Thiết kế mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH dựa trên chuẩn công nghệ GPON

Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITUT 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.Đồ án gồm 3 chương:Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH. Nội dung chương này sẽ trình bày về nguồn gốc ra đời, kiến trúc và ưu nhược điểm của FTTx cụ thể là FTTH.Chương II:Mạng quang thụ động với chuẩn GPON. Nội dung chương sẽ trình bày về kiến trúc, các thông số kỹ thuật của công nghệ GPON và các dịch vụ triển khai trên đó như: FTTx, IPTV, VPNMPLS….Chương III: Thiết kế, triển khai FTTH theo chuẩn GPON.

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp Đại học

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1/ Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

………

2/ Điểm số: … (Bằng chữ: …… )

Hà Nội ngày … tháng … năm 2012

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS NGUYỄN ĐỨC THỦY

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

1/ Nhận xét của giáo viên phản biện

………

2/ Điểm số: … (Bằng chữ: …….)

Hà Nội ngày … tháng … năm 2012

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 3

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU v

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii

LỜI CẢM ƠN xii

LỜI NÓI ĐẦU xiii

CHƯƠNG I: MẠNG TRUY NHẬP QUANG BĂNG RỘNG CẤU TRÚC FTTH 1

1 1 Giới thiệu về kiến trúc quang FTTx 1

1.1.1 Định nghĩa 1

1.1.2 Phân loại 1

1.2 Mạng quang truy nhập quang cấu trúc FTTH 3

1.2.1 Tổng quan về FTTH 3

1.2.2 Kiến trúc FTTH 3

1.2.3 Các cấu hình của FTTH 4

1.2.4 Bước sóng sử dụng trong FTTH 6

1.3 Kết luận chương I 7

CHƯƠNG II: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON 8

2.1 Giới thiệu về mạng quang thụ động (PON) 8

2.1.1 Kiến trúc mạng PON 8

2.1.2 Các chuẩn mạng PON 10

2.2 Công nghệ GPON 13

2.2.1 Giới thiệu: 13

2.2.2 Kiến trúc mạng GPON 14

2.2.3 Các thông số kỹ thuật GPON 18

2.2.4 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 19

2.2.5 Lớp hội tụ truyền dẫn 20

2.2.6 Cấu trúc khung 24

Trang 4

2.2.7 Phương Thức Đóng Gói Dữ Liệu 28

2.2.8 Định cỡ và phân định băng thông trong GPON 31

2.2.9 Bảo mật và mã hóa 35

2.2.10 Một số dịch vụ của mạng GPON 35

2.3 Kết luận chương II 36

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, TRIỂN KHAI MẠNG FTTH THEO CHUẨN GPON 37

3.1 Giới thiệu 37

3.2 Mô hình triển khai FTTH trên nền GPON: 37

3.2.1 Cấu hình mạng tham chiếu 39

3.2.2 Tốc độ bit 41

3.2.3 Mã hóa đường dây 42

3.2.4 Bước sóng hoạt động 42

3.2.5 Nguồn phát tại giao diện Old và giao diện Oru 42

3.2.6 Đường truyền quang giữa giao diện Old/Oru 43

3.2.7 Bộ thu tại giao diện Ord và Olu 44

3.2.8 Các thông số kỹ thuật của mạng 45

3.3 Mô phỏng mạng FTTH trên nền GPON 48

3.3.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm Optisystem 48

3.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 48

3.3.3 Các tham số đặc trưng cho mạng GPON 55

3.3.4 Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON 58

3.4 Kết luận chương III 66

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Trang 5

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Phân loại FTTx theo chiều dài cáp quang 1

Hình 1.2 Kiến trúc FTTH 4

Hình 1.3 Cấu hình điểm- điểm (P2P) 5

Hình 1.4 Cấu hình điểm – đa điểm (P2MP) 5

Hình 1.5 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang 6

Hình 2.1 Kiến trúc mạng PON 9

Hình 2.2 Cấu trúc của WDM PON 12

Hình 2.3 Kiến trúc mạng GPON 14

Hình 2.4 Các khối chức năng trong OLT 15

Hình 2.5 Các khối chức năng của ONU 16

Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 17

Hình 2.7 Các bộ 8x8 được tạo ra từ các bộ 2x2 17

Hình 2.8 Tốc độ bit trong GPON 18

Hình 2.9 TDMA GPON 19

Hình 2.10 Cấu trúc phân lớp mạng GPON 21

Hình 2.11 Ngăn xếp giao thức của GTC 22

Hình 2.12 Điều khiển truy nhập môi trường 23

Hình 2.13 Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên 24

Hình 2.14 Cấu trúc khung đường xuống 25

Hình 2.15 Các trường thông tin trong khung đường xuống 26

Hình 2.16 Cấu trúc khung đường lên 26

Hình 2.17 Cấu trúc các trường thông tin khung đường lên 27

Hình 2.18 Cấu trúc khung và mào đầu GEM 28

Trang 6

Hình 2.19 Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM 30

Hình 2.20 Một số trường hợp phân mảnh 30

Hình 2.21 Mối quan hệ giữa khung GEM và khung GTC 31

Hình 2.22 Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON 31

Hình 2.23 Cửa sổ định cỡ 32

Hình 2.24 Phân định băng thông động 33

Hình 2.25 Nguyên lý hàng đợi công bằng 34

Hình 2.26 Mô hình VoIP với GPON 36

Hình 3.1 Kiến trúc mạng và hạ tầng cung cấp dịch vụ của FTTH- GPON 38

Hình 3.2 Kiến trúc mạng quang 39

Hình 3.3 Mô hình mạng tham chiếu 39

Hình 3.4 Cấu hình vật lý chung của mạng phân bố quang ODN 40

Bảng 3.1 Ví dụ giao diện SNI và các dịch vụ 40

Bảng 3.2 Ví dụ giao diện UNI và các dịch vụ 41

Bảng 3.3 Các thông số giao diện quang đường xuống tốc độ 1244Mbitps 45

Bảng 3.4 Thông số giao diện quang đường xuống tốc độ 2488Mbitps 46

Bảng 3.5 Thông số giao diện quang đường lên tốc độ 155Mbitps 46

Hình 3.5 (a) Tín hiệu nhận được ở bộ thu (b) Hàm phân bố xác suất bit “1” và “0” 49

Hình 3.6 Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER 52

Hình 3.7 Hệ số Q tính theo biên độ 53

Hình 3.8 Sự hình thành đồ thị mắt 53

Hình 3.9 Đồ thị mắt 54

Trang 7

Hình 3.10 Phổ tín hiệu tại bước sóng 1490 nm 55

Hình 3.13 Phương thức ghép kênh TDM trong GPON 57

Hình 3.14 Phân loại mã đường dây 58

Hình 3.15 Sơ đồ kết nối hệ thống FTTH- GPON 59

Hình 3.16 Sơ đồ kết nối bộ chia quang 1:32 60

Hình 3.17 Sơ đồ kết nối ONU 60

Bảng 3.8 Tham số thiết lập mô phỏng 61

Hình 3.19 Đồ thị mắt khoảng cách 20km, hệ số chia 1:32, bước sóng 1490nm 62

Hình 3.20 Đồ thị mắt khoảng cách 20km, Splitter 1:64, bước sóng 1490nm 63

Hình 3.21 Đồ thị mắt cho tốc độ 2488Mbps, công suất phát 2dB 64

Hình 3.22 Đồ thị mắt cho tốc độ 1244 Mbps, công suất phát 2dB 64

Hình 3.23 Đồ thị mắt Splitter 1:32, L=10km, tốc độ 2488Mbps (down) 66

Trang 8

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮTA

AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến

Alloc ID Allocation Identifier Phân bổ nhận dạng

AON Acctive Optical Network Mạng quang chủ động

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển đổi không đồng bộ

B

BIP Bit Interleaved Parity Bit đan xen chẵn lẻ

BPL Broadband over Power Line Băng rộng dùng cáp điện

DBA Dynamic Bandwith Assignment Phân bổ băng tần động

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

E

EPON Ethernet PON

F

FBA Fixed Bandwitch Allocation Phân bổ băng tần cố định

FEC Forward Error Correction Kĩ thuật sửa lỗi

FMD Fiber Management Point Điểm quản lý sợi

FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến hộ gia đình

FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà

FTTC Fiber To The Curb Cáp quang đến vỉa hè

FTTE Fiber To The Exchange Cáp quang đến điểm giao dịch

Trang 9

HEC Header Error Control Tiêu đề kiểm soát lỗi

HFC Hybrid Fiber Coaxial Cáp đồng trục lai ghép

I

IEEE

Institute of Electrical andElectronics Engineers

Viện các kỹ sư Điện và Điện tử

IPTV Internet Protocol Television TV qua giao thức Internet

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITUT

InternationalTelecommunication Union-Telecom

Tổ chức viễn thông quốc tế

L

LLID Link Logic Identifier Nhận dạng liên kết logic

M

MAC Media Access Control Điều khiển phương tiện truy nhập

MPCPDU

Multipoint Control ProtocolData Unit

Giao thức điều khiển đa điểm PDU

MPLS Multiprotocol Label Switching

Đa truy nhập theo giao thức chuyểnmạch nhãn

Trang 10

ODN Optical Distribution Network Mạng phân phát quang

OLT Optical Line Termination Đường cuối quang

ONT Optical Network Termination Kết cuối quang

ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

OPEX Operation Expense

P

PCPd

Physical Control Blockdownsteam

Khối điều khiển vật lý đường xuống

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PLC Power Line Communication Thông tin đường cáp điện

PLI Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình logic

PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

PTI Payload Type Indicator Chỉ số loại tải trọng

TC Transmission Convergence Hội tụ truyền dẫn

T-CONT Transmission Containers Khối truyền tải

TDM Time Devision Multilplexing Ghép kênh phân thời

VCI Vitural Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo

VoIP Voice over IP Thoại qua giao thức Internet

VPI Vitural Path Identifier Nhận dạng đường ảo

W

Trang 11

WDMPON

Wavelength DevisionMultiplexing PON

PON sử dụng ghép kênh theo bướcsóng

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập tại Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, em đãnhận được nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô để hoàn thành khóa học một cách tốt nhất.Qua đồ án tốt nghiệp Đại học này em xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tớitất cả các thầy cô giáo ở các Bộ môn đã tham gia giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt thờigian vừa qua

Qua Đồ án này, em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo ở bộ mônThông tin Quang, khoa Viễn thông 1 đã đưa ra những ý kiến đóng góp, nhận xét trong

suốt quá trình làm đồ án Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, TS Nguyễn Đức Thủy đã định hướng, góp ý và sửa chữa cho em trong thời gian thực

hiện Đồ án này

Trang 13

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và pháttriển với tốc độ nhanh, nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữliệu ngày càng cần thiết Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạtầng mạng truy nhập 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 do hạnchế về tốc độ và cự ly nên không đáp ứng được c á c yêu cầu v ề dịch vụ

FTTH là một kiến trúc mạng truy nhập quang có băng thông rộng, tốc độtruyền dữ liệu cao với chất lượng dịch vụ tốt Dựa trên công nghệ mạng quang thụđộng cùng với kiến trúc transceiver mới, mạng FTTH có khả năng cung cấp cho sốlượng thuê bao lớn hơn rất nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộngmạng và cho phép người sử dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông tốc độcao

Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITUT chuẩn hóa, hiệnnay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạng truynhập tại nhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụmạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng

Vì vậy việc triển khai FTTH theo chuẩn GPON là cần thiết để đáp ứng các nhucầu về dịch vụ tốc độ cao, băng thông lớn và các dịch vụ trong tương lai

Hiện nay, ở nước ta đã có CMC TI và VNPT là hai công ty đang triển

khai mạng FTTH theo công nghệ GPON Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Thiết

kế mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH dựa trên chuẩn công nghệ GPON”

Đồ án của em gồm 3 chương:

Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH Nội dung

chương này sẽ trình bày về nguồn gốc ra đời, kiến trúc và ưu nhược điểm của FTTx

cụ thể là FTTH

Chương II:Mạng quang thụ động với chuẩn GPON Nội dung chương sẽ

trình bày về kiến trúc, các thông số kỹ thuật của công nghệ GPON và các dịch vụtriển khai trên đó như: FTTx, IPTV, VPN/MPLS…

Chương III: Thiết kế, triển khai FTTH theo chuẩn GPON Chương này sẽ

nêu ra mô hình, các tham số, cấu hình tham chiếu cho việc triển khai công nghệ Môphỏng kiến trúc FTTH-GPON bằng phần mềm Optiwave System 7.0 Qua việc thiếtlập các tham số liên quan dựa theo chuẩn ITU- G984.2 để đánh giá về các tham sốđặc trưng của mạng như: BER, khoảng cách, công suất phát, độ nhạy thu…

Được sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu và cung cấp tài

liệu của thầy giáo, TS Nguyễn Đức Thủy và ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo

Trang 14

Lời nói đầu

trong bộ môn Thông Tin Quang cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án được hoànthành với nội dung được giao ở mức độ và phạm vi nhất định Tuy nhiên do trình độ

và thời gian có hạn, đồ án chắc chắn không chắn khỏi những sai sót, kính mong cácthầy cô giáo và các bạn đọc đóng góp kiến chỉnh sửa và hướng phát triển tiếp theo để

đồ án hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS Nguyễn Đức Thủy cùng các thầy cô

giáo trong bộ môn Thông Tin Quang và các bạn đã giúp đỡ tận tình trong thời gian họctập và làm đồ án

Trang 15

Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH

CHƯƠNG I: MẠNG TRUY NHẬP QUANG BĂNG RỘNG CẤU

1.1.2 Phân loại

Hình 1.1 Phân loại FTTx theo chiều dài cáp quang

Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTxthông qua Hình 1.1 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 cuốicủa ISP (OLT) đến các user Nếu từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phía user) hoàntoàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB

Trang 16

a FTTH

FTTH (Fiber To The Home): Trong kiến trúc này cáp quang được kéo đến tận

hộ gia đình, trong đó ONT được đặt tại thuê bao ONT là điểm phân phát dịch vụ chophép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ số liệu, thoại và hình ảnh trên cùng mộtsợi

FTTH có khả năng cung cấp băng tần lớn, tuy nhiên chi phí cho việc xây dựngmạng lại rất cao, cần phải xem xét cụ thể khi thiết kế Nhìn chung, để tiến tới phương

án FTTH cần có chiến lược phát triển mạng và kế hoạch triển khai cụ thể để có đượccác bước thực hiện và đầu tư hợp lí Phương thức này đặc biệt phù hợp khi cần phảilắp đặt các mạng cáp mới hoặc thay thế mạng cáp cũ

b FTTB

FTTB (Fiber To The Building): Trong kiến trúc này, sợi quang được kéo tớimột ONU đặt trong tòa nhà Các khách hàng có thể truy cập Internet theo các kết nốiđến ONU thông qua LAN nhờ các cáp UTP-5 Chiều dài của phần cáp đồng thườngkhông lớn hơn 10m

Để tận dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên cũ thì phương thức FTTB+LANđược xem là tiết kiệm tối đa chi phí xây dựng mạng Hơn nữa khoảng cách ngắn giữaONU và thiết bị đầu cuối thuê bao cũng cho phép phát triển từng bước từ FTTB+LANsang FTTH

Mô hình FTTB phù hợp với các tòa nhà có mật độ lớn, các khách hàng là doanhnghiệp vì họ có nhu cầu đặc biệt lớn về băng tần, đặc biệt các tòa nhà này đều có LANxây dựng trên mạng cáp UTP-5

c FTTC

FTTC (Fiber To The Curb): Cáp quang đến một khu vực dân cư Sợ quangđươc kéo tới một ONU đặt ở vỉa hè Một hoặc nhiều tòa nhà kết nối ONU bằng cápđồng, khoảng cách từ ONU tới thuê bao khoảng 100 m

Phương thức FTTC được khuyến nghị sử dụng cho các vùng dân cư có mật độdân tương đối cao, đặc biệt là ở những nơi có thể sử dụng lại mạng cáp đồng, hoặcnhững nơi khó lắp đặt cáp quang Đây cũng là một phương thức truy nhập phù hợp chocác khách hàng có nhu cầu đối với các dịch vụ VoIP Truy nhập Internet tốc độ cao

Trang 17

1.2 Mạng quang truy nhập quang cấu trúc FTTH

1.2.1 Tổng quan về FTTH

 Định nghĩa:

FTTH (Fiber To The Home) là mạng viễn thông bằng cáp quang được nối đếntận nhà để cung cấp các dịch vụ tốc độ cao như điện thoại, Internet tốc độ cao và TV.Đây là phương thức truy cập Internet bằng cáp quang, thay cho cáp đồng tiêu chuẩn từtrước đến nay Điểm khác biệt giữa truy cập FTTH và ADSL là FTTH có tốc độ nhanhhơn gấp nhiều lần (khoảng 66 lần DSL tiêu chuẩn, 100Mbps so với 1,5Mbps), và cótốc độ tải lên và tai xuống như nhau, trong khi ADSL có tốc độ tải lên nhỏ hơn so vớitốc độ tải xuống

 Ưu điểm vượt trội của FTTH

Khoảng cách truyền lớn: Thích hợp cho việc phát triển thua bao viên thông Băng thông lớn: Có thể chạy tốt yêu cầu và ứng dụng hiện đại.

 Những tiện ích mà FTTH mang lại

Chất lượng truyền dẫn tín hiệu: Bền bỉ ổn định không bị suy hao tín hiệu bởi

nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cáp

Độ bảo mật rất cao: Với FTTH thì hầu như không thể bị đánh cắp tín hiệu trên

đường dây

Ứng dụng hiệu quả với các dịch vụ: Hosting Sever riêng, VPN (mạng riêng ảo),

truyền dữ liệu, Game Online, IPTV (truyền hình tương tác), VoD (xem phim theo yêucầu), Video Conferrence (hội nghị truyền hình), IP Camera… với ưu thế băng thôngtruyền tải dữ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng thông lên tới 1Gbps

1.2.2 Kiến trúc FTTH

Trong hệ thống FTTH, thiết bị kết cuối đường truyền là OLT đặt tại tổng đàitrung tâm CO được thiết kế để giao tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ, chẳng hạn giaotiếp với mạng chuyển mạch điện thoại công cộng, với chuyển mạch ATM, router IP,giao tiếp với mạng lõi video qua thiết bị đầu cuối cáp TV hoặc từ một vệ tinh chảo…

Về mặt truyền dẫn, OLT cho phép hỗ trợ các loại giao diện khác nhau của lớp liên kết

dữ liệu như: SONET, ATM, Gigabit Ethernet…

Tất cả các tín hiệu sau đó được chuyển thành tín hiệu quang và được ghép vào sợiquang bằng các kỹ thuật ghép kênh như ghép kênh theo không gian SDM, ghép kênhtheo thời gian TDM, hoặc ghép kênh theo bước sóng WDM để truyền dẫn trên mạngphân bố quang ODN Mạng truy nhập quang OAN bao gồm các phần: khối kết cuốiđường truyền quang OLT, mạng phân bố quang ODN, khối cuối mạng quang ONT

Trang 18

Có nhiều sự lựa chọn được đưa ra cho mạng truy nhập quang OAN đó là:

Cấu hình điểm – điểm (P2P)

Cấu hình điểm nối đa điểm (P2MP): có bộ chia trên đường truyền để phân chia công

suất tín hiệu và đưa tới các thuê bao riêng rẽ, gồm mạng quang tích cực (AON) vàmạng quang thụ động (PON)

Khối kết cuối mạng quang ONT hoặc đơn vịn mạng quang ONU (trong mạngFTTH thì ONU cũng chính là ONT) sẽ giao tiếp với các thiết bị đầu cuối tại nhà kháchhàng Tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện bởi bộ chuyển đổi quangđiện OEC và được tách ra các dịch vụ theo yêu cầu của thuê bao

Hình 1.2 Kiến trúc FTTH

1.2.3 Các cấu hình của FTTH

Tùy thuộc cấu hình được lựa chọn cho mạng truy nhập quang OAN mà ta cócác kiểu truyền dẫn quang tới nhà thuê bao khác nhau và tài nguyên mạng được chia sẻgiữa các thuê bao khác nhau

a Cấu hình điểm- điểm (P2P)

Trong giải pháp này, mỗi gia đình được kết nối thẳng tới tổng đài nội hạt bằngcáp sợi quang Nó cung cấp một đường dây kết nối dùng riêng từ nhà khai thác chomỗi thuê bao và đó là ưu điểm chính của các mạng P2P so với các mạng P2MP

Trang 19

Hình 1.3 Cấu hình điểm- điểm (P2P)

Các đường dây kết nối dùng riêng của một mạng P2P tạo điều kiện thuận lợicho việc cung ứng dịch vụ đặc trưng cho thuê bao Băng thông thuê bao rộng hơn với

độ an toàn lưu lượng được tăng cường và cung cấp các dịch vụ đối xứng một cách đơngiản Nó có ưu điểm là có thể sử dụng các cấu kiện và thiết bị đang có sẵn, việc nàygiúp giảm chi phí của hệ thống Tuy nhiên , các mạng P2P đòi hỏi các hoạt động ngoàihiện trường và điều này có thể làm tăng các chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng

b Cấu hình điểm- đa điểm (P2MP)

Trong kiến trúc này, một node làm chức năng chuyển mạch, ghép kênh, chiatách tín hiệu được lắp đặt giữa tổng đài CO và nhà thuê bao Chỉ cần một cổng OLT vàmột sợi quang kết nối giữa CO với node là có thể cung cấp dịch vụ đồng thời cho 4đến 1000 thuê bao thông qua các tuyến quang dẫn từ node tới mỗi thuê bao Cấu hìnhnày cho phép tiết kiệm một lượng lớn sợi quang và cổng tại OLT, do đó giá thành hệthống sẽ thấp hơn

Hình 1.4 Cấu hình điểm – đa điểm (P2MP)

cấu hình P2P Cấu hình mạng này là tích cực hay thụ động tùy thuộc vào các thiết bịcủa node đó có được cấp nguồn hay không

Trang 20

1.2.4 Bước sóng sử dụng trong FTTH

Tổn hao truyền sóng trên sợ quang gây ảnh hưởng lớn tới dự trữ công suất,khoảng cách vật lý, tỉ sô chia trong mạng Trong sợi quang, tồn tại rất nhiều nguyênnhân gây ra suy hao tín hiệu nhưng chủ yếu bởi bốn nguyên nhân chính:

 Suy hao do hấp thụ vật liệu

 Suy hao do tán xạ

 Suy hao do uốn cong

 Suy hao do ghép và chia sợ quang

Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn mối tương quan theo bướcsóng người ta nhận được phổ suy hao của sợi quang Mỗi loại sợi có đặc tính suy haoriêng Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như Hình 1.5, có ba vùng bướcsóng suy hao thấp nhất, còn gọi là ba cửa sổ thông tin

 Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm Trong vùng bước sóng từ 0.8µm tới1µm, suy hao chủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy haohấp thụ Suy hao trung bình trong cửa sổ này ở mức từ (2-3) dB/km

 Cửa sổ thứ hai: Ở bước sóng 1300nm Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp, suyhao chính do tiêu hao tán xạ Raleigh Suy hao tương đối thấp khoảng từ (0,4 ÷0,5) dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay

 Cửa sổ thứ ba: Ở bước sóng 1550nm Suy hao thấp nhất cho đến nay khoảng0,3 dB/Km, sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn so vớibước sóng 1300nm Tuy nhiên với một số loại sợi quang có dạng phân bố chiếtsuất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bước sóng 1550nm như các sợi quang

DC, MC và sợi quang bù tán sắc Lúc đó việc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiềuthuận lợi: suy hao thấp và tán sắc nhỏ

Hình 1.5 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang

Trang 21

Hình trên mô tả phổ suy hao trong sợi quang silicat Thông thường, tổn hao lớnnhất trên sợi quang ở bước sóng 1,38µm gây ra bởi hấp thụ của tạp chất trong ion OH-

do quá trình sản suất cáp quang Thông qua các tính chất suy hao của sợi quang, mạngFTTH được triển khai dựa trên ba vùng bước sóng chính là 1310nm, 1490nm và1550nm Vùng bước sóng 1310nm để truyền dữ liệu tuyến lên, vùng bước sóng1490nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến xuống còn vùng bước sóng1550nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền hình CATV

1.3 Kết luận chương I

Trên đây em đã trình bày về kiến trúc mạng truy nhập quang FTTx nói chung

và đi sâu vào kiến trúc FTTH Chương I đã đi vào tìm hiểu định nghĩa, kiến trúc cũngnhư là các cấu hình mạng để từ đó có cơ sở để nghiên cứu việc triển khai kiến trúcFTTH trong các chương sau

Trang 22

Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

CHƯƠNG II: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON

2.1 Giới thiệu về mạng quang thụ động (PON)

Mạng quang thụ động viết tắt là PON (Passive Optical Network) Công nghệmạng quang thụ động còn được hiểu là mạng công nghệ truy nhập quang giúp tăngcường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và người sửdụng Công nghệ PON được biết tới đầu tiên đó là TPON (Telephony PON) được triểnkhai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) đượcchuẩn hóa dựa trên nên ATM Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai côngnghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON), có thể nói hai công nghệ này

mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hang loạt vấn đề truy nhậpbăng thông rộng tới người sử dụng đồng cuối Công nghệ PON mới nhất đó là WDMPON (Wavelengh Division Multiplexer PON) Trong công nghệ PON, tất cả các thànhphần chủ động giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồntại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các lưu lượng trênmạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền.Chính vì thế mà người ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động (PON)

Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấpdịch vụ vì họ không cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường truyềnnữa Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho đi qua hoặcngăn chặn ánh sang…Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác xử lý tín hiệunào và từ đó, gần như kéo dài vô hạn khoảng thời gian trung bình giữa các lần lỗi truycập MTBF (Mean Time Between Failure), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhàcung cấp dịch vụ

2.1.1 Kiến trúc mạng PON

PON là một mạng điểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bịđầu cuối kênh quang đặt tại trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuốimạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network Terminator) đặtgần hoặc tại nhà thuê bao Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang ODN(Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang, các thiết bị tách ghép thụ động.Kiến trúc của PON được mô tả như hình 2.1

Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang (ONT) có khả năng hỗ trợ kết nối dịch

vụ điện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và cácgiao tiếp truyền dữ liệu tốc độ cao như Ethernet và DSL Đầu cuối đường dây quang(OLT) bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và các phần

tử điều khiển NE (Network Element) Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệutới tất cả các ONU

Trang 23

Hình 2.1 Kiến trúc mạng PON

Tín hiệu hướng xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ mào đầu Khai thácQuản lý và Bảo dưỡng (Operations Administration and Maintenance - OAM) và cáctín hiệu đồng bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên Dựa vào các thông tin về khethời gian (kênh), địa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã CDMA mà các ONT tách dữ liệutương ứng với thuê bao của khách hàng Trong hướng lên, mỗi một ONU cần có giaothức điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) để chia sẻPON Giao thức MAC thường được sử dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theothời gian TDMA (Time Division Multiple Access), khi đó mỗi ONT được cấp một khethời gian (kênh) để gửi dữ liệu của mình tới OLT Ngoài ra trong hướng lên cần phải

có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhóm gói dữ liệu của các ONT, khoảng thời giannày phải đảm bảo sao cho tại bộ thu OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau.Thôngthường các hệ thống TDMA PON gán trước một tỷ lệ phân chia cố định băng thônghướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu được gửi đi Mộtgiải pháp để phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băngthông động (Dynamic Bandwidth Allocation - DBA) DBA là giao thức cho phép cácONT gửi yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu quả băng thông hướnglên Các thông tin yêu cầu có thể là các mức đầy hàng đợi đầu vào cho các lớp dịch vụkhác nhau OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT và gán băng thông cho gửi dữ liệuhướng lên ở lần kế tiếp theo OLT cũng có thể tích hợp chức năng thỏa thuận mức dịch

vụ SLA (Service Level Agreement) để kết hợp với DBA trong việc phân bổ băngthông Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên

Trang 24

trong cùng một sợi quang Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sửdụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tảitốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sóngriêng Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm chohướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên

Ưu điểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thụ động, có giá thành

rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, không cầnphải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phía ngườidùng Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo dưỡng,vận hành Nhờ đó mà kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang và giảm chiphí cho thiết bị tại nhà cung cấp do nó cho phép nhiều người dùng (thường là 32) chia

sẻ chung một sợi quang

2.1.2 Các chuẩn mạng PON

Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩntheo phương thức truy nhập TDMA PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON(Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thứctruy nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMA-PON (Code Division Multiple Access PON)

a B-PON

Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi cáckhuyến nghị G.938 của ITU-T Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các khốichức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên vàhướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếpquản lý và điều khiển ONT và DBA Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khungtheo cấu trúc của các tế bào ATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s (56 tếbào ATM có khích thước 53 byte), hoặc 622Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bàoquản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical layer OperationAdministration and Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh

PLOAM có một bit để nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bàoPLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thông hướng lên vàcác 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 củamình Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM (53 byte) Mỗi một kênh(time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bít từ mào đầu.Từ mào đầu mangthông tin về thời gian bảo vệ (guard time), mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tínhiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu Chiều dài của từ

Trang 25

mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT Các ONT thực hiệngửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT B-PON sử dụng giaothức 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 rỗihoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng định kỳ việc truyềnhướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động hệthống Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫunhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác địnhkhoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác địnhthời gian bao lâu để thu được bản tin phúc hồi Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trịtrễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT

b E-PON và Gbit/s PON

E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full ServiceAccess Network) TDMA PON thứ nhất được phát triển dựa trên khai thác các ưu điểmcủa công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang E-PON được chuẩn hóa bởiIEEE 802.3 Trong E-PON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạngEthernet Các khung E- PON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernetđiểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khungđược thay đổi để mang trường nhận dạng kênh logic (LLID – Link logic ID) nhằm xácđịnh duy nhất một ONU MAC Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernettrong các khe thời gian đã được phân bổ ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểmPDU (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 băngthông cho các ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin về thời gian bắt đầu vàkhoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU OLT cũng định kỳ gửi cácbản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông hay không CácONU 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 E-PON để thực hiện cơ chế điều khiểnphân bổ băng thông Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống vàhướng lên, do vậy trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác định

cự ly là khác so với B-PON và G-PON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộriêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu,mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độ truyền dữ liệu E-PON có thể đạt tới 1Gbit/s Một chuẩn khác cũng cùng họ với E-PON là chuẩn Gbit/sEthernet PON (IEEE 802.3av – Gbit/s PON) Chuẩn này là phát triển của E-PON tạitốc độ 10Gbit/s và được ứng dụng chủ yếu trong các mạng quảng bá video số Gbit/sPON cho phép phân phối nhiều dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn, độ phân giải cao, đónggói IP các luồng dữ liệu video ngay cả khi hệ số chia OLT/ONT là 1:64 hoặc cao hơn

Trang 26

c WDM-PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phânchia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA OLT sửdụng một bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm điểm Mỗi mộtONU có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng cómột bộ lọc cho mỗi ONU

Nhiều phương thức khác đã được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU như là:

 Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn bước sóng ONU

 Dùng các laser điều chỉnh được

Hình 2.2 Cấu trúc của WDM PON

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệutheo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3,10/100/1000 Base Ethernet…) tùy theo yêucầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON làchi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khácnhau WDM-PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải

Trang 27

thiện băng thông truyền tin WDM-PON được phát triển mạnh ở Hàn Quốc với nhàcung cấp điển hình là Novera Optics Inc

d CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trongcác ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗi ONU sửdụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của kháchhàng CDMA PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông.CDMA PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trải trêncùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa và nhậndạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong CDMA PON tuântheo phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0, 1(tương ứng với mỗi tín hiệu) được mã hóa thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ caohơn Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho kí tự của nó Để khôi phục lại dữliệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ để táchlấy tín hiệu của mỗi ONU

Ưu điểm chính của CDMA PON là cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tínhnăng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác Tuy nhiên, một trở ngại lớn trongCDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế sao cho đảm bảotương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N) Với hệ thống CDMA-PON không có bộkhuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các bộ chia, bộ xoay vòng,các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8 Trong khi đó với bộ khuếchđại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặc cao hơn

Bên cạnh đó các bộ thu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và giáthành tương đối cao Chính vì những nhược điểm này nên hiện tại CDMA-PON chưađược phát triển rộng rãi

2.2 Công nghệ GPON

2.2.1 Giới thiệu:

Bộ khuyến nghị G.984 của ITU đưa ra tiêu chuẩn cho mạng PON tốc độ gigabit(GPON – Gigabit Passive Optical) là phiên bản mới nhất đối với công nghệ mạngPON Mạng GPON có dung lượng ở mức gigabit cho phép cung cấp các ứng dụngvideo, truy nhập internet tốc độ cao, multimedia, và các dịch vụ băng thông rộng Tiêuchuẩn 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) hayONT (Optical Network Termination) được nối với nhau qua mạng phân phối quang

Trang 28

ODN (Optical Distribution Network) Quan hệ giữa OLT và ONU là quan hệ một nhiều, một OLT sẽ kết nối với nhiều ONU

-2.2.2 Kiến trúc mạng GPON

Hình dưới đây mô tả cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một bộchia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối với các nhánh OLT tại bộ chiaquang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối với ONU

 ONU (Optical Network Unit): thiết bị kết nối OLT thông qua mạngphân phối quang (ODN) dung cho trường hợp kết nối quang tới buidinghoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTN)

 Bộ chia/ ghép quang thụ động (Splitter): dùng để chia/ghép thụ động tínhiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúptận dụng hiệu quả sợi quang vật lý

 FDC: Fiber Distribution Cabinet : tủ phối quang

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

Trang 29

a Kết cuối đường quang OLT

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

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

Hình 2.4 Các khối chức năng trong OLT

 Pon core shell : khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN và chứcnăng PON TC Chức năng PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truycập phương tiện, OAM, DBA, và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựachọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM hoặc cả hai

 Cross-connect shell: cung cấp đường truyền giữa PON core shell vàService shell OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứng vớicác chế độ được lựa chọn (ATM, GEM hoặc cả hai)

 Service shell: phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ vàgiao diện khung TC của phần PON

b Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ ONT

Là thiết bị cung cấp giao diện phía người dùng Hầu hết các khối chức năng củaONU/ONT tương tự như các khối chức năng của OLT Do ONU hoạt động với mộtgiao diện PON (hoặc tối đa hai giao diện khi hoạt động ở chế độ bảo vệ), chức năngđấu nối chéo (Cross-Connect Function) có thể được bỏ qua Thay vào đó là chức năngghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng Cấu hình tiêu biểu

Trang 30

của ONU được thể hiện trong Hình 2.5 Sơ đồ các khối chức năng ONU Mỗi PON

TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai

c Mạng phân phối quang ODN

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

 Mạng cáp quang thuê bao:

Mạng cáp thuê bao được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợiquang giữa thiết bị OLT đến thiết bị ONU/ONT

Hình 2.5 Các khối chức năng của ONU

Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:

 Cáp quang gốc (Feeder cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ

(hay còn gọi chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP(Distribution Point)

 Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc.Trên

thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xôngquang, hoặc các tủ cáp quang phối

Trang 31

Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao

 Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối

quang( DP) tới các điểm truy nhập mạng AP(Access Point) hay từ các tủquang phối tới các tập điểm quang

 Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập

mạng(AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao

 Điểm quản lý quang FMP(Fiber Management Point): được sử dụng cho

xử lý sự cố và phát hiện đứt đường

 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 hiệunhận được ở bất kỳ đầu nào cũng chia làm hai Các bộ tách/ghép NxN được chế tạobằng cách ghép nhiều bộ 2x2 với nhau hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng

Hình 2.7 Các bộ 8x8 được tạo ra từ các bộ 2x2

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

Trang 32

 Suy hao chia: là tỉ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộghép, tính theo dB Với một bộ 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình2.7 trên biểu diễn hai mô hình của bộ 8x8 dựa trên các bộ 2x2

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

Thông thường các bộ tách/ghép chỉ chế tạo có một đầu vào hoặc một đầu ra Bộ cómột đầu vào gọi là bộ chia (tách), bộ có một đầu ra gọi là bộ ghép Tuy nhiên cónhững bộ 2x2 được chế tạo không đối xứng (với tỷ số chia 5/95 hoặc 10/90)

2.2.3 Các thông số kỹ thuật GPON

Bảng 2.1 Tốc độ bit trong GPON

b Khoảng cách sợi quang chênh lệch

Một OLT sẽ được kết nối tới nhiều ONU/ONT Khoảng cách sợi quang chênhlệch là sự chênh lệch giữa khoảng cách xa nhất và khoảng cách gần nhất từ ONU đếnOLT

Trang 33

Trong mạng GPON khoảng cách sợi quang chênh lệch là 20km Thông số này

có ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ mạng và cần tương thích với tiêu chuẩn ITU-TRec G.983.1

Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay

là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) TDMA là kỹ thuật phân chia băngtần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau Những khe thời gian này có thểđược ấn định trước cho mỗi khách hàng có thể phân theo yêu cầu tùy thuộc vàophương thức chuyển giao đang sử dụng Hình 2.8 dưới đây là một số ví dụ về việc sửdụng TDMA trên GPON hình cây Mỗi thuê bao được phép gửi dữ liệu đường lêntrong khe thời gian riêng biệt Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thờigian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian Số liệu đường xuốngcũng được gửi trong những khe thời gian xác định

Hình 2.8 TDMA GPON

GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạtđộng trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưulượng của từng ONU OLT cũng chỉ có cần một bộ thu, điều này sẽ dề dàng cho việctriển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và

Trang 34

bảo dưỡng Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt

dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng

Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc vềđồng bộ và lưu lượng đường lên để tránh xung đột dữ liệu Xung đột này sẽ xảy ra nếuhai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thờiđiểm Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành một bộ ghép Phía đầu xa không thểnhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loại lỗi bit và suy giảmthông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng Tuy nhiên các vấn đề trênđều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON màchúng ta sẽ đề cập ở phần sau

b Phương thức ghép kênh.

Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng Các hệ thốngGPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian Đây là giảipháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng Nó được thực hiện nhờ sử dụngnhững sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống.Sự phân cách vật lí của cáchướng truyền dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏvấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truyền dẫn Điều này cho phép tang được quỹcông suất trong mạng Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềmdẻo hơn và làm tang độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách sửdụng những bộ ghép kênh theo bước sóng trên một hoặc hai sợi Khả năng mở rộngnày cho phép phát triển dần dần những dịch vụ mới trong tương lai Hệ thống này sẽ

sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thu như nhau cho hai hướng nên chi phícho những phần tử quang-điện sẽ giảm

Nhược điểm chính của phương thức này là cần gấp đôi số lượng sợi, mối hàn vàconnector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấp đôi Tuynhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm vàtrong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống

2.2.5 Lớp hội tụ truyền dẫn

Hội tụ truyền dẫn GPON GTC (GPON Transmission Convergence) là lớp giaothức chính trong ngăn xếp giao thức của GPON Hình 2.10 mô tả cấu trúc phân lớpmạng GPON

a.Một số khái niệm cơ bản

Các khối truyền dẫn T-CONT (Transmission Containers): được sử dụng choviệc quản lý phân định bang thông luồng lên trong khối PON của lớp hội tụ truyền dẫn

TC (Transmission Convergence)

Trang 35

Hình 2.9 Cấu trúc phân lớp mạng GPON

 T-CONT mang các thông tin ATM VPI/VCI và/hoặc cổng GEM và thông báocác trạng thái bộ đệm của chúng cho các OLT tương ứng

 T-CONT tự động thu nhận các gói tin cho phép được nhận dạng bởi Alloc-ID

và lớp con tương thích TC (TC Adaption Sub Layer)

Theo một quan điểm khác, GTC chứa mặt phẳng C/M quản lý các luồng lưulượng người dùng, an ninh, các thuộc tính OAM, và một mặt phẳng U mang lưu lượngngười sử dụng Trong lớp con tạo khung GTC, phân vùng ATM, phân vùng GEM, cácphần quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical Layer OperationsAdministrations Maintenance) và OAM nhúng được nhận biết theo vị trí trên khungGTC Chỉ OAM nhúng được kết cuối tại lớp này để điều khiển qua lớp con này, dothông tin của OAM nhúng được nhúng trực tiếp vào khung GTC Thông tin PLOAMđược xử lý tại khối PLOAM được định vị như một client của lớp con này

Trang 36

Hình 2.10 Ngăn xếp giao thức của GTC

Các đơn vị chuyển từ/tới các Đơn vị giao thức dữ liệu PDU thông thường(Protocol Data Unit) của ATM và GEM tại mỗi lớp con tương thích Ngoài ra, cácPDU này chứa dữ liệu kênh OMCI Dữ liệu này cũng được phân loại thành các mặtphẳng C/M Các SDU ngoại trừ OMCI trên các phân vùng ATM và GEM được phânloại vào mặt phẳng U

Lớp tạo khung GTC có cái nhìn bao quát tới tất cả dữ liệu được phát, và lớp tạokhung GTC OLT trực tiếp ngang hàng với tất cả các lớp tạo khung GTC ONU Hơnnữa, khối điều khiển phân bổ băng thông động (DBA Control) được xem như là khốichức năng chung Hiện nay, khối này có khả năng đáp ứng toàn bộ DBA thông báoONU

Trong hệ thống GTC, OLT và ONU không hoạt động đồng thời ở 2 trạngthái.Chế độ nào được hỗ trợ sẽ được nhân biết tại thời điểm lắp đặt hệ thống ONUthông báo chế độ hoạt động cơ bản của nó là ATM hay GEM thông qua bản tin Serial_Number Nếu OLT có khả năng giao diện tới ít nhất 1 trong các chế độ yêu cầu, nó xử

lý để thiết lập kênh OMCI, và thiết bị ONU được nhận ra theo cách thông thường

Trang 37

c Các chức năng chính của GTC

GTC thực hiện hai chức năng quan trọng là điều khiển truy nhập môi trường vàđăng ký ONU

Điều khiển truy nhập môi trường: Hệ thống GTC hỗ trợ điều khiển truy nhập

môi trường cho truy nhập đường lên Về cơ bản, các khung đường xuống chỉ ra cácđịnh vị cho phép đối với lưu lượng trên các khung đường lên đồng bộ với các khungđường xuống Khái niệm điều khiển truy nhập môi trường trong hệ thống này đượcminh họa trong Hình 2.11 OLT gửi các con trỏ trong PCBd, các con trỏ này chỉ ra thờiđiểm mà mỗi ONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dẫn luồng lên của nó Theo cáchnày, chỉ có một ONU có thể truy nhập môi trường tại bất cứ thời điểm nào Các con trỏđược gán các đơn vị của byte, cho phép OLT điều khiển môi trường với băng thôngtĩnh 64kbit/s Tuy nhiên, các bước thực hiện của OLT có thể lựa chọn theo tập giá trịcủa các con trỏ, và thực hiện điều khiển băng thông chính xác qua cơ chế lập lịchđộng

Hình 2.11 Điều khiển truy nhập môi trường Đăng ký ONU: Việc đăng ký OUN được thực hiên theo thủ tục phát hiện tự

động Có hai phương pháp đăng ký ONU.Phương pháp A, Serial Number của ONUđược đăng kí tại OLT nhờ hệ thống quản lý.Phương pháp B, Serial Number của ONUkhông được đăng ký tại ONT nhờ hệ thống quản lý

d Chức năng các lớp con trong GTC

GTC gồm hai lớp con là lớp con tạo khung GTC và lớp con tương thích TC

 Lớp con tạo khung GTC có ba chức năng sau:

 Ghép kênh và phân kênh: Các phần PLOAM, ATM và GEM được ghép vào

một khung TC đường xuống theo thông tin biên được chỉ thị trong tiêu đềkhung Mỗi phần được tách ra từ một đường lên theo chỉ thị tiêu đề

Trang 38

 Tạo điều kiện để giải mã: Tiêu đề khung TC được tạo ra và định dạng trong

một khung đường xuống Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã.Ngoài rathực hiện OAM nhúng

 Chức năng định tuyến trên cơ sở Alloc-ID: Định tuyến trên cơ sở Alloc-ID

được thực hiện đối với các dữ liệu từ/tới các bộ tương thích ATM và GEM TC

 Lớp con tương thích GTC và giao diện của các thực thể lớp trên

Lớp con tương thích hỗ trợ ba bộ tương thích TC, đó là, bộ tương thích ATM

TC, bộ tương thích GEM TC và bột tương thích OMCI Các bộ tương thích ATM vàGEM chỉ ra các PDU của ATM và GEM từ mỗi phần trên lớp con tạo khung GTC.Các bộ tương thích này cung cấp các giao diện dưới đây cho phép thực thể lớp trên:

 Giao diện ATM: Lớp con tạo khung GTC và ATM TC adapter liên tục cung cấp

giao diện ATM chuẩn đã chỉ ra trong ITU-T 1.432.1 cho các dịch vụ ATM.Nhìn chung, các thực thể lớp ATM ban đầu có thể được sử dụng như ATMclient

 Các giao diện GEM: GEM TC Adapter có thể được cấu hình để thích ứng các

khung này tới nhiều giao diện truyền dẫn khung khác nhau

Ngoài ra, các bộ tương thích này nhận ra kênh OMCI theo VPI/VCI trongtrường hợp ATM và theo Port-ID trong trường hợp GEM Bộ tương thích OMCI cóthể thay đổi dữ liệu kênh OMCI đối với các bộ tương thích ATM, GEM TC.Bộ tươngthích OMCI nhận dữ liệu từ các TC tương thích và chuyển nó tới thực thể OMCI vàngược lại

2.2.6 Cấu trúc khung

Hình 2.12 minh họa cấu trúc khung GTC TC cho các hướng chiều xuống và chiềulên Khung đường xuống bao gồm các phần: khối điều khiển vật lý luồng xuống PCBd(Physical Control Block Downstream), phần ATM, phần GEM Khung đường lên gồmnhiều cụm truyền dẫn (Transmission Burst) Ngoài phần tải tin (Payload), mỗi khungđường lên còn có thể chứa các phần/đoạn PLOAMu, PLSu và DBRu Khung đườngxuống cung cấp thông tin về thời gian ham chiếu cho GPON và thực hiện hoạt độngbáo hiệu điều khiển cho đường lên

Trang 39

Hình 2.12 Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên

a Cấu trúc khung đường xuống

Sơ đồ cấu trúc khung đường xuống được trình bày trên hình 2.13 :

Hình 2.13 Cấu trúc khung đường xuống

Mỗi khung GTC xuống dài 125µs, chứa khối điều khiển vật lý luồng xuốngPCBd và phần tải dữ liệu

Hình 2.13 ở trên chỉ ra chi tiết khuôn dạng của khung đường xuống.Phần màođầu của PCBd gồm phần cố định và phần thay đổi Phần cố định gồm các trường:Physical Sync, Ident và PLOAM Các trường này được bảo vệ bởi 1 byte kiểm tra BIP(Bit Interleaved Parity).Bốn byte đồng bộ vật lý (Physical Sync) chỉ thị bắt đầu củakhung đường xuống Bốn byte trường Ident chỉ thị FEC được sử dụng hay không,ngoài ra nó còn thực hiện nhóm bộ đệm siêu khung, được sử dụng để cung cấp tín hiệutham chiếu đồng bộ tốc độ thấp 13 byte của trường PLOAM trong PCBd được sửdụng để thông tin giữa các bản tin OAM lớp vật lý với các ONU Các chức năng củaPLOAM gồm đăng ký và xóa ONU, định cỡ, điều chỉnh công suất, cập nhật khóa mãhóa, thông báo lỗi lớp vật lý,v.v…

Phần thay đổi của PCBd gồm 2 trường Plend chỉ thị độ dài bản đồ băng thôngđường lên và phần thông tin ATM trong T-CONT Mỗi ONU có thể được cấu hình vớinhiều T-CONT Bản đồ US BW xác định băng thông đường lên được phân định chocác thực thể truy nhập Mỗi thực thể 8 byte truy nhập trong US BW bao gồm Alloc-IDcủa T-CONT, thời gian bắt đầu và kết thúc phát T-CONT hướng lên và 12 bit cờ chỉthị cách thức phân định băng tần được sử dụng Vì khung có khoảng thời gian là

Trang 40

125µs, nên với các tốc độ khác nhau thì chiều dài khung sẽ khác nhau, ví dụ với tốc độ1,24416Gbps khung có độ dài là 19,9440byte, với tốc độ 2,48832Gbps khung có độdài là 38.880 byte Tuy nhiên khối PCBd là giống nhau đối với cả hai hệ thống

b Cấu trúc khung đường lên

Khung đường lên có độ dài 125µs, gồm các khung ảo hướng lên Các khung ảohướng lên được tạo bởi các burst từ các ONU khác nhau Mỗi burst bắt đầu với trườngmào đầu lớp vật lý hướng lên (PLOu)

Hình 2.14 Các trường thông tin trong khung đường xuống

Mỗi khung chứa thông tin từ một hoặc nhiều ONU BW map chỉ thị bản đồ sắpxếp các thông tin này Trong suốt quá trình phân bố tương ứng với hoạt động điềukhiển OLT, ONU có thể truyền từ một tới bốn byte các mào đầu GPON và dữ liệungười dùng Bốn byte mào đầu bao gồm: Mào đầu vật lý (PLOu); Các hoạt động vậnhành và quản trị các tham số vật lý ở đường lên (PLOAMu); điều khiển công suấtđường lên (PLSu) và thông báo băng thông động (DBRu)

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	3,9 MB