Mạng internet băng thông rộng mô hình fttx ứng dụng công nghệ gpon, epon tại tập đoàn viễn thông cmcti phần mạng core (olt)

LỜI NĨI ĐẦU Trong xu hội nhập tồn cầu, mạng Internet công cụ hỗ trợ thiếu người hầu hết lĩnh vực đời sống Cùng với phát triển công nghệ nano, công nghệ bán dẫn công nghệ quang-điện tử, mạng FTTx triển khai thời gian mà dẫn đầu nước có cơng nghiệp điện tử phát triển Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, … Mạng FTTx kiến trúc mạng sử dụng sợi quang làm môi trường truyền dẫn nên mạng cung cấp cho người sử dụng băng thông rộng, tốc độ truyền liệu cao với chất lượng dịch vụ tốt Dựa công nghệ mạng quang thụ động với kiến trúc transceiver mới, mạng FTTx có khả cung cấp cho số lượng thuê bao lớn nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộng mạng cho phép người sử dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông tốc độ cao Chính em lựa chọn đề tài “Mạng internet băng thơng rộng mơ hình FTTx ứng dụng cơng nghệ GPON, EPON Tập đồn viễn thơng CMCTI- Phần mạng core (OLT)” Nội dung đồ án gồm chương : Chương I Cấu trúc mạng internet băng thông rộng Chương II Mạng FTTx (Fiber–to–the–Curb, Building, Home) Chương III Kiến trúc mạng internet băng thông rộng ứng dụng mơ hình FTTx cơng nghệ PON CMTI Chương IV Kết luận chung Do thời gian hiểu biết có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiết sót, kính mong góp ý, dẫn quý thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn Thầy Đỗ Hà Hải Thầy Lê Hồng Khanh tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Quang Cường CHƯƠNG I CẤU TRÚC CỦA MẠNG INTERNET BĂNG THƠNG RỘNG Mơ hình internet FTTx băng thơng rộng ứng dụng công nghệ PON sử dụng giao thức TCP/IP làm giao thức mạng vận chuyển Internet chương tập trung nghiên cứu giao thức TCP/IP 1.1 Giao thức mạng (Network Protocols) LANs (Local Area Network): Là mạng cục bộ, kết nối máy tính khu vực bán kính hẹp thong thường khoảng vài trăm mét Kết nối thực thông qua môi trường truyền thông tốc độ cao ví dụ cáp đồng trục thay cáp quang Mạng LAN thường sử dụng nội quan tổ chức… Các mạng LAN kết nối với để tạo thành mạng WAN Các cơng nghệ sử dụng cho mạng LAN là: Ethernet, Token Ring, FDDI WANs (Wide Area Network): Là mạng diện rộng, kết nối với máy tính nội quốc gia hay quốc gia châu lục Thông thường mạng WAN kết nối thông qua thiết bị viễn thông Các công nghệ sử dụng mạng WAN là: Modems, Intergrate services Digital Network(ISDN), Digital Subscriber Line(DSL), Frame Relay, US and Euro Carrier Series(E1, E3, T1, T3), Synchronous Optical, Network(Sonet) MANs (Metropolitan Area Network): Kết nối với máy tính phạm vi thành phố Kết nối thực thông qua môi trường truyền tốc độ cao (50-100 Mbps) SANs (Storge-Area Network): Storage Area Network (SAN) mạng thiết kế cho việc thêm thiết bị lưu trữ cho máy chủ cách dễ dàng như: Disk Aray Controllers, hay Tape Libraries Với ưu điểm chội SANs trở thành giải pháp tốt cho lưu trữ thông tin cho doanh nghiệp hay tổ chức SAN cho phép kết nối từ xa tới thiết bị lưu trữ mạng như: Disks Tape drivers Các thiết bị lưu trữ mạng, hay ứng dụng chạy thể máy chủ thiết bị máy chủ (as locally attached divices) 1.2 Giao thức TCP/IP Giao thức TCP/IP phát triển từ mạng ARPANET Internet dùng giao thức mạng vận chuyển mạng Internet TCP (Transmission Control Protocol) giao thức thuộc tầng vận chuyển IP (Internet Protocol) giao thức thuộc tầng mạng mơ hình OSI Họ giao thức TCP/IP giao thức sử dụng rộng rãi để liên kết máy tính mạng Hình 1.1 Mơ hình TCP/IP Tầng Network Access (Tầng 1): Bao gồm thiết bị kết nối mạng, chương trình cung cấp thơng tin cần thiết để hoạt động cơng nghệ mạng Ethernet, Wi-Fi,Token ring, PPP (Point to Point Protocol), SLIP (Serial Line Internet Protocol), FDDI, ATM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay, SMDS (Switched Multimegabit Data Service), … Tầng Internet (Tầng 2): Xử lý q trình truyền gói tin mạng Các giao thức tầng bao gồm : IP, ICMP (Internet Control Message Protocol), IGMP (Internet Group Message Protocol), ARP (Address Resolution Protocol - Giao thức tìm địa chỉ) RARP (Reverse Address Resolution Protocol - tạm dịch Giao thức tìm địa ngược lại) hoạt động bên IP tầng liên kết (link layer), nói nằm khoảng trung gian hai tầng Tầng Transport (Tầng 3): Tầng giao vận phụ trách luồng liệu trạm thực ứng dụng tầng Các giao thức tầng này: TCP, UDP (User Datagram Protocol), DCCP (Datagram Congestion Control Protocol)… Các giao thức định tuyến OSPF (Open Shortest Path First - tuyến ngắn chọn đầu tiên), chạy IP, coi phần tầng giao vận, tầng mạng ICMP (Internet control message protocol - Giao thức điều khiển thông điệp Internet) IGMP (Internet group management protocol - Giao thức quản lý nhóm Internet) chạy IP, coi phần tầng mạng Tầng Application (Tầng 4): Là tầng mô hình TCP/IP bao gồm tiến trình ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập mạng Có nhiều ứng dụng cung cấp tầng mà phổ biến là: DNS (Domain Name System), TFTP (Trivial File Transfer Protocol), TLS/SSL (Transport layer Security/Secure Socket Layer), FTP (File Transfer Protocol), HTTP (Hyper Text Tranfer Protocol)… Các giao thức định tuyến BGP (Border Gateway Protocol) RIP (Routing Information Protocol), số lý do, chạy TCP UDP - theo thứ tự cặp: BGP dùng TCP, RIP dùng UDP - cịn coi phần tầng ứng dụng tầng mạng 1.3 Giao thức Internet Protocol ( IP) Giao thức IP giao thức hướng liệu sử dụng máy chủ nguồn đích để truyền liệu liên mạng chuyển mạch gói Dữ liệu liên mạng IP gửi theo khối gọi gói (packet datagram) Cụ thể, IP không cần thiết lập đường truyền trước máy chủ gửi gói tin cho máy khác mà trước chưa liên lạc Giao thức IP cung cấp dịch vụ gửi liệu khơng đảm bảo (cịn gọi Best Effort), nghĩa khơng đảm bảo gói liệu Gói liệu đến nơi mà khơng cịn ngun vẹn, đến khơng theo thứ tự (so với gói khác gửi hai máy nguồn đích đó), bị trùng lặp bị hoàn toàn Nếu phần mềm ứng dụng cần bảo đảm, cung cấp từ nơi khác, thường từ giao thức giao vận nằm phía IP CHƯƠNG I MẠNG FTTx (Fiber–to–the–Curb, Building, Home) 2.1 Giới thiệu chung Ngày nay, phát triển bùng nổ mạng Internet toàn cầu gây ảnh hưởng lớn tới nhà cung cấp mạng toàn cầu vài chục năm gần Sự phổ biến mạng Internet với yêu cầu ngày tăng lên lĩnh vực multimedia, truyền hình trực tuyến, … qua mạng Internet yêu cầu mạng phải phân phối băng thông rộng cho nhiều người sử dụng với độ tin cậy cao Với số lượng người dùng ngày lớn nhiều yêu cầu dịch vụ chất lượng cao, tượng thiếu băng thông tương lai gần cho tất nhà cung cấp mạng Internet nhà cung cấp sử dụng thiết bị mạng hình thức tổ chức mạng theo kiểu truyền thống sử dụng cáp điện thông thường Công nghệ cáp quang trở thành giải pháp tránh khỏi cho vấn đề nan giải Cáp quang môi trường truyền dẫn cung cấp băng thông rộng, khả chống nhiễu điện từ cao chịu ảnh hưởng mơi trường cho phép truyền dẫn liệu với suy hao thấp Bởi đặc tính quan trọng mà tất mạng xương sống Internet xây dựng cáp quang Tuy nhiên, việc kết nối trực tiếp từ người dùng tới mạng Internet cáp quang mới chỉ bắt đầu được thực hiện những năm gần Lý giải thích cho vấn đề hệ thống dịch vụ multimedia chưa phát triển đồng thời yêu cầu dịch vụ băng rộng chưa trở nên phổ biến Một lý khác việc lắp đặt cáp quang có chi phí cao chưa thỏa mãn yêu cầu cần thiết Do đó, mạng cáp quang tới tận thuê bao FTTx (Fiber–to–the–Curb, Building, Home) bước tiến vượt bậc công nghiệp multimedia nhờ khả cung cấp dịch vụ multimedia chất lượng cao truyền hình chất lượng cao HDTV(High-definition Television), download nhạc video Điều gây nên tác động lớn lĩnh vực kinh tế FTTx mạng đem tới nhiều lợi nhuận khả cung cấp tốc độ truyền liệu cao giá thành lắp đặt mạng 2.1.1 Mạng FTTx HF Vào năm 1970, công ty điện thoại truyền hình cáp nhận thấy tiềm phát triển sợi quang thay hệ thống cáp lúc Do phát triển cơng nghệ sợi quang thời điểm nên giá thành xây dựng hệ thống mạng quang cao Bởi vậy, giải pháp tạm thời để chuyển giao sang mạng cáp quang xây dựng mạng có giá thành thấp FTTx, HF mà mạng sử dụng cáp quang làm đường truyền tải sử dụng phương thức kết nối mạng truyền thống dùng cáp kim loại để kết nối từ nhà cung cấp tới người sử dụng.Bằng phương pháp này, nhà cung cấp chia giá thành xây dựng mạng sử dụng sợi quang cho nhiều người sử dụng Tại thời điểm này, giải pháp chuyển sang mạng FTTx giải pháp không khả thi Trong kiến trúc mạng FTTx, đường cáp quang kéo dài từ nhà cung cấp tới node gần khu vực người sử dụng,tới tòa nhà ,tới tận nhà dân Điều mang tới nhiều thuận lợi : (i) khai thác băng thông rộng sợi quang cách chia sẻ đường truyền cho nhiều người sử dụng mạng; (ii) cách sử dụng nhiều sợi quang, kiến trúc cho phép hạ giá thành đầu tư cho dịch vụ băng rộng cần thiết cho tương lai Tại chặng người sử dụng node, FTTx sử dụng cáp xoắn đồng cáp đồng trục Mặc dù FTTx thiết kế để cung cấp dịch vụ video, việc sử dụng song song loại cáp cáp xoắn cho dịch vụ truyền thoại cáp đồng trục cho dịch vụ video hạ giá thành lắp đặt so với việc sử dụng ghép tách kênh dùng cho cáp xoắn đồng truyền dịch vụ Trong mạng FTTx , thiết bị đầu cuối truyền tốc độ cao từ nhà cung cấp tách kênh sợi quang phân phối cho đường cáp quang có tốc độ thấp tới người sử dụng Các thiết bị đầu cuối sử dụng khối nguồn NPA (Network Power Assembly) host để cấp nguồn cho thiết bị kết cuối quang ONU (Optical Network Unit) phía người sử dụng Khi nguồn cấp cho NPA, đường cáp quang phân phối bao gồm đường cáp đồng cấp nguồn Đường cáp quang mang nhiệm vụ cung cấp chức truyền, nhận, ghép kênh cho liên kết quang tới khối ONU ONU phân chia thành kênh truyền tới thiết bị giao tiếp mạng dùng cáp đồng người sử dụng FTTx bao gồm nhiều cáp quang với dung lượng khác chia quang, connector cung cấp băng thông cần thiết cho người sử dụng Thông thường, sợi quang mạng FTTx dùng cho 10-100 người sử dụng kết nối đầu cuối tới người dùng sử dụng cáp đồng có chiều dài khoảng 30m Hình 2.1 Mơ hình mạng FTTx điển hình Đồng thời cơng ty truyền hình cáp sử dụng cáp quang để phân phối cho người tiêu dùng sử dụng kiến trúc mạng lai cáp điện cáp quang HF.HF kiến trúc mạng kết hợp cáp quang cáp đồng trục dùng cho mạng băng rộng Hình 2.2 thể kiến trúc mạng HF Hình 2.2 Mạng HF Kiến trúc mạng HF có thành phần mạng xương sống dùng cáp quang nhà cung cấp sử dụng để cung cấp dịch vụ thoại video cho người sử dụng Mạng HF cung cấp 500 kênh truyền dẫn khác truyền dẫn đồng thời dịch vụ VOD thoại Với truyền hình quảng bá, mạng HF cung cấp số kênh video tương tự cho người sử dụng Nhờ đó, HF mạng dùng cho nhóm lớn người sử dụng (từ 500 – 2000 thuê bao) Các trạm phát mạng HF nhận tín hiệu từ trung tâm truyền quảng bá vào không gian qua hệ thống viba vệ tinh kết hợp phát lại vào đường cáp quang mạng Sau đó, tín hiệu chia cho đường fi-đơ tới người sử dụng Bởi tín hiệu bị suy hao lớn cáp đồng trục nên phía người dùng cần có khuếch đại tín hiệu mini-bridger line extender cho chiều lên xuống Kiến trúc mạng HF sử dụng chung môi trường truyền tải, tín hiệu từ nhiều người sử dụng tới node xác định mạng Điều dẫn đến việc phải dùng thêm mã bảo mật để bảo đảm tính an tồn mạng Tại tuyến lên từ người dùng tới trạm phát, HFC sử dụng kỹ thuật đa truy nhập thông dụng TDMA, FDMA CDMA cho phép nhiều người sử dụng đưa yêu cầu tới mạng Việc sử dụng hệ thống cáp quang từ trạm phát tới node giảm kích thước node giảm suy hao đường truyền Bởi vậy, HFC cung cấp dịch vụ băng hẹp với tốc độ cao nhiều dịch vụ video tương tác khác Sau kiến trúc mạng FTTx HF kết hợp kiến trúc mạng hình thành Đó mạng chuyển mạch video số SDV (Switched Digital Video) Do mạng FTTx mạng truyền dẫn tín hiệu quang nên khơng thể truyền tín hiệu điện phải cấp nguồn mạng khác Bằng cách sử dụng mạng HF với cáp đồng trục chạy dọc theo mạng FTTx vấn đề cấp nguồn cho mạng FTTx giải Do đó, mạng cáp đồng trục phân phối tín hiệu video chiều đồng thời cấp nguồn cho mạng FTTx Điều lý để nhà sản xuất sử dụng mạng FTTx kiến trúc mạng SDV để phân phối dịch vụ thoại chiều video số Kiến trúc mạng SDV sử dụng để cung cấp truyền hình số cách hiệu với băng thông rộng cho người sử dụng Hình 2.3 kiến trúc điển hình mạng SDV dùng cho hệ thống truyền hình cáp sử dụng phương pháp điều chế QAM hệ thống truyền hình trực tuyến IPTV ( Internet Protocol Television) Trong hệ thống SDV, người dùng có khả tương tác chiều với hub để đưa yêu cầu Hình 2.3 Mạng SDV 2.1.2 Giới thiệu mạng FTTx Một nhà cung cấp lớn dịch vụ mạng Nhật Bản công ty NTT triển khai bước công nghệ FTTx Dưới phát triển NTT, công ty viễn thông khác AT&T, Hitachi, Fujitsu, … tham gia vào trình phát triển mạng FTTx FTTx công nghệ kết nối viễn thông sử dụng cáp quang từ nhà cung cấp dịch vụ tới địa điểm khách hàng (Điểm node gần khu vực người sử dụng ,các tòa nhà văn phòng, đến tận nhà dân) Công nghệ đường truyền thiết lập sở liệu truyền qua tín hiệu quang (ánh sáng) sợi cáp quang đến thiết bị đầu cuối khách hàng, tín hiệu biến đổi thành tín hiệu điện, qua cáp mạng vào broadband-router Nhờ đó, khách hàng truy cập internet thiết bị qua có dây khơng dây Tín hiệu quang ghép kênh đưa tới chia dùng cho khu vực nhóm người tiêu dùng Trong mạng FTTx, có nhiều tỷ lệ chia dùng cho chia lấy ví dụ mạng FTTH thông thường sử dụng chia tỷ số 1: 16 cho người dùng hay nói cách khác, tín hiệu quang ghép kênh để đưa tới cho nhóm 16 người sử dụng khác Khi tín hiệu quang phải chuyển đổi thành tín hiệu điện tới người sử dụng, ONU cần đặt kết cuối mạng Do giá thành lắp đặt ONU cao nên nhà phân phối thường sử dụng ONU cho nhiều người sử dụng để giảm chi phí lắp đặt mạng Hình 1.4 thể cấu trúc mạng FTTx ONU tương đương với giao tiếp mạng thông tin quang người sử dụng Hình 2.4 Mạng FTTx Việc cung cấp nguồn cho mạng FTTx vấn đề cần giải Nó đóng vai trị quan trọng mạng FTTx hầu hết quốc gia yêu cầu cấp nguồn liên tục cho tất dịch vụ viễn thông mạng FTTx truyền dẫn tín hiệu điện Với trường hợp mạng FTTx( x=C) dùng cáp đồng trục, mạng FTTx (x=C) cung cấp nguồn thông qua mạng cáp đồng trục chạy song song với mạng Với mạng FTTx, khả tiêu thụ với cơng suất thấp đặc điểm cạnh tranh lớn với kiến trúc mạng khác Vấn đề giải phát triển nguồn pin nay; nhờ đó, thiết bị thơng tin quang đầu cuối người sử dụng cấp nguồn sạc điện Các nguồn cấp điện dùng pin mặt trời giải pháp khả thi cho thiết bị khu vực xa với tiêu thụ công suất thấp Khả cung cấp nguồn mạng FTTx đẩy chi phi lắp đặt toàn mạng xuống từ đến lần so với mạng khác Hiện nay, phát triển vượt bậc công nghệ sợi quang đẩy giá thành lắp đặt mạng FTTx hạ xuống nhanh chóng mà phát triển bắt nguồn từ tiến mạnh mẽ công nghệ laser, giải pháp việc phân phối tín hiệu video kiến trúc mạng thụ động Bên cạnh tiến công nghệ , cần phải kể đến sức phát triển mạnh mẽ mạng Internet, website công nghệ video số hình thành dịch vụ yêu cầu tốc độ cao, băng thơng rộng Chính u cầu khơng ngừng người sử dụng nhanh chóng cho nhà sản xuất thấy giới hạn mạng nhờ điều đó, mạng FTTx giải pháp tối ưu đề xuất cho khả truyền tải băng rộng với suy hao thấp FTTx đặc biệt hiệu với dịch vụ: Private Hosting Server, VPN, Truyền liệu, Game Online, IPTV, VoD, Video Conferrence, IP Camera…với ưu băng thơng truyền tải liệu cao, nâng cấp lên băng thơng lên tới 1Gbps, an tồn liệu, độ ổn định cao, không bị ảnh hưởng nhiễu điện, từ trường 2.1.3 Ưu điểm FTTx Kiến trúc mạng FTTx sử dụng xem xét với nhiều ưu điểm số lượng thu phát quang, thiết bị đầu cuối tổng đài CO (Central Office) sợi quang thấp FTTx mạng quang điểm đa điểm với linh kiện quang thụ động đường dẫn tín hiệu từ nguồn đến thuê bao sợi quang, nối chia quang Dưới góc độ nhà phân phối FTTx mở thị trường hội dịch vụ truyền thoại , liệu tốc độ cao dịch vụ truyền hình, multimedia tương tác khác So sánh với mạng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) nay, tốc độ upload FTTx vượt qua ngưỡng chuẩn ADSL2+ (1Mbps) ngang với tốc độ download Vì thích hợp với việc truyền tải liệu theo chiều từ mạng khách hàng internet Độ ổn định tuổi thọ cao dịch vụ ADSL không bị ảnh hưởng nhiễu điện, từ trường; khả nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng Ngoài ứng dụng ADSL cung cấp Triple Play Services (dữ liệu, truyền hình, thoại), với ưu băng thơng vượt trội, FTTx sẵn sàng cho ứng dụng địi hỏi băng thơng cao, đặc biệt truyền hình độ phân giải cao yêu cầu băng thông lên đến vài chục Mbps, ADSL không đáp ứng Ngày nay, kênh truyền hình số nén tới tốc độ từ 1.5 – 6Mbit/s tiến tới cơng nghệ truyền hình số HDTV với tốc độ truyền tải 20Mbit/s Mạng FTTx cung cấp cho người dùng đồng thời từ 5-10 kênh truyền hình HDTV với dịch vụ khác Vì , với phát triển truyền hình số FTTx u cầu khơng thể thiếu cho nhà cung cấp dịch vụ truyền hình Hơn nữa, độ ổn định mạng FTTx ngang dịch vụ internet kênh thuê riêng Leased-line chi phí thuê bao hàng tháng thấp vài chục lần Đây gói dịch vụ thích hợp cho nhóm khách hàng có nhu cầu sử dụng cao ADSL kinh tế leasedline Bên cạnh đó, mặt mạnh mạng FTTx so với mạng khác FTTx có giá thành bảo dưỡng trì mạng thấp Thông thường, công ty viễn thông cần tiêu hao chi phí lớn cho bảo trì thay cáp đồng cũ xuống cấp phá hủy môi ... I CẤU TRÚC CỦA MẠNG INTERNET BĂNG THÔNG RỘNG Mơ hình internet FTTx băng thơng rộng ứng dụng cơng nghệ PON sử dụng giao thức TCP/IP làm giao thức mạng vận chuyển Internet chương tập trung nghiên... dịch vụ mạng Nhật Bản công ty NTT triển khai bước công nghệ FTTx Dưới phát triển NTT, công ty viễn thông khác AT&T, Hitachi, Fujitsu, … tham gia vào trình phát triển mạng FTTx FTTx công nghệ kết... số Kiến trúc mạng SDV sử dụng để cung cấp truyền hình số cách hiệu với băng thơng rộng cho người sử dụng Hình 2.3 kiến trúc điển hình mạng SDV dùng cho hệ thống truyền hình cáp sử dụng phương