Phân tích và thiết kế mạng truy nhập gpon dựa trên phần mềm mô phỏng optisystem

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU ii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP 1.1 Sự đời 1.2 Khái niệm 1.3 Những giai đoạn phát triển mạng truy nhập 1.4 Các công nghệ truy nhập 1.4.1 Phân loại 1.4.2 So sánh đánh giá công nghệ truy nhập 1.4 Kết luận chương .9 CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON .10 2.1 Mạng thụ động PON 10 2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động 10 2.1.2 Đặc điểm hệ thống 10 2.1.3 Kiến trúc mạng quang thụ động PON .11 2.1.5So sánh mạng PON AON 14 2.1.6 Các chuẩn mạng PON .17 2.1.7 Ưu, nhược điểm mạng PON 23 2.2 Giới thiệu công nghệ GPON 23 2.3 Kiến trúc mạng GPON 24 2.3.1 Kết cuối đường quang OLT 24 2.3.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT 25 2.3.3 Mạng phân phối quang ODN 26 2.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật 27 2.4.1 Tốc độ bit 27 2.4.2 Khoảng cách .28 2.4.3 Tỉ lệ chia 28 2.5 Kỹ thuật truy nhập phương thức ghép kênh mạng GPON 28 2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 28 2.5.2 Phương thức ghép kênh .29 2.6 Cấu trúc phân lớp mạng quang GPON 30 2.6.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD 30 2.6.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC .31 2.6.3 Cấu trúc khung GTC 35 2.7 Phương thức đóng gói liệu .36 2.7.1 Cấu trúc tế bào ATM 36 2.7.2 Cấu trúc khung GEM .38 2.8 Bảo vệ phần mạng quang thụ động 39 2.8.1 Chuyển mạch bảo vệ 39 2.8.2 Bảo mật GPON 40 2.9 Kết luận chương .40 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM 41 3.1 Giới thiệu phần mềm OptiSystem 41 3.1.1 Giới thiệu chung 41 3.1.2 Các ứng dụng phần mềm OptiSystem 41 3.1.3 Các đặc điểm phần mềm OptiSystem .42 3.2 Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON 44 3.2.1 Các thông số thiết lập mạng GPON 44 3.2.2 Sơ đồ hệ thống mạng GPON .47 3.3 Phân tích mạng truy nhập GPON dựa phầm mềm OptiSystem 48 3.3.1 Các tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 48 3.3.2 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang 52 3.4 Kết luận chương .62 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .64 Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống .2 Hình 1.2: Mạng truy nhập đại quan điểm ITU-T Hình 1.3: Sự phát triển dòng thiết bị truy nhập .4 Hình 2.1: Mơ hình chung mạng quang thụ động PON 11 Hình 2.2: Các dạng kiến trúc PON 12 Hình 2.3: Bộ chia cơng suất quang 13 Hình 2.4: Cấu trúc WDM-PON 22 Hình 2.5: Các khối chức OLT 24 Hình 2.6: Các khối chức ONU 25 Hình 2.7: Cấu trúc mạng cáp quang thuê bao 26 Hình 2.8: Sử dụng TDMA GPON hình 28 Hình 2.9: Cấu trúc phân lớp mạng GPON 30 Hình 2.10: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC 32 Hình 2.11: Điều khiển phương tiện hệ thống GTC 33 Hình 2.12: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC 35 Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên GTC .35 Hình 2.14: Cấu trúc tế bào ATM .36 Hình 2.15: Cấu trúc tế bào ATM giao diện UNI (a) NNI (b) 37 Hình 2.16: Cấu trúc khung mào đầu GEM 38 Hình 3.1: Giao diện người sử dụng OptiSystem 41 Hình 3.2: Thiết lập thông số cho đường xuống 45 Hình 3.3: Thiết lập thơng số cho đường lên 46 Hình 3.4: Thiết lập thơng số tồn mạng .46 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON .47 Hình 3.6: Cấu trúc khối ONU 48 Hình 3.7: Mối liên quan giữ tín hiệu nhận hàm phân bố xác suất 49 Hình 3.8: Mối quan hệ hệ số phẩm chất Q tỉ lệ lỗi bit BER 51 Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ 51 Hình 3.10: Cơng suất đo đầu OLT Pphát = 1dBm 53 Hình 3.11: Công suất đo đầu vào ONU Pphát = 1dBm 53 Hình 3.12: Kết đo người sử dụng kịch .53 Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Hình 3.13: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch .54 Hình 3.14: Đồ thị mắt người sử dụng kịch 54 Hình 3.15: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch 55 Hình 3.16: Kết đo người sử dụng kịch với L = 10km .55 Hình 3.17: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch .56 Hình 3.18: Đồ thị mắt người sử dụng kịch 56 Hình 3.19: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch 57 Hình 3.20: Kết đo người sử dụng kịch với chia 1:16 57 Hình 3.21: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch .58 Hình 3.22: Đồ thị mắt người sử dụng kịch 58 Hình 3.23: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch 59 Hình 3.24: Công suất đo đầu vào ONU1 với chia 1:16 59 Hình 3.25: Công suất đo đầu OLT Pphát = 5dBm 60 Hình 3.26: Cơng suất đo đầu vào ONU1 Pphát = 5dBm 60 Hình 3.27: Kết đo người sử dụng kịch với Pphát = 5dBm 60 Hình 3.28: Đồ thị Min BER người sử dụng kịch .61 Hình 3.29: Đồ thị mắt người sử dụng kịch 61 Hình 3.30: Đồ thị hệ số phẩm chất Q người sử dụng kịch 62 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến .6 Bảng 1.2: Đánh giá chung công nghệ truy nhập .7 Bảng 1.3: So sánh giá thành công nghệ Bảng 2.1: Bảng so sánh AON PON băng thông .15 Bảng 2.2: Bảng so sánh AON PON việc điều khiển lưu lượng 16 Bảng 2.3: So sánh chuẩn công nghệ TDMA PON .19 Luận văn tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh CATV CDMA CO DTV DBA Asymmetric Digital Subscriber Line ATM-Based Passive Optical Network Asynchronous Tranfer Mode Bit Error Rate (The ITU-T uses Bit Error Ratio) Broadband Passive Optical Network Cable Television Code Division Multiple Access Central Office Definition Television Dynamic Bandwidth Alocation EPON Ethernet PON FEC FO FSAN FTTB FTTC FTTCab FTTN FTTO FTTP FTTH GEM GPON HDTV Forward Error Correction FiberOptic Full Service Access Network Fiber To The Building Fiber To The Curb FibertotheCabinet Fiber To The Node Fiber To The Office FibertothePremises Fibertothex, where x = (H)ome, (C)urb, (B)uilding, (P)remesis, etc Fiber To The Home GPON Encapsulation Method Gigabit Passive Optical Network HighDefinition Television HFC Hybrid Fiber Coaxial IPTV ISDN ISP Internet Protocol Television Integrated Services DigitaNetwork Internet Service Provider International Telecommunication Union Local Area Network Media Access Control ADSL APON ATM BER BPON FTTx ITU LAN MAC Nghĩa tiếng việt Đường dây thuê bao bất đối xứng Mạng quang thụ động dùng ATM Chế độ truyền tải không đồng Tỉ lệ lỗi bít Mạng quang thụ động băng rộng Truyền hình cáp Đa truy nhập phân chia theo mã Tổng đài trung tâm Truyền hình kỹ thuật số Cấp phát băng thông động Mạng quang thụ động chuẩn Ethernet Sửa lỗi trước Sợi quang Mạng truy nhập dịch vụ đầy đủ Cáp quang đến tòa nhà Cáp quang đến cụm dân cư Cáp quang kéo tới tủ Cáp quang đến node Cáp quang đến văn phòng Cáp quang kéo tới khách hàng Cáp quang kéo tới x, x Home, Curb, Building, Premises… Cáp quang đến tận nhà Phương thức đóng gói GPON Mạng quang thụ động Gigabit TV độ nét cao Mạng lai cáp đồng cáp quang Truyền hình Internet Mạng dịch vụ số tích hợp Nhà cung cấp dịch vụ Internet Liên minh viễn thông quốc tế Mạng máy tính cục Điều khiển truy nhập Luận văn tốt nghiệp MAN Metropolitan Area Network Operations Administration and OAM Maintenance ODF Optical Distribution Frame ODN Optical Distribution Network OLT Optical Line Terminal/Termination ONT Management Control OMCI Interface Optical Network ONT Terminal/Termination ONU Optical Network Unit P2P Point-to-Point PDU Protocol Data Unit Physical Layer Operations and PLOAM Maintenance PMD Polarization Mode Dispersion PON Passive Optical Network QoS Quality of Service SDH Synchronous Digital Hierarchy SNR Signal-to-Noise Ratio SONET Synchronous Optical Network TDM TimeDivision Multiplexing TDMA Time Division Multiplex Access UNI User Network Interface Very High Bit Rate Digital Subscriber Line Video On Demand Voice over Internet Protocol Wave Division Multiplexing VDSL VoD VoIP WDM Thuật ngữ viết tắt Mạng đô thị Khai thác quản lí bảo dưỡng Hộp phân phối quang Mạng phân phối quang Thiết bị đầu cuối đường dây quang Giao diện điều khiển quản lý thiết bị đầu cuối mạng Thiết bị đầu cuối mạng Thiết bị mạng quang Điểm tới điểm Đơn vị liệu giao thức Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý Tán sắc mode phân cực Mạng quang thụ động Chất lượng dịch vụ Phân cấp đồng số Tỉ số tín hiệu tạp âm Mạng quang đồng Ghép kênh phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian Giao diện người sử dụng mạng Đường dây thuê bao số tốc độ cao Video theo yêu cầu Thoại qua giao thức Internet Ghép kênh phân chia theo bước sóng Luận Văn tốt nghiệp Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khu vực kinh tế, tổ chức xã hội tạo nhu cầu lớn việc sử dụng dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh liệu.Bên cạnh đó, dịch vụ ứng dụng Internet ngày phong phú phát triển với tốc độ nhanh chóng dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến,… Đặc biệt nhu cầu loại dịch vụ gia tăng tích hợp thoại, hình ảnh liệu ngày tăng Sự phát triển loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao Vậy nên mạng quang giải pháp cần thiết quan trọng để giải vấn đề Trong đó, mạng truy nhập quang thụ động GPON (Passive Optical Network) giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn mạng truy nhập để làm giảm bớt tượng tắc nghẽn mạng Mạng GPON mạng điểm đến đa điểm mà khơng cần có thành phần tích cực tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, bao gồm sợi quang, thiết bị thụ động Điều làm tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn tận dụng kiến trúc mạng quang Những năm gần Việt Nam triển khai mạng truy nhập quang thụ động GPON có nhiều ưu Công nghệ GPON công nghệ lựa chọn hàng đầu cho việc triển khai mạng truy nhập nhiều nước giới GPON công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh số liệu với băng thơng rộng Xuất phát từ vị trí, vai trị mạng truy nhập quang cơng nghệ truy nhập quang phát triển chung hệ thống mạng viễn thơng mong muốn tìm hiểu mơ hình hệ thống GPON nên em chọn đề tài “Phân tích thiết kế mạng truy nhập GPON dựa phần mềm mô OptiSystem.” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Ngồi phần lời mở đầu, nội dung luận văn chia thành ba chương cụ thể sau: Chương 1: Tổng quang mạng truy nhập Chương trình bày khái niệm mạng truy nhập phân loại mạng truy nhập quang Những ưu điểm vượt trội mạng truy nhập Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON Chương trình bày kiến trúc mạng quang thụ động PON Và tìm hiểu sâu công nghệ GPON tiêu chuẩn kỹ thuật, kỹ thuật truy nhập… Chương 3: Phân tích thiết kế mạng truy nhập GPON dựa phầm mềm OptiSystem Chương trình bày tiêu đánh giá chất lượng mạng quang phân tích yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang thông qua phần mềm OptiSystem Nguyễn Quang Huyn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP 1.1 Sự đời Mạng viễn thông phát triển theo hướng hoàn toàn đa phương tiện Internet Điều làm cho việc tìm kiếm phương án giải truy nhập băng thơng có giá thành thấp, chất lượng cao trở nên cấp thiết Cùng với phát triển xã hội thông tin, nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông ngày tăng, từ dịch vụ điện thoại đến dịch vụ số liệu, hình ảnh, đa phương tiện Việc tích hợp dịch vụ vào mạng cho mạng viễn thông trở nên đơn giản trở thành vấn đề nóng bỏng nghành viễn thông quốc tế 1.2 Khái niệm Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống Theo quan điểm truyền thống, mạng truy nhập hay cơng trình ngoại vi toàn hệ thống thiết bị đường truyền dẫn nằm tổng đài thiết bị đầu cuối khách hàng, thực chức truyền dẫn thiết bị có kết nối trực tiếp đến th bao(hình 1.1) Như vậy, mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống loại hình mạng phức tạp giới, chứa đựng khối lượng khổng lồ đôi dây cáp đồng để kết nối từ tổng đài nội hạt đến thuê bao Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống Dịch vụ mạng truyền thống cung cấp dịch vụ thoại truyền thống POST(plain old telephone services) Với phát triển không ngừng công nghệ, mạng cáp đồng nội hạt ngày cịn cung cấp nhiều loại hình dịch vụ IPTV Tuy nhiên, mạng truy nhập truyền thống bộc lộ nhiều nhược điểm như: • Hạn chế khả cung cấp dịch vụ mới, đặc biệt dịch vụ băng thơng • Chi phí đầu tư lớn, lãng phí thiết bị • Bán kính phục vụ nhỏ Để khắc phục nhược điểm mạng truy nhập truyền thống, nhiều giải pháp đời Ngoài giải pháp nâng cao lực mạng truy nhập Nguyễn Quang Huyn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập truyền thống dùng tổng đài phân tán RLC, dùng cung cấp mạch vòng thuê bao số DLC, thay đổi đường kính cỡ cáp…cịn xuất công nghệ truy nhập khác truy nhập quang, truy nhập quang lai ghép đồng trục, truy nhập vô tuyến Như khái niệm mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống khơn cịn với tất mạng truy nhập Mạng truy nhập đại quan điểm ITU_T Theo khuyến nghị ITU-T, mạng truy nhập định nghĩa hình 1.2.Theo mạng truy nhập chuỗi thực thể truyền dẫn giao diện nút dịch vụ(SNI) giao diện người sử dụng- mạng (UNI).Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải dịch vụ viễn thông Giao diện điều kiển quản lý mạng Q3 Thiết bị đầu cuối khách hàng kết nối với mạng truy nhập qua UNI, mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN) thông quan SNI Về ngun tắc khơng có giới hạn loại dung lượng UNI hay SNI Mạng truy nhập nút dịch vụ kết nối với hệ thống mạng quản trị viễn thông (TMN) qua giao diện Q3 Hình 1.2: Mạng truy nhập đại quan điểm ITU-T Giao diện nút dịch vụ Là giao diện mặt cắt dịch vụ mạng truy nhập Kết nối với tổng đài SNI cung cấp cho thuê bao dịch vụ cụ thể VD: tổng đài kết nối với mạng truy nhập qua giao diện V5 Giao diện V5 cung cấp chuẩn chung kết nối thuê bao số tới tổng đài số nội hạt Giải pháp mang lại hiệu cao cho phép kết hợp hệ thống truyền dẫn thuê bao tiết kiệm card thuê bao tổng đài Hơn phương thức kết nối Nguyễn Quang Huyn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập thúc đẩy việc phát triển dịch vụ băng rộng Giao diện người sử dụng- mạng Đây giao diện phía khách hàng mạng truy nhập UNI phải hỗ trợ nhiều dịch vụ khác nhau, thoại tương tự, ISDN băng hẹp băng rộng dịch vụ leased số hay tương tự… Giao diện quản lý Thiết bị mạng truy nhập phải cung cấp giao diện quản lý để điều kiển cách hiệu toàn mạng truy nhập Giao diện cần phải phù hợp với giao thức Q3 để truy nhập mạng TMN hồn tồn tương thích với hệ thống quản lý mạng mà thiết bị nhiều nhà sản xuất cung cấp Hiện phần nhiều nhà cung cấp thiết bị sử dụng giao diện quản lý riêng thay dùng chuẩn Q3 1.3 Những giai đoạn phát triển mạng truy nhập Với định nghĩa mạng truy nhập để đạt cấu trúc mong muốn mạng truy nhập nói riêng mạng viễn thơng nói chung phải trải qua giai đoạn độ với nhiều trạng thái khác tương tự với xuất phát điểm(mạng truyền số liệu, thoại truyền thống PSTN, mạng di động, mạng di động nội hạt) giải pháp sử dụng khác Hình 1.3 cho thấy mốc phát triển dòng thiết bị truy nhập mạng viễn thông với xuất phát điểm mạng PSTN Nguyễn Quang Huyn Quang Huy CB110855