thiết kế mạng ftth cho khu vực huyện thăng bình với 6000 thuê bao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG CĐ CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN KHOA TIN HỌC ỨNG DỤNG  BÁO CÁO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠNG FTTH CHO KHU VỰC HUYỆN THĂNG BÌNH VỚI 6000 THUÊ BAO Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Vũ Anh Quang Sinh viên thực hiện : Nguyễn Phước Anh Lớp :VT02A Đà Nẵng, tháng 4 năm 2011 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng gia tăng. Để đáp ứng được những nhu cầu đó thì đòi hỏi một mạng viễn thông cần có tốc độ cao, dung lượng lớn, chất lượng tốt. Cùng với sự phát triển của hệ thống truyền dẫn thì sợi quang ra đời đã chiếm một ưu thế rất lớn về khả năng truyền dẫn, dung lượng, băng thông, ngày càng đáp ứng đầy đủ các dịch vụ thông tin băng rộng, đa phương tiện, trở thành nền tảng cho sự phát triển xa lộ thông tin toàn cầu. Do đó em chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống FTTH cho khu vực huyện Thăng Bình với 6000 Thuê bao”. Với hy vọng có thể có một nền tảng tương đối về thiết kế tuyến cáp quang để có thể vận dụng vào sau này sau khi ra trường. Lần đầu làm đề tài này chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, rất mong có được sự góp ý của thầy cũng như của tất cả các bạn để lần sau có thể làm được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT FTTH: Fiber To The Home Đường truyền dẫn cáp quang đến tận nhà VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG FTTH 1.1 Khái niệm hệ thống FTTH FTTH là một công nghệ trong nhóm công nghệ FTTx (Fiber to the x). FTTx là một thuật ngữ nói chung chỉ một kiến trúc mạng sử dụng cáp quang để kết nối viễn thông tới tại địa điểm sử dụng. Ngoài FTTH còn có các cộng nghệ FTTN (Fiber to the Node), FTTC (Fiber to the Curb), FTTB (Fiberto the building). FTTH là cấu trúc thịnh hành nhất trong các FTTx , chiếm hơn 61% cáp quang trên thế giới. 1.2 Cấu hình hệ thống FTTH 1.2.1. Cấu hình dạng điểm nối điểm. Theo phương án kết nối này, từ nhà cung cấp sẽ dẫn một đường cáp quang tới tận nhà khách hàng. Đường quang này sẽ chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu điện và cấp cho khách hàng. Cấu hình này sử dụng dựa trên chuẩn Ethernet. Ưu điểm: cấu hình đơn giản, rễ lắp giáp, không cần đào tạo chuyên sâu nhiều, thiết bị có giá thành rẻ, có thể tận dụng những vật tư hiện có. đặc biệt ưu thế trong giai đoạn đầu của mạng FTTH hay FTTX Nhược điểm: số lượng thuê bao lớn lên, kiến trúc này không còn phù hợp nữa bởi việc quản lý đường truyền vật lý thuê bao sẽ rất phức tạp và tốn kém. 1.2.2. Cấu hình dạng điểm đa điểm. Theo kiến trúc này, tại nhà cung cấp sẽ đặt một thiết bị làm việc theo tiêu chuẩn PON, còn gọi là OLT. Từ OLT tín hiệu quang sẽ được chia ra thông qua các bộ chia quang và đến đầu khách hàng. Thông thường OLT làm việc trên một sợi quang và một card lắp đặt tại OLT sẽ quản lý khoảng 64 thuê bao. Ưu điểm: kiến trúc đơn giản, dễ quản lý, chi phí đặc biệt tỏ rõ ưu thế khi số lượng thuê bao cho một khu vực lớn. Việc sử dụng cấu hình cũ là không còn phù hợp, kiến trúc này được sử dụng trong giai đoạn phát triển của hệ thống FTTH hay FTTX. Ngược điểm: thiết bị đầu cuối, vật tư, nguyên liệu có giá thành cao, hơn nữa kiến trúc này đòi hỏi phải có quá trình đào tạo chuyên sâu cho các đơn vị thực hiện. 1.3 Thiết bị dùng trong hệ thống 1.3.1 Cáp quang Là thiết bị dẫn từ tủ cáp quang gần nhất về tận mối thuê bao. Đường dây này phải đạt tiêu chuẫn không gấp khúc, tại một điểm uốn phải có độ cong tiêu chuẫn. Nguyễn Phước Anh Trang 1 VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng nó tạo sự kết nối giữa các thiết bị. Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc tuy nhiên sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tán sắc thì ảnh hưởng không đáng kể. Do đó người ta sử dụng sợi quang ở đây là sợi quang có suy hao nhỏ chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652 (theo khuyến nghị G.982). 1.3.2 Bộ chia quang (Splitter) Splitter là thiết bị thụ động, công dụng của nó là để chia công suất quang từ một sợi ra nhiều sợi khác nhau. Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng splitter có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16;1:32; 1:64; 1:128. Hầu hết hệ thống PON có bộ chia splitter là 1:16 và 1:32. Tỉ lệ chia trực tiếp ảnh hưởng quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn. Tỉ lệ của splitter càng cao cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do suy hao của bộ chia splitter 1:N tính theo công thức 10×logN (dB) nên nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng lên gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên 3 dB. 1.3.3 Bộ chuyển đổi ( Converter ). Bộ chuyển đổi quang điện (Fiber Optic Media Converter) thực hiện chức năng biến đổi thông tin truyền dẫn của tín hiệu Ethernet từ CAT5 hoặc các giao thức khác vào sợi quang. Nó có thể ứng dụng cho khoảng cách truyền từ vài kilomet đến hơn một trăm kilomet. Sử dụng Bộ chuyển đổi quang điện (Fiber Optic Media Converter) là một giải pháp kinh tế để đảm bảo tín hiệu quang truyền đi xa. 1.2.4 Modem. Modem thường có 2 cổng ký hiệu WAN và LAN. Cổng WAN được kết nối đến Bộ chuyển đổi bằng cáp đồng qua đầu nối RJ45. Cổng LAN được kết nối đến bộ chuyển mạch cũng bằng cáp đồng qua RJ45. 1.2.5 Đầu nối. Là nơi kết nối các thiết bị truyền nhận quang. Thường có hai dạng Vuông hoặc Tròn. 1.2.6 Dây nhảy quang. Để đấu nối cáp quang vào bảng đấu dây (patch panel) hoặc vào các cổng vào/ra (input/output) trên các thiết bị truyền nhận quang, người ta thường sử dụng dây nối quang một đầu có sẵn đầu nối (pigtail) hoặc cả hai đầu có sẵn đầu nối (pathcord). Nguyễn Phước Anh Trang 2 VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang Hình 1.3 Hình ảnh dây nhảy quang Nguyễn Phước Anh Trang 3 VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang Chương 2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG PON 2.1 Công nghệ PON Hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị chủ động, tại thiết bị tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng như các trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường truyền. Thiết bị chủ động, có nghĩa là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần, thường là bộ xử lý, các chíp nhớ… Với mạng quang thụ động tất cả các thành phần chủ động giữa tổng đài trung tâm (CO, Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các dữ liệu trên mạng dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường truyền. Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường truyền nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho đi qua hoặc chặn ánh sáng lại… Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác xử lý tín hiệu nào và từ đó, gần như kéo dài vô hạn thời gian MTBF (Mean Time Between Failures), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ. Một hệ thống mạng PON bao gồm các thiết bị kết cuối kênh quang (OLT – Optical line terminators) đặt tại CO và bộ các thiết bị kết cuối mạng quang (ONT – Optical network terminals) được đặt tại người sử dụng. Giữa chúng là hệ thống mạng quang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết bị ghép / tách thụ động trong hệ thống mạng PON, cáp quang có thể xuất phát từ tổng đài dịch vụ, đi tới các phân khu truyền dẫn và sau đó kết nối với từng tòa nhà hoặc các thiết bị dịch vụ có thể ghép / tách tín hiệu từ sợi cáp quang chính, sử dụng các thiết bị ghép / tách thụ động. Điều này cho phép các phần cáp quang đắt tiền nối từ tổng đài đi ra có thể được nhiều người sử dụng cùng chia sẻ, từ đó giảm một cách đáng kể chi phí triển khai các ứng dụng hệ thống cáp quang. Nguyễn Phước Anh Trang 4 VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang 2.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON. Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128. PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet. PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data và video tốc độ cao. Khả năng cung cấp băng thông cao. Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng. Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần và cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và splitter. PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợi quang. PON có thể hỗ trợ mạng hình cây, sao, bus và ring. 2.3. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON. 2.3.1. OLT. OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang. OLT có thể được đặt ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa. Một OLT có thể được chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung 2.3.1.1. Phần lõi OLT. Phần lõi OLT bao gồm: Nguyễn Phước Anh Trang 5 Phần dịch vụ OLT Mạng lõi/metro V5, E1, ATM, FE/GE Chức năng port dịch vụ Chức năng OAM Chức năng cấp nguồn Chức năng kết nối chéo đươc số hóa Chức năng ghép kênh truyền dẫn Phần lõi OLT Chức năng giao diện OND Chức năng giao diện OND OND Phần chung OLT Hình 2.1 Các khối chức năng OLT VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi/metro với phần mạng phối quang ODN. Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên mạng phối quang ODN. Ví dụ như dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đển mạng phối quang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODN đến mạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền đến mạng lõi/metro. Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nối OLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động. Nó điều khiển quá trình chuyển đổi quang/điện và điện/quang. Để có thể thực hiện cơ chế chuyển mạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động splitter thì ở OLT sẽ có các chức năng giao diện ODN giống như phần mạng phối quang ODN. 2.3.1.2. Phần dịch vụ OLT. Phần dịch vụ OLT thì có chức năng port dịch vụ. Các port dịch vụ sẽ truyền ít nhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình độ phân giải cao (HDTV- high definition TV), game online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU (tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc vào cách cấu hình trên mỗi port. Khối TU có nhiều port có thể cấu hình mỗi port một dịch vụ khác nhau. 2.3.1.3. Phần chung OLT . Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng (OAM-Operation, Administration and Maintenance). Chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn. Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng cho tất cả khối OLT. Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cung cấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp. Nguyễn Phước Anh Trang 6 [...]... dụng lớp con mô phỏng P2P với 2 byte nhãn gói Ethernet và vùng nhận dạng đường link được số hóa (LLID-Logical link identification) Nguyễn Phước Anh Trang 9 VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH FTTH DỰA TRÊN NỀN PON 3.1 Ý tưởng thiết kế Ở đây ta thiết kế mô hình FTTH cho 6000 thuê bao trong khu vực một huyện gồm có 20 xã Vậy nên từ trạm chính của huyện ta sẽ dùng bộ chia... động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối của ONU 2.3.3 ODN Mạng phối quang ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho các kết nối vật lí từ ONU đến OLT ODN bao gồm các thành phần sau: Sợi quang và cáp quang Các connector Các thiết bị thụ động như splitter Mối nối 2.4 Các chuẩn mạng PON Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn theo phương thức truy nhập TDMA PON như là... kích cỡ cố định, ATM có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ ví dụ như phân bổ băng thông, đảm bảo độ trễ…ATM được thiết kế hỗ trợ cả thoại và dữ liệu vì thế mà nó phù hợp cho ứng dụng FTTH 2.4.1.1 Mô tả hệ thống APON/BPON Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s (56 tế bào ATM có khích thước 53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM)... (GTC- GPON Transmission Convergence), khung GTC có thể đóng gói các cell ATM Không giống như APON/BPON, khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GPON (GEM- GPON Encapsulation Method) Phần tải khung GTC chứa cả ATM và GEM 2.4.2.1 Mô tả hệ thống GPON Kiến trúc GPON thì tương tự APON/BPON đã được mô tả ở phần 2.1.1 Tuy nhiên, đối với hệ thống GPON thì tốc độ tăng... vật lý OAM (PLOAM – Physical layer Operation Administration and Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh B-PON 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 báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT 2.4.2 GPON GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical... chung ONU bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng OAM Chức năng cấp nguồn cung cấp nguồn cho ONU (ví dụ như chuyển đổi AC thành DC hay ngược lại) Nguồn có thể được cấp tại chỗ hay từ xa Nhiều ONU có thể chia sẻ nguồn ONU có thể hoạt động bằng nguồn dự phòng Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả... trong Bảng 1); 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) 2.4.1 APON/BPON APON/BPON được chuẩn hóa bởi ITU-T APON (ATM-PON) và BPON (Broadband PON) là tên khác nhau của kiến trúc TDM-PON dựa trên ITU-T G.983 Tên BPON phục vụ cho mục đích tiếp thị, còn tên APON thì nói rõ khung ATM được dùng... thiết kế Ở đây ta thiết kế mô hình FTTH cho 6000 thuê bao trong khu vực một huyện gồm có 20 xã Vậy nên từ trạm chính của huyện ta sẽ dùng bộ chia để đưa về 20 xã trong huyện, rồi từ các xã này lại dùng bộ chia để phân về đến từng thuê bao 3.2 Mô hình chung cua hệ thống Nguyễn Phước Anh Trang 10 ... ODN thì các dịch vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệu giữa ODN và khách hàng Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điện hay điện/quang 2.3.2.2 Phần dịch vụ ONU Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng port của user Chức năng port của user cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng... cách sử dụng cơ chế cân bằng công suất Cơ chế cân bằng công suất hỗ trợ cho việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng chênh lệch công suất nhận được ở OLT Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, sẽ khởi tạo công suất nhỏ hơn ONU ở xa 2.4.3 EPON EPON là từ viết tắt của Ethernet Passive Optical Network EPON thì tương tự như mạng quang chủ động Ethernet, nó được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3 Giao thức . cho sự phát triển xa lộ thông tin toàn cầu. Do đó em chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống FTTH cho khu vực huyện Thăng Bình với 6000 Thuê bao . Với hy vọng có thể có một nền tảng tương đối về thiết. HÀN KHOA TIN HỌC ỨNG DỤNG  BÁO CÁO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠNG FTTH CHO KHU VỰC HUYỆN THĂNG BÌNH VỚI 6000 THUÊ BAO Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Vũ Anh Quang Sinh viên thực hiện. III XÂY DỰNG MÔ HÌNH FTTH DỰA TRÊN NỀN PON. 3.1. Ý tưởng thiết kế. Ở đây ta thiết kế mô hình FTTH cho 6000 thuê bao trong khu vực một huyện gồm có 20 xã. Vậy nên từ trạm chính của huyện ta sẽ dùng