nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang fttx

nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang fttx

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Nguyễn Như Huê MSSV: 0720095

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Nguyễn Như Huê MSSV: 0720095

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MẠNG TRUY NHẬP QUANG FTTX

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CHUYÊN NGÀNH: VIỄN THÔNG VÀ MẠNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Bùi Hữu Phú

Thành phố HCM – Năm 2011

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sấu sắc nhất tới Thầy Bùi Hữu Phú

-Trưởng bộ môn Viễn Thông và Mạng Trong suốt quá trình làm luận văn,

Thầy đã luôn hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Thành Phố HCM đã tận tình dạy dỗ em trong suốt 4 năm học tại trường

Em đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn này Vì thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn nên luận văn của em không thể tránh khỏi thiếu sót Em rất mong sự quan tâm, góp ý của thầy cô và các bạn để luận văn tốt nghiệp của

em hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cám ơn!

khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư cao cấp… cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như: ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng 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 hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang (FTTx) là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng yêu 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, hiện nay

là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy

đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng GPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại 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 “Nghiên cứu và mô phỏng

mạng truy nhập quang FTTx” để tìm hiểu về công nghệ này Luận văn gồm 5

chương, nội dung cụ thể của các chương như sau :

Chương 1: Tổng quan về mạng FTTx

Chương này cho ta cái nhìn khái quát về sự ra đời, tình hình phát triển của mạng FTTx trên thế giới và Việt Nam, những ứng dụng thực tiễn của mạng FTTx

Chương 3 : Triển khai mạng FTTx theo chuẩn GPON tại CMC TI

Trong chương này chúng ta sẽ xem xét triển khai mạng truy nhập quang theo công nghệ GPON tại công ty CMCTI Đi sâu tìm hiểu thiết bị OLT đang được sử dụng tại CMC TI, thiết bị ISAM 7342 FTTU

Chương 4 : Mô phỏng hệ thống mạng FTTx theo chuẩn GPON

Chương này mô phỏng hệ thống mạng FTTx theo chuẩn GPON Một số tình huống sẽ được đưa ra để đánh giá sự phụ thuộc của hệ thống mạng quang vào các yếu

tố như khoảng cách truyền, tốc độ bit, hệ số chia của splitter, suy hao, phương thức mã hóa… Đánh giá hệ thống dựa trên tỉ lệ lỗi bit BER, đồ thị mắt, chỉ số Q

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Như Huê

LỜI NÓI ĐẦU………II MỤC LỤC……… IV DANH MỤC HÌNH……… VIII DANH MỤC BẢNG……… X DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT……… XI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx……… .3

1.1 Giới thiệu chương 3

1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FTTx 3

1.3 Định nghĩa 7

1.4 Phân loại 7

1.4.1 Phân loại theo chiều dài cáp quang 7

1.4.2 Phân loại theo cấu hình 8

1.5 Ưu nhược điểm mạng FTTx 9

1.5.1 Ưu điểm 10

1.5.2 Nhược điểm 11

1.6 Ứng dụng của FTTx 11

1.7 Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam 12

1.7.1 Tình hình FTTx trên thế giới 12

1.7.2.Tình hình FTTx tại Việt Nam 14

1.8 Kết luận chương 14

CHƯƠNG 2 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON 15

2.1 Giới thiệu chương 15

2.2 Mạng quang chủ động AON 15

2.3.2 Các chuẩn mạng PON 19

2.3.2.1 APON 19

2.3.2.2 BPON 19

2.3.2.3 EPON 20

2.3.2.4 GPON 22

2.3.3 Ưu nhược điểm mạng PON 23

2.3.3.1 Ưu điểm 23

2.3.3.2 Nhược điểm 23

2.3.4 So sánh mạng PON và AON 23

2.3.4.1 Về băng thông và lưu lượng 23

2.3.4.2 Về tính kinh tế 24

2.4 Công nghệ GPON (Gigabit PON) 25

2.4.1 Giới thiệu 25

2.4.2 Kiến trúc mạng GPON 26

2.4.2.1 Kết cuối đường quang OLT 27

2.4.2.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT 28

2.4.2.3 Mạng phân phối quang ODN 28

2.4.3 Các đặc tính cơ bản của GPON 29

2.4.3.1 Tốc độ bit 29

2.4.3.2 Khoảng cách 30

2.4.3.3 Tỉ lệ chia 30

2.4.4 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON 30

2.4.4.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD 30

2.4.4.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC 32

2.4.4.2.3 Phân lớp thích ứng và giao diện với các thực thể lớp trên 35

2.4.4.3 Cấu trúc khung GTC 36

2.4.4.3.1 Cấu trúc khung đường xuống 36

2.4.4.3.2 Cấu trúc khung đường lên 37

2.4.5 Cấp phát băng tần động DBA 38

2.4.5.3 Quản lý hoạt động DBA 40

2.5 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động GPON 40

2.6 Bảo mật 41

2.7 Kết luận chương 42

CHƯƠNG 3 TRIỂN KHAI MẠNG FTTX TẠI CMC TI 43

3.1 Giới thiệu chương 43

3.2 Mô hình GPON tại CMC TI 43

3.3 Các thiết bị trong mạng GPON 44

3.3.1 Một số thiết bị ONT 44

3.3.2 Cấu trúc thiết bị OLT sử dụng trên mạng FTTx tại CMC TI 46

3.3.2.1 Tổng quan về sản phẩm 7342 ISAM FTTU 46

3.3.2.2 Tính năng GPON của 7342 ISAM FTTU 46

3.3.2.3 Dịch vụ 47

3.3.2.4 Giao diện mạng 47

3.3.2.5 Cấu trúc thiết bị ISAM 7342 FTTU 49

3.3.2.6 Các khối chức năng của thiết bị 49

3.3.2.7 Hoạt động quản lí và bảo trì 53

3.4 Các dịch vụ đang cung cấp trên mạng GPON CMCTI 57

3.4.1 FTTH/B 57

3.4.4 Dịch vụ truyền số liệu VPN/MPLS 59

3.5 Kết luận chương 59

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG MẠNG FTTX THEO CHUẨN GPON 60

4.1 Giới thiệu chương 60

4.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 61

4.2.1 Tỉ lệ lỗi bit BER 61

4.2.2 Hệ số phẩm chất Q 64

4.2.3 Đồ thị mắt 65

4.2.4 Mối quan hệ giữa đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER 67

4.3 Các tham số đặc trưng cho mạng GPON 67

4.3.1 Bước sóng hướng xuống 1490 nm, hướng lên 1310 nm 67

4.3.2 Phương thức điều chế NRZ 68

4.3.2.1 Chức năng cơ bản của mã đường dây 68

4.3.2.2 Tại sao lại dùng điều chế NRZ 69

4.4 Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON 71

4.4.1 Sơ đồ kết nối 71

4.4.2 Các tình huống mô phỏng 73

4.4.2.1 Các thông số thiết lập chung 73

4.4.2.2 Ảnh hưởng của khoảng cách 74

4.4.2.3 Ảnh hưởng của hệ số chia của Splitter 77

4.4.2.4 Ảnh hưởng của tốc độ bit 79

4.5 Kết luận chương 80

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx

1.1 Giới thiệu chương

Chương này cho ta cái nhìn khái quát về sự ra đời, tình hình phát triển của mạng FTTx trên thế giới và tại Việt Nam cũng như những ứng dụng thực tiễn của mạng FTTx

1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FTTx

Ngày càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời mà băng thông của các

loại hình dịch vụ đó là rất lớn Bảng 1.1 cho ta thấy nhu cầu về băng thông cho một

số loại hình dịch vụ như vậy

Bảng 0.1 Yêu cầu băng thông đối với một số loại hình dịch vụ

Broadcast TV (MPEG 2) 2 - 6 Mbps HDTV (MPEG 4) 6 - 12 Mbps High speed internet 3 - 10 Mbps Video Conferencing 300 - 570 Kbps Voice/Video Telephony 64 - 570 Kbps

VoD 2 - 6 Mbps

Tính đến thời điểm tháng 9/2008 số thuê bao băng rộng ở nước ta vượt 1,8 triệu thuê bao So với năm 2007 số lượng thuê bao tăng thêm khoảng 50% Tốc độ tăng chậm một phần do ảnh hưởng của suy thoái kinh tế Trong các năm sau tốc độ tăng trưởng sẽ tương đương và thậm chí là nhanh hơn bởi nền kinh tế ổn định và phát triển

Biểu đồ Hình 1.1 dưới đây cho biết về tốc độ tăng trưởng thuê bao Internet

tại Việt Nam tính từ năm 2008 đến năm 2012 Qua biểu đồ này, ta có thể thấy thị phần của thị trường Internet băng thông rộng sẽ tăng dần so với thị phần Internet chung và sẽ đạt mức tối đa 10% thị phần vào năm 2012

Hình 1.1 Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom)

Tốc độ tăng số lượng người dùng Internet, cũng như số lượng thuê bao quy đổi tại Việt Nam đang dần đi vào ổn định ở mức 10 – 30% Số lượng người gia tăng

do tác động của hội nhập, phát triển và do tác động của công nghệ với mục tiêu ngày càng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho người sử dụng với tốc độ ngày một cao Trong sự phát triển đó thì một phần là sự chuyển đổi của người sử dụng Internet từ công nghệ cũ (dial up) sang các công nghệ mới (đặc biệt là ADSL) Minh chứng là tốc độ tăng thuê bao quy đổi khá ổn định khoảng 30%/năm nhưng tốc độ tăng thuê bao băng rộng trong suốt mấy năm qua luôn ở mức trên 200% năm

Năng lực kết nối của các ISP ra quốc tế có tốc độ tăng nhanh qua các năm, ở mức trên 90% năm, điều đó chứng tỏ nhu cầu gia tăng cả về chất lượng cũng như số lượng người sử dụng Internet Mạng Internet đường trục của Việt Nam thường được thiết kế với 3 port Internet đặt tại 3 miền, có hệ thống cáp biển và hệ thống cáp ngầm, chạy ring nhằm backup lẫn nhau khi có sự cố và chủ yếu vẫn kết nối với 3 điểm chính là Nhật Bản, Hồng Kông và Singapore thông qua chủ yếu hệ thống cáp quang biển Đã có kết nối trung chuyển qua VNNIC và peering với nhau giữa các ISP nhằm tận dụng đường truyền và lưu lượng trong nước

Rõ ràng, với yêu cầu bức thiết của thị trường viễn thông Việt Nam, các ISP đang ra sức tăng cường hạ tầng viễn thông mạng của mình để đáp ứng nhu cầu đó Trên nền hạ tầng mạng như vậy có rất nhiều công nghệ truy nhập Các công nghệ trong mạng truy nhập có thể được chia thành hai nhóm chính là:

Các công nghệ hữu tuyến:

 xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL qua đường cáp đồng

 FTTx: (FTTH, FTTB, FTTC, FTTN ) truy nhập băng rộng qua đường cáp quang

 Truy nhập băng rộng qua đường điện (Broadband over Power Line – BPL hay Power Line Communications – PLC)

Các công nghệ truy nhập vô tuyến:

 Truy nhập qua vệ tinh

 Hệ thống truy nhập đa điểm nội hạt (LMDS – Local Multipoint Distribution System)

 WiFi, WiMAX

 3G, HSPA

Công nghệ xDSL: tận dụng hệ thống hạ tầng cáp điện thoại bằng đồng có sẵn

để truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao, xDSL tách băng thông trên đường điện thoại thành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao xDSL có nhiều biến thể như ADSL (Asymetric DSL), ADSL2, ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), HDSL

Cáp truyền hình: Truy nhập Internet tốc độ cao qua đường truyền hình cáp là

mô hình lai ghép HFC (Hybrid Fiber Coaxial), tận dụng cơ sơ hạ tầng cáp quang và cáp đồng trục của mạng truyền hình cáp, cho phép kết nối Internet với tốc độ download tối đa lên tới 10Mbps và tốc độ upload lên tới 2Mbps cao hơn nhiều so với tốc độ đường ADSL (8 Mbps download, 600 Kbps upload) Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin 1 chiều từ nhà cung cấp nội dung chương trình (các kênh TV) tới các thuê bao Để sử dụng được Internet – loại hình thông tin hai chiều thì các nhà cung cấp truyền hình cáp cần phải đầu tư nâng cấp thiết bị để có

khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngược lại từ phía đầu cuối khách hàng Đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba Điều này là một nhược điểm của phương án này vì cần chi phí triển khai, duy tu và bảo dưỡng cao

WiFi: là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn IEEE

802.11 WiFi đã và đang được sử dụng rất rộng rãi ở các nơi công cộng Tuy nhiên Wifi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ vì khoảng cách bao phủ quá ngắn (dưới 100m) Với công nghệ Wi-Fi, các trạm đầu cuối truy nhập theo điểm truy cập (Access point) trên cơ sở ngẫu nhiên Vì thế, trạm xa điểm truy cập dễ bị đứt kết nối hơn so với trạm ở gần Điều này hạn chế việc triển khai những dịch vụ chất lượng cao như IPTV, VoIP

WiMAX: là một công nghệ truy cập không dây băng rộng do diễn đàn WiMAX

(WiMAX Forum) xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định đến di động, nó cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp và DSL, đặc biệt hữu ích đối với các vùng không triển khai được công nghệ DSL WiMAX có thể cung cấp tốc độ hàng chục Mbps tới người sử dụng và trong khoảng cách hàng chục km theo chuẩn IEEE 802.16, tầm hoạt động có thể lên tới 50 km đối với các trạm cố định, và 5 - 15km cho di động

Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy và có thể cạnh tranh với các xDSL cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu băng thông cỡ Gigabit tới người dùng Việc triển khai công nghệ này cũng có những khó khăn nhất định Mặt khác giá cả thiết

bị đầu cuối hiện còn đắt, dải tần mà WiMAX sử dụng không tương thích tại mọi quốc gia Mặt khác, quỹ băng tấn có hạn chỉ có thể cấp cho một số nhà khai thác Ngoài ra WiMAX sử dụng sóng vô tuyến nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường

Để đáp ứng được nhu cầu cấp thiết cho thị trường viễn thông về cả mặt tốc độ, loại hình dịch vụ… , người ta nghĩ đến một công nghệ truy nhập mới FTTx

1.3 Định nghĩa

FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo

từ các thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao Trong đó, sợi quang có hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhà cung cấp đến khách hàng “x” được hiểu là một ký hiệu đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như FTTH, FTTC, FTTB, FTTN Do đó nó có thể thay thế cơ sở hạ tầng cáp đồng hiện tại như dây điện thoại, cáp đồng trục Đây là một kiến trúc mạng tương đối mới và đang phát triển nhanh chóng 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 Phân loại

1.4.1 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 FTTx

thông qua Hình 1.2 Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTC,

FTTN… Điểm khác nhau của các loại hình này là do chiều dài cáp quang từ thiết bị đầu cuối của ISP (OLT) đến các user Nếu từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phía user) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB

 FTTH (Fiber To The Home): cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao

 FTTB (Fiber To The Building): giống như FTTH nhưng ở đây là kéo đến các tòa nhà cao tầng

 FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư Lúc đó từ ONU đến thuê bao có thể sử dụng cáp đồng Trong mô hình này, thiết bị đầu cuối phía người sử dụng được bố trí trong các cabin trên đường phố, dây nối tới các thuê bao vẫn là cáp đồng FTTC cho phép san sẻ giá thành của một ONU cho một số thuê bao do đó nó có thể hạ thấp được giá thành lắp đặt ban đầu

Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To The Exchange), FTTN (Fiber To The Node)…

1.4.2 Phân loại theo cấu hình

Cấu hình Point to Point: là kết nối điểm – điểm, có một kết nối thẳng từ nhà

cung cấp dịch vụ đến khách hàng, mỗi sợi quang sẽ kết nối tới chỉ một khách hàng, nên cấu hình mạng tương đối đơn giản đồng thời do băng thông không bị chia sẻ, tốc độ đường truyền có thể lên rất cao Quá trình truyền dẫn trên cấu trúc P2P cũng rất an toàn do toàn bộ quá trình được thực hiện chỉ trên một đường truyền vật lý, chỉ

có các đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với các khách hàng khác Tuy nhiên, cấu trúc này khó có thể phát triển cho quy mô rộng bởi giá thành đầu tư cho một khách hàng rất cao, hệ thống sẽ trở lên rất cồng kềnh, khó khăn trong vận hành

và bảo dưỡng khi số lượng khách hàng tăng lên

Cấu hình Point to Multipoints: kết nối điểm – đa điểm, một kết nối từ nhà

cung cấp dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua bộ chia splitter Trong hệ thống này mỗi đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được chia sẻ sử dụng chung cho một số khách hàng Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi phát triển khỏi cồng kềnh

1.5 Ưu nhược điểm mạng FTTx

1.5.1 Ưu điểm

Công nghệ FTTx sử dụng cáp quang nên nó có rất nhiều ưu điểm của hệ thống 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 thời 60.000 cuộc đàm thoại Một cáp sợi quang (có đường kính > 2cm) có thể chứa được khoảng 200 sợi quang, dung lượng đường truyền lên tới 6.000.000 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 ứng dụng Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất hay những trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây 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 thông thường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy 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 thống quang 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 tương thích 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 hệ thống tốc

độ số liệu cao hơn bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử Hệ thống cáp 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 khuếch đại laser

Ngoài những ưu điểm trên của sợi quang nói chung, công nghệ FTTx còn có một số ưu điểm khác Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên đến 10 Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+ Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau và cho phép tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính Tốc

độ đi Internet cam kết tối thiểu của FTTx ≥ 256 Kbps

Độ ổn định Dễ bị suy hao do điện từ,

thời tiết, chiều dài cáp…

Không bị ảnh hưởng

Bảo mật Độ bảo mật thấp, dễ bị

đánh cắp tín hiệu đường dây

Độ bảo mật cao, không thể đánh cắp tín hiệu trên đường truyền

Tốc độ truyền dẫn

(Upload và download )

Bất đối xứng : Download > Upload Tốc độ tối đa là 20 Mbps

Cho phép cân bằng : Upload = download Tốc độ tối đa là 10 Gbps

Rất phù hợp vì tốc độ rất cao và có thể tùy biến tốc

độ

1.5.2 Nhược điểm

Mạng quang nói chung và công nghệ FTTx nói riêng có rất nhiều ưu điểm nhưng không tránh khỏi những 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 phải lúc 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 Công nghệ đáp ứng điều đó được triển khai trên nền mạng FTTx chính là IPTV

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) IPTV đã và đang phát triển với tốc độ rất nhanh Theo Telecom Asia, số thuê bao IPTV ở riêng khu vực châu Á - Thái Bình Dương sẽ gia tăng 75% mỗi năm, đạt 34,9 triệu thuê bao và doanh thu 7 tỷ USD vào năm 2011 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 vụ tập trugn 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 Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam

1.7.1 Tình hình FTTx trên thế giới

Thị trường Trung Quốc:

Trung Quốc là thị trường băng rộng lớn nhất Châu Á, hiện có khoảng 69,1 triệu thuê bao băng rộng tính đến tháng 9/2008, trong đó có 6 triệu thuê bao FTTH/B Công nghệ truy cập DSL vẫn thống lĩnh 90,9% thị trường (China Telecom chiếm 40 triệu thuê bao, China Netcom chiếm 25 triệu thuê bao), công nghệ cáp chiếm 0,4%, FTTH/B chiếm đến 8,7%

Các nhà cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở Trung Quốc tập trung vào triển khai FTTH/B là chính và theo xu hướng công nghệ PON, cụ thể là EPON và GPON IPTV là yếu tố tác động quan trọng nhất để phát triển FTTx tại Trung Quốc Trung Quốc có xu hướng truy cập mạng tốc độ cao với chất lượng ổn định

và truyền dẫn đối xứng

Thông tin thị trường Hàn quốc

Hình 1.3 : Tốc độ phát triển FTTH tại Hàn Quốc

Mục tiêu truy cập băng rộng của Hàn Quốc: cung cấp truy cập tổng thể băng rộng, các dịch vụ đa phương tiện mọi nơi, mọi lúc Đã có 10 triệu thuê bao tốc độ

50 – 100 Mbps, và 10 triệu thuê bao không dây tốc độ thấp hơn 1Mbps vào năm

2010 tại Hàn Quốc

Thông tin thị trường Nhật Bản

Nhật Bản xây dựng dự án 5 năm với mục tiêu: 38 triệu thuê bao aDSL, 18 triệu thuê bao FTTH , giá băng rộng giảm trên 60%, 97% cơ quan chính phủ làm việc qua Internet, kết nối băng rộng đến được nông thôn và người già (trên 65 tuổi) Công ty NTT dẫn đầu về FTTH ở Nhật đầu tư 5 ngàn tỷ Yên (47 tỷ USD) tính đến năm 2010 để nâng cấp FTTH cho các đường dẫn cũ của 30 triệu thuê bao NTT và Tepco đưa gói dịch vụ lên đến 1Gbps cho phép xem TV trên FTTH

Hình 1.4 Phát triển thuê bao FTTH tại Nhật Bản

Tại khu vực châu Âu: mạng FTTx cũng chứng tỏ tiềm năng phát triển qua

những con số đáng chú ý Tại Mỹ, FTTH là giải pháp duy nhất đối với các công ty cung cấp dịch vụ nội hạt tại Mỹ Tính đến cuối quý 2 năm 2008, công ty Verzon đã

có tới 2 triệu thuê bao FTTH Cuối quý 3 năm 2008, công ty Verizon đã vượt qua con số 8,5 triệu thuê bao FTTH Đến năm 2010, công ty này đạt được số lượng là

18 triệu thuê bao FTTH

Qua những số liệu phân tích ở trên, có thể thấy rằng thị trường FTTx nói chung và FTTH nói riêng là đầy tiềm năng Không chỉ ở những nước phát triển như Nhật Bản, mà cả những nước đang phát triển khác nhu cầu đường truyền tốc độ cao như FTTH cũng là rất lớn Tại Việt Nam, thị trường FTTx cũng vô cùng sôi động

1.7.2.Tình hình FTTx tại Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có một số nhà cung cấp dịch vụ FTTH sau :

 Tháng 8/2006 FPT Telecom chính thức trở thành đơn vị đầu tiên cung cấp loại hình dịch vụ tiên tiến này

 Ngày 1/5/2009, VNPT cung cấp dịch vụ Internet FTTH trên cáp quang với tốc

độ cao đến 20Mbps/20Mbps Các chi nhánh của VNPT tại các tỉnh thành cũng phát triển một cách rầm rộ

 Ngày 15/05/2009, Viettel chính thức triển khai cung cấp dịch vụ truy nhập Internet FTTH (Fiber To The Home) – Cáp quang siêu tốc độ nhằm phục vụ khách hàng doanh nghiệp mà dịch vụ truy cập Internet hiện tại (ADSL và Leased Line) chưa đáp ứng được về tốc độ và chi phí sử dụng

 Ngày 10/4/2010, CMCTI chính thức khai trương dịch vụ FTTH Đây là công

ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai loại hình FTTH dựa trên chuẩn GPON là chuẩn tiên tiến nhất hiện nay

Những thống kê trên cho thấy các nhà cung cấp dịch vụ Internet hàng đầu Việt Nam đã và đang ra sức xây dựng và triển khai hệ thống mạng cho công nghệ FTTx Mặc dù chi phí lắp đặt ban đầu còn cao nhưng dịch vụ FTTH sẽ dần phổ biến hơn

mà trước hết là hướng đến một số đối tượng khách hàng như các doanh nghiệp, công ty, các quán game…

1.8 Kết luận chương

Những phân tích trong Chương 1 đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng FTTx

Đó là một trong những thị trường vô cùng tiềm năng 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 như Triple-play Để tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc mạng này

chúng ta sẽ nghiên cứu tiếp Chương 2

CHƯƠNG 2 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON

2.1 Giới thiệu chương

FTTx có thể sử dụng mạng quang chủ động Active Optical Network (AON) hoặc mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) để triển khai mạng 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 đài nhà cung cấp (CO) tới người sử dụng Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét qua về kiến trúc mạng chủ động AON và nghiên cứu chủ yếu mạng quang thụ động PON với chuẩn GPON

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 nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng đó và dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh được xung đột khi truyền trên đường vật lý chung bằng việc sử dụng bộ đệm của các thiết bị chủ động Mỗi tủ chuyển mạch 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 tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3

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

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

cáp quang chạy đến từng hộ gia đình, một thuê bao của mạng quang chủ động hình cây cách trung tâm điều khiển từ xa tới 20 km sẽ được cấp một đường dây quang riêng đủ để đáp ứng cho băng thông 2 chiều Cấu trúc mạng này tương tự như cấu trúc của mạng cáp đồng hiện nay và dễ dàng cho các nhà cung cấp dịch vụ đã có sẵn

cơ sở hạ tầng Bởi vì đặc điểm quan trọng của các hệ thống viễn thông là các thiết bị

đầu cuối thay đổi rất nhanh chóng nhưng những cơ sở hạ tầng mạng thì phải tồn tại

từ 15 đến 20 năm Do đó lựa chọn giải pháp nào là điều rất quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũng như những kỹ sư thiết kế hệ thống mạng

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 kết nối 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 phân chia 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 các ONU/ONT Các thiết bị này có nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang Sự khác biệt rõ nhất giữa ONU và ONT là ONU không cần cấp nguồn còn ONT cần phải cấp nguồn và chỉ có ONU mới có khả năng hỗ trợ dịch vụ IPTV

Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:

 OLT (Optical Line Terminal): Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống FTTH, cung cấp các giao diện truy nhập PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu phía uplink

 ONU (Optical Network Unit): ONU là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng

Nó là điểm cuối của mạng quang FTTH ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang

từ giao diện PON thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại được sử dụng tại thuê bao

 ONT (Optical Network Terminal): Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là điểm cuối cùng của ODN

 OND (Optical Network Distribution): Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT Cụ thể, hệ thống phân phối quang OND lại bao gồm các thành phần sau đây: măng xông quang, dây nhảy quang, hộp phối quang ODF, splitter (bộ chia/ghép quang)

Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia công suất quang (Optical Power Splitter): dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở đầu ra Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức là không phải cấp nguồn Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia Hệ số chia càng lớn thì

suy hao càng lớn Với hệ số chia là 1:2 thì suy hao khoảng 3 dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB Suy hao này chính là suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý

Hình 2.3 Bộ chia công suất quang Hình 2.3 cho biết nguyên lý chung của bộ chia công suất quang Giả sử tại

đầu vào có 3 bước sóng λ1 ở hướng lên, λ2, λ3 ở hướng xuống, với bộ chia công suất

có hệ số chia là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào là λ2và bước sóng ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước sóng ra là λ1

Hình 2.4 Kiến trúc mạng quang thụ động

Hình 2.4 đưa ra những mô hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển

của thuê bao cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông Bằng cách sử dụng bộ

ghép 1:2 và các bộ chia 1:N, PON có thể triển khai theo bất cứ cấu hình nào theo

Hình 2.4 PON có thể thu gọn lại thành các vòng ring kép, hình cây hay một nhánh

của cây Các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU

2.3.2 Các chuẩn mạng PON

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

Hình 2.5 Kiến trúc mạng BPON

Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s hoặc 622 Mbit/s và một tế bào quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical layer Operation Administration and Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bào PLOAM

có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thông hướng lên và các bản tin OAM

Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường

ảo (VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống của mình Mỗi một kênh (time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bit từ mào đầu Từ mào đầu mang thông tin về thời gian bảo vệ (guard time), mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu Chiều dài của từ mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT BPON sử dụng giao thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa vào gửi các tế bào ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng định kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất

kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động hệ thống Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc đáp Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT

2.3.2.3 EPON

EPON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3 Trong EPON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung EPON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin

xác định điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận dạng kênh logic (LLID – Link logic ID) nhằm xác định duy nhất một ONU MAC

Hình 2.6 Kiến trúc mạng EPON

Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian

đã được phân bổ ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm PDU (MPCPDU – Multi Point Control Protocol Data Unit) để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU OLT cũng định kỳ gửi các bản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông hay không Các ONU cũng có thể gửi

“Report” cùng với dữ liệu được phát trong hướng lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên,

do vậy trong cấu trúc của EPON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s

2.3.2.4 GPON

Hình 2.7 Kiến trúc mạng GPON

GPON được xây dựng dựa trên BPON và EPON Mặc dù GPON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đóng gói GPON (G-PON Encapsulation Method - GEM) GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701 ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa

từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM

GPON sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON Transmission Conversion) cho

cả hai hướng xuống và hướng lên Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM và/hoặc các tế bào ATM PLOAM gồm

có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONT gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong BPON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT

2.3.3 Ưu nhược điểm mạng PON

2.3.3.1 Ưu điểm

 Sử dụng các thiết bị thụ động nên không cần cấp nguồn, loại bỏ hoàn toàn sự cần thiết của nguồn ngoài Dẫn tới giá thành rẻ

 Giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành

 Tốc độ down load và up load cao

 Giảm chi phí sợi quang và giảm chi phí các thiết bị cho phép nhiều người dùng chia sẻ chung một sợi

2.3.3.2 Nhược điểm

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

 Giới hạn vùng phủ sóng: tối đa là 20 km, phụ thuộc vào số lượng splitter (càng nhiều splitter thì khoảng cách truyền càng giảm)

 Khi có OLT mới cần lắp đặt thì giá thành đối với mỗi thuê bao có kết nối đến OLT đó sẽ tăng lên cho đến khi các port của OLT lấp đầy

2.3.4 So sánh mạng PON và AON

Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật PON

và AON Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ xem xét một số thông số quan trọng như băng thông, khả năng điều khiển luồng, khoảng cách… Đó là những thông số về kỹ thuật Ngoài ra, 2 chỉ tiêu rất quan trọng khi người ta đánh giá mức độ khả thi của một dự án chính là vốn đầu tư cho thiết bị và kinh phí cho khai thác, vận hành và bão trì hệ thống

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 thông cấp phát đến các port tại OLT là giống nhau Và để điều chỉnh băng thông và lưu 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 cấu hình dự phòng n +1

Mạng AON: với mỗi một thuê bao sử dụng riêng một đường cáp quang thì băng thông có thể nằm trong khoảng từ 100Mbps đến 1Gbps (đối với hộ gia đình hoặc một công ty) Việc điều chỉnh băng thông khá dễ dàng Khi một node truy cập được cấu tạo từ các module thì người ta có thể nâng cấp được băng thông cho một

thuê bao nào đó bằng cách can thiệp vào phần cứng

2.3.4.2 Về tính kinh tế

Vốn đầu tư cho thiết bị của các hãng:

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 sử dụng

tương đối rẻ

Cao

Cấu trúc mạng không giống những mạng truyền thống nên phải xây dựng các chuẩn mới nên thiết bị đầu cuối cũng khó khăn hơn trong việc nghiên cứu và chế tạo

AON ưu thế hơn

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

Cao

Một thuê bao cần có một port

laser tại node truy cập nên một

đường quang được chia ra làm

nhiều kết nối thì công suất của

các thiết bị cũng phải tăng lên

Thấp

Bởi vì một port trên OLT có thể cung cấp cho nhiều thuê bao nên khi số lượng thuê bao tăng lên người ta có thể sử dụng các splitter

PON chiếm ưu thế

Giá thành các thành phần mạng (các thiết bị thụ động và cấu trúc hạ tầng)

Cao

Số lượng các giao diện quang

trên các node truy cập khá lớn

Thấp

Vì mỗi một nguồn laser trên OLT

sẽ chia sẻ cho nhiều thuê bao

PON ưu thế hơn

Kinh phí cho khai thác vận hành và bảo trì hệ thống :

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

Nguồn điện tiêu thụ

Chi phí bảo dưỡng

Mỗi một node truy cập yêu

cầu một nguồn điện riêng Do

đó khó bảo dưỡng và chi phí

bảo dưỡng cao

Trong một cabinet đặt ở ngoài trời, splitter gần như không cần bảo dưỡng và cũng không cần nguồn ngoài để cung cấp cho thiết bị này

PON tốt hơn

vì có ít thiết bị thụ động hơn trong cấu hình mạng

Giá thành các thành phần mạng (các thiết bị thụ động và cấu trúc hạ tầng)

Cao

Bởi vì số lượng các giao diện

quang trên các node truy cập

là khá lớn

Thấp

Vì mỗi một nguồn laser trên OLT sẽ chia sẻ cho nhiều thuê bao

PON ưu thế hơn

Tóm lại, mỗi cấu hình mạng đều có những ưu điểm riêng của nó Tùy vào khả năng 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 Công nghệ GPON (Gigabit PON)

2.4.1 Giới thiệu

Bộ khuyến nghị G.984 của ITU đưa ra tiêu chuẩn cho mạng PON tốc

độ gigabit (GPON) là phiên bản mới nhất đối với công nghệ mạng PON Mạng GPON có dung lượng ở mức gigabit cho phép cung cấp các ứng dụng video, tru y nhập internet tốc độ cao, multimedia, và các dịch vụ băng thông rộng Tiêu chuẩn mới này đưa ra khả năng xử lý IP và Ethernet hiệu quả hơn

Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT (Optical Line Termination) và thiết bị kết cuối mạng ONU (Optical Network Unit) hay ONT (Optical Network Termination) được nối với nhau qua mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) Quan hệ giữa OLT và ONU là quan hệ một-nhiều, một OLT sẽ kết nối với nhiều ONU

2.4.2 Kiến trúc mạng GPON

Hình 2.8 dưới mô tả cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một

bộ chia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối với các nhánh OLT tại bộ chia quang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối với ONU

sợi quang vật lý Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP) Bộ chia/ghép quang có hai loại, một đặt tại nhà trạm viễn thông, sử dụng các tủ kiểu indoor, loại kia sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông

FDC: Fiber Distribution Cabinet : tủ phối quang

FDB - Fiber Distribution Box: Hộp phân phối quang loại nhỏ

2.4.2.1 Kết cuối đường quang OLT

OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa Ở phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter…

OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện port dịch vụ, chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tán quang

Hình 2.9 : Các khối chức năng trong OLT

Pon core shell : khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN và chức năng

PON TC Chức năng PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy cập phương tiện, OAM, DBA, và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM hoặc cả hai

Cross-connect shell: cung cấp đường truyền giữa PON core shell và Service

shell OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM hoặc cả hai)

Service shell: phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và giao

diện khung TC của phần PON

2.4.2.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT

Hầu hết các khối chức năng của ONU/ONT tương tự như các khối chức năng của OLT Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo (cross-connect function) có thể được bỏ qua Thay vào đó là chức năng ghép và tách kênh dịch

vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng Cấu hình tiêu biểu của ONU được

thể hiện trong Hình 2.10 Sơ đồ các khối chức năng ONU Mỗi PON TC sẽ lựa

chọn một chế độ tru yền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai

Hình 2.10 : Các khối chức năng của ONU

2.4.2.3 Mạng phân phối quang ODN

Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp thuê bao

Bộ tách/ghép quang:

Là thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi Dạng đơn giản nhất là bộ ghép quang bao gồm hai sợi dính vào nhau Tín hiệu nhận được ở bất kỳ đầu nào cũng chia làm hai Các bộ tách/ghép NxN được chế tạo bằng cách ghép nhiều bộ 2x2 với nhau hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng

Hình 2.11 : Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ 2x2

Các bộ tách ghép được đặc trưng bởi các tham số:

Suy hao chia: là tỉ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép, tính theo Db Với một bộ 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình trên biểu diễn hai

mô hình của bộ 8x8 dựa trên các bộ 2x2 Trong mô Hình 2.11 a, chỉ có 1/16 công suất đầu được đưa tới từng đầu ra Hình 2.11 b biểu diễn mô hình thiết kế hiệu quả

hơn, mỗi đầu ra nhận được 1/8 công suất đầu vào

Suy hao ghép: đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông thường khoảng 0.1 dB đến 1dB

Thông thường các bộ tách/ghép chỉ chế tạo có một đầu vào hoặc một đầu ra

Bộ có một đầu vào gọi là bộ chia (tách), bộ có một đầu ra gọi là bộ ghép Tuy nhiên

có những bộ 2x2 được chế tạo không đối xứng (với tý số chia 5/95 hoặc 10/90)

2.4.3 Các đặc tính cơ bản của GPON

Khoảng cách logic: là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT

ngoại trừ khoảng vật lý Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km

Khoảng cách vật lý: là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và

OLT Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10 km và

20 km Đối với vận tốc tru yền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10

km

2.4.3.3 Tỉ lệ chia

Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay Tu y nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng

2.4.4 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON

Cấu trúc phân lớp của mạng GPON được cho trong Bảng 2.3:

(Physical Media Dependence)

Bảng 2.3 Cấu trúc phân lớp mạng GPON

2.4.4.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD

Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý (Ph ysical Media Dependence) quản lý các thông tin về tốc độ, phương tiện vật lý và phương thức truyền cũng như mã hóa đường dây và bước sóng hoạt động

 Tốc độ tín hiệu:

Tốc độ đường truyền là các tốc độ bội số của 8 kHz Hệ thống được chuẩn

• 1244.16 Mbit/s/155.52 Mbit/s, 1244.16 Mbit/s/622.08 Mbit/s,

• 1244.16 Mbit/s/1244.16 Mbit/s, 2488.32 Mbit/s/155.52 Mbit/s,

• 2488.32 Mbit/s/622.08 Mbit/s, 2488.32 Mbit/s/1244.16 Mbit/s,

• 2488.32 Mbit/s/2488.32 Mbit/s

Các thông số này tương đương với với các thông số trong mạng quang để đạt được tỉ lệ lỗi bit BER ≥ 1 × 10–10 trong trường hợp điều kiện suy hao và tán sắc đường truyền lớn nhất do ảnh hưởng bởi môi trường và yếu tố thời gian

 Phương tiện vật lý và phương thức truyền

Tín hiệu được truyền ở cả hướng lên và hướng xuống bằng phương tiện tru yền dẫn Việc tru yền dẫn song hướng được thực hiện bằng cách ghép kênh theo bước sóng WDM để tru yền trên một sợi quang hoặc truyền đơn hướng trên hai sợi quang

 Tốc độ bit

Tốc độ đường xuống: Tốc độ bit tín hiệu từ OLT tới ONU là 1244.16

hoặc 2488.32 Mbit/s Khi OLT và đầu xa đang hoạt động ở tốc độ danh định (đường lên/ đường xuống) của nó thì tốc độ này được theo dõi bởi một đồng hồ lớp 1 với độ chính xác 1 × 1011 Khi đầu xa hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 4.6 ×

106 Khi OLT hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 3.2 × 105

Tốc độ đường lên: Tốc độ bit tín hiệu từ ONU tới OLT là 155.52, 622.08,

1244.16 hoặc 2488.32 Mbit/s Khi đang ở trạng thái hoạt động và được cấp quyền, ONU sẽ phát tín hiệu với độ chính xác bằng độ chính xác của tín hiệu thu được ở đường xuống ONU sẽ không phát tín hiệu khi không đang ở trạng thái

hoạt động hoặc không được cấp quyền

 Mã hóa đường dây

Mã hóa đường lên và đường xuống sử dụng mã NRZ Phương thức ngẫu nhiên hóa không được định nghĩa trong lớp phụ thuộc vật lý Quy định sử dụng

mức logic quang là: phát mức cao cho bit 1, phát mức thấp cho bit 0

 Bước sóng hoạt động

Đường xuống: Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống

sử dụng một sợi quang là 1480-1500 nm Dải bước sóng hoạt động cho đường

xuống trong hệ thống sử dụng hai sợi quang là 1260-1360 nm

Đường lên: Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260-1360 nm

2.4.4.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC

Lớp GTC bao gồm hai phân lớp: phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub-layer) và phân lớp tương tích hội tụ truyền dẫn (TC adaption sub-layer)

Trong Hình 2.12, phần ATM, GEM, OAM và PLOAM trong phân lớp

đóng khung GTC được phân biệt theo vị trí trong một khung tín hiệu GTC Chỉ

có phần OAM mang thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng được kết cuối tại phân lớp đóng khung GTC để lấy các thông tin điều khiển cho phân lớp này vì thông tin trong phần OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC Thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical layer Operation Administration and Maintenance) được xử lý tại khối PLOAM trong phân lớp này Các gói tin dịch vụ SDU (Service Data Unit) trong phần ATM và GEM được chuyển thành từ gói tin giao thức PDU (Protocol Data Unit) của phần ATM

và GEM tại mỗi phân lớp thích ứng hội tụ tương ứng Ngoài ra các PDU còn bao gồm dữ liệu kênh OMCI, được xem xét ở phân lớp hội tụ này và được trao đổi với thực thể giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI-ONU Management and Control Interface)

Khối điều khiển cấp phát băng tần động (DBA control) là khối chức năng chung, có trách nhiệm cấp phát băng tần động cho toàn bộ các ONU

Hình 2.12 Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC

Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU không cần thiết phải có cả 2 chế độ

hỗ trợ giao thức ATM hay GEM Việc nhận dạng chế độ nào đang được yêu cầu ngay khi cài đặt hệ thống ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thông qua bản tin Serial_Number Nếu OLT có thể giao tiếp với một trong số các chế độ

mà ONU đưa ra thì nó sẽ tiến hành thiết lập kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI) và thiết bị ONU sẽ xuất hiện trong mạng Nếu OLT không hỗ trợ chế độ hoạt động mà ONU đưa ra thì ONU sẽ được xếp vào hàng đợi nhưng sẽ được thông báo không tương thích với hệ thống đang hoạt động

OAM và PLOAM: quản lý các chức năng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD và các lớp GTC

OMCI: cung cấp hệ thống quản lý đồng bộ các lớp cao hơn (lớp dịch vụ) Kênh PLOAM bao gồm các thông tin được dành riêng chỗ trong khung GTC Kênh này được dùng cho tất cả các thông tin quản lý GTC và PMD khác không được gửi qua kênh OAM

Kênh OMCI được dùng để quản lý các lớp dịch vụ nằm trên lớp GTC GTC cung cấp 2 lựa chọn về giao diện tru yền tải cho lưu lượng quản lý này là