợi phạm vi chiều dài lên đến 100 mét Cáp thả thiết kế với thuộc tính tính linh hoạt, trọng lượng nhỏ, đường kính nhỏ, dễ tiếp cận kết thúc cáp quang Để dễ bảo trì, thơng thường cáp thả khơng kết thúc lối vào nhà thuê bao Hộp đầu cuối TB, sau cáp thả nhà kết nối TB với Hộp đầu cuối truy cập ATB nằm bên nhà Cuối cùng, dây vá kết nối ONT với ATB Điều quan trọng sợi quang phân phối cho đạt hiệu thiết kế, xây dựng, bảo trì vận hành FTTH Do đó, để xác định kiến trúc mạng, cách tiếp cận thiết kế, xây dựng, bảo trì vận hành cho mạng truy nhập quang, lựa chọn thành phần quang cho FTTH, công ty viễn thông chủ yếu cần xem xét điều sau: - Khả mở rộng - Khả tồn - Chức - Chi phí xây dựng bảo trì - Khả nâng cấp mạng - Khả hoạt động tính phù hợp suốt thời gian mạng thiết kế Chương 3: LƯU LƯỢNG TRUY CẬP TRONG MẠNG TRUY CẬP FTTH GPON Dữ liệu truyền từ OLT đến ONT phía phương thức quảng bá dạng Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) phía ngược lại Bước sóng liệu 1490 nm, dịch vụ thoại liệu từ mạng lõi vận chuyển qua mạng quang đến OLT phân phối tới ONT thông qua mạng FTTH phương pháp chia nguồn Mỗi trang chủ nhận gói tin thơng qua ONT Ngược dòng đại diện cho việc truyền liệu từ ONT đến OLT Bước sóng 1310 nm Nếu tín hiệu từ ONT khác đến đầu vào tách lúc bước sóng 1310nm, dẫn đến chồng chất tín hiệu ONT khác đạt tới OLT Do TDMA sử dụng để tránh nhiễu tín hiệu từ ONT Trong TDMA, khe thời gian cung cấp cho người dùng theo yêu cầu để truyền gói tin họ Tại tách quang, gói tin đến theo thứ tự chúng kết hợp truyền tới OLT Bảo vệ loại B sử dụng thiết kế mạng truy nhập FTTH GPON trình bày báo Nó cung cấp khả dự phòng chống lại cổng trung chuyển cổng GPON hỏng Trong kiểu bảo vệ này, sợi quang cáp nạp kết nối với hai cổng GPON OLT thể Một cổng định cấu hình hoạt động cổng lại chế độ chờ Hình 2: Hướng bình thường luồng truy cập Hình 3: Bảo vệ loại B mạng truy nhập FTTH GPON, OLT gửi nhận lưu lượng thơng qua cổng GPON dự phịng để khắc phục lỗi liên kết Hình cho thấy hướng bình thường lưu lượng truy cập, xảy cố sợi quang, OLT tự động kích hoạt cổng GPON dự phòng để phát lưu lượng xuống để cung cấp cho FDT vượt khỏi điểm lỗi từ hướng khác hiển thị Hình Cổng GPON dự phịng nhận lưu lượng ngược dịng phần trung chuyển lập Hình mơ tả tình thân cổng GPON hoạt động gặp cố, trường hợp OLT tự động chuyển hướng tín hiệu quang sang đường bảo vệ thơng qua cổng GPON dự phịng Hình 4: Bảo vệ loại B mạng truy nhập GPON FTTH, OLT gửi nhận lưu lượng thông qua cổng GPON dự phòng để khắc phục lỗi cổng GPON Chương 4: Thiết kế truy cập mạng FTTH GPON kết 4.1 Thu thập thống kê liệu Các cán CDIT với cán Tỉnh/Thành tiến hành thu thập, tổng hợp số liệu từ phận khác nhau, liệu bao gồm[2]: - Các thông số, số lượng thuê bao tại: thuê bao ADSL, thuê bao SHDSL, thuê bao thuê bao VDSL, số cổng Ethernet port sử dụng CES, thuê bao POTS - Doanh thu trung bình thuê bao - Vị trí, dung lượng, số lượng thuê bao SHDSL, VDSL, Ethernet FE/GE -Vị trí, dung lượng, số lượng trạm Viễn thông vùng dịch vụ CES dự kiến kết nối GPON - Số liệu mạng cáp Viễn thông vùng dịch vụ CES dự định triển khai mạng GPON: đồ địa lí, đồ phân bố cáp PSTN ADSL, vị trí tủ cáp, số lượng vùng kết nối dịch vụ cho tủ cáp - Các số liệu thống kê khác vùng dịch vụ: khu Công nghiệp, tịa nhà Văn phịng, khu Đơ thị, khu qui hoạch xây dựng - Từ số liệu này, cán tiến hành phân tích đưa dự báo số lượng phát triển thuê bao vùng theo hướng dẫn Tập đoàn 4.2 Đưa số liệu thu thập lên đồ Tiếp theo, để phục vụ việc thiết kế trực quan, cán CDIT thực việc đưa số liệu lên đồ số Công cụ đồ số dùng lựa chọn phần mềm Google Earth Các thông tin đưa lên đồ gồm: - Cập nhật tuyến đường lên đồ từ file AutoCad (trường hợp Google Earth chưa cập nhật tuyến đường mới) - Cập nhật thông tin tủ cáp đồng - Vẽ trạng cống cáp, cột cáp GoogleEarth 4.3 Thực việc tính tốn vị trí, khoảng cách điểm đặt Dựa đồ số, cán CDIT thực khoanh vùng tối ưu mạng thơng qua việc tính toán đo đạc khoảng cách tối đa phục vụ OLT vùng phục vụ Splitter Các kết đạt sau tính tốn tốn vị trí khoảng cách gồm: - Xác định vùng OLT triển khai GPON - Xác định vùng phục vụ OLT - Xác định bán kính phục vụ tối ưu splitter theo vùng - Xác định số lượng vùng phục vụ splitter tương ứng với OLT - Xác định điểm dự kiến phải triển khai FDC - Xác định số sợi quang cần thiết cho tuyến cáp gốc đáp ứng cho 10 năm 4.4: Kết Quả Sau thiết kế xong, số liệu liên quan đến mạng GPON thiết kế tổng hợp để lập dự án đầu tư theo giai đoạn Các số liệu phục vụ giai đoạn trước mặt gồm: - Số lượng OLT tương ứng với số lượng OLT tính tốn phần lập kế hoạch mạng - Số lượng tuyến cáp gốc kèm với FDC với điểm có lượng thuê bao tiềm cao (phụ thuộc vào điều kiện thực tế đặt FDC măng xơng quang) - Số lượng thiết bị splitter với vùng spitter có thuê bao dự kiến giai đoạn - Số lượng cáp quang thuê bao  ... cập mạng truy FTTH GPON Chương 4: Thiết kế truy cập mạng FTTH GPON kết Chương 1: Các thành phần mạng truy nhập GPON FTTH Mạng quang thụ động (PON) hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết. .. thường kết nối dạng cấu trúc liên kết vòng từ cổng GPON đến cơng GPON khác Hình để cung cấp bảo vệ loại B Bộ chia cấp với tỉ lệ 2:4 sử dụng thiết kế Loại chia cho phép cấp nguồn kết nối với cổng GPON. .. cổng GPON dự phịng Hình 4: Bảo vệ loại B mạng truy nhập GPON FTTH, OLT gửi nhận lưu lượng thơng qua cổng GPON dự phịng để khắc phục lỗi cổng GPON Chương 4: Thiết kế truy cập mạng FTTH GPON kết