Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng của VNPT Hà Nội Công Ty Điện Thoại Hà Nội 1

Đề tài: Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng của VNPT Hà Nội (Công ty Điện Thoại Hà Nội 1) Luận văn gồm 3 chương:Chương 1. Tổng quan về công nghệ mạng truy nhập quang thụ động (PON)Chương 2. Công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Gigabit (GPON)Chương 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại Công ty Điện Thoại Hà Nội 1 VNPTHà Nội.

Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: “ Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng của VNPT Hà Nội (Công Ty Điện Thoại Hà Nội 1)”

Giảng viên hướng dẫn : TS CAO HỒNG SƠN Sinh viên thực hiện : CAO THÁI ĐỒNG

Hà Nội – 12/2012

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Điểm: (bằng chữ ……… )

Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?

Hà Nội, Ngày Tháng Năm Giáo viên hướng dẫn

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm: (bằng chữ ……… )

Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?

Hà Nội, Ngày Tháng Năm Giáo viên phản biện

Trang 4

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Cao Hồng Sơn công táctại Trung tâm Công Nghệ Thông Tin, người thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp tôihoàn thành luận văn này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các chú, các anh, chị làm việc tại Công ty ĐiệnThoại Hà Nội 1, Lãnh đạo Công ty Điện Thoại Hà Nội 1-VNPT Hà Nội đã giúp đỡ

về chuyên môn và tạo điều kiện về thời gian để tôi thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các bạn thuộc lớp D08VT4 đã động viên, giúp đỡ tôitrong thời gian học tập và trong quá trình hoàn thiện luận văn

Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành luận văn, nhưng với thời gian và khả năng

có hạn, nên luận văn không thể tránh khỏi còn những thiếu sót, hạn chế Tôi rấtmong được sự góp ý chân thành của các thầy, cô và các bạn để bổ sung hoàn thiệntrong quá trình nghiên cứu tiếp theo về vấn đề này

Xin chân thành cảm ơn !

Hà nội, ngày 5 tháng 12 năm 2012

Sinh viênCao Thái Đồng

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ iv

DANH MỤC CÁC BẢNG Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG (PON) .2 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.2 KIẾN TRÚC MẠNG PON 3

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON 5

1.3.1 Công nghệ APON/BPON 5

1.3.2 Công nghệ EPON/GEPON 5

1.3.3 Công nghệ GPON 5

1.3.4 Công nghệ WDM PON 7

1.3.6 Nhận xét 8

1.4 KẾT LUẬN 9

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT 10

(GPON) 10

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 10

2.2 KIẾN TRÚC GPON 11

2.2.1 Cấu trúc hệ thống GPON 11

2.2.2 Chức năng của các khối trong mạng GPON 11

2.3 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ GPON 14

2.3.1 Các thông số kỹ thuật 14

2.3.2 Khả năng cung cấp băng thông 15

2.3.3 Khả năng cung cấp dịch vụ 16

2.3.4 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 17

2.3.5 Lớp hội tụ truyền dẫn trong ngăn xếp giao thức GPON 18

2.3.6 Cấu trúc khung GPON 22

2.3.7 Phương thức đóng gói dữ liệu 25

Trang 6

Mục lục

2.3.8 Định cỡ và phân định băng thông động trong GPON 29

2.3.9 Bảo mật và mã hoá 36

2.3.10 Một số vấn đề cần quan tâm khi tính toán thiết kế đối với mạng GPON 36

2.4 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI GPON TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM .37

2.4.1 Tình hình triển khai GPON trên thế gới 37

2.4.2 Tình hình triển khai GPON tại Việt Nam 38

2.5 KẾT LUẬN 38

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON CHO MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 1 – VNPT HÀ NỘI 39

3.1 ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI GPON CỦA VNPT 39

3.1.1 Định hướng phát triển các dịch vụ mới cho khách hàng 39

3.1.2 Định hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng của VNPT 40

3.1.3 Định hướng công nghệ cho mạng truy nhập của VNPT 42

3.2 HIỆN TRẠNG MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG CỦA VIỄN THÔNG HÀ NỘI 44

3.2.1 Mạng MAN-E 44

3.2.2 Mạng truy nhập quang 47

3.3 KHẢO SÁT NHU CẦU SỬ DỤNG CÁC DỊCH VỤ MẠNG CÁP QUANG CỦA KHÁCH HÀNG TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI 48

3.3.2 Nhu cầu dịch vụ viễn thông của khối các doanh nghiệp, tổ chức, giáo dục đào tạo 49

3.3.3 Nhu cầu của nội bộ Viễn thông Hà Nội 50

3.4 XÂY DỰNG CẤU TRÚC GPON CHO CÔNG TY ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 1 .50

3.4.1 Nguyên tắc xây dựng 50

3.4.2 Tính toán băng thông, nguyên tắc triển khai thiết bị 51

3.5 Đề xuất dịch vụ triển khai GPON của Công ty Điện Thoại Hà Nội 1 57

3.6 KẾT LUẬN 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

Trang 7

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động 3

Hình 1.2: Các kiểu kiến trúc của PON 4

Hình 1.4: Cấu trúc của WDM PON 7

Hình 2.1: Kiến trúc mạng GPON 11

Hình 2.2: Các khối chức năng của OLT 12

Hình 2.3: Các khối chức năng của ONU 12

Hình 2.4: Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 13

Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thụê bao 14

Hình 2.6: Mô hình TDMA GPON hình cây 18

Hình 2.7: Ngăn xếp giao thức của GTC 19

Hình 2.8: Điều khiển truy nhập môi trường 21

Hình 2.9: Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên 22

Hình 2.10: Cấu trúc khung đường xuống 22

Hình 2.11: Các trường thông tin trong khung đường xuống 23

Hình 2.12: Cấu trúc khung đường lên 24

Hình 2.13: Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên 24

Hình 2.14: Cấu trúc khung và mào đầu GEM 25

Hình 2.15: Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM 26

Hình 2.16: Một số trường hợp phân mảnh 27

Hình 2.17: Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC 27

Hình 2.18: Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM 28

Hình 2.19: TDM ánh xạ qua GEM 29

Hình 2.20: Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM 29

Hình 2.21: Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON 30

Hình 2.22: Cửa sổ định cỡ 31

Hình 2.23: Thủ tục định cỡ pha 1 32

Hình 2.24: Thủ tục định cỡ pha 2 32

Hình 2.25: Phân định băng thông động 33

Hình 2.26: Nguyên lý của hàng đợi công bằng 34

Hình 2.27: DRR sử dụng thông báo nhiều hàng đợi 36

Trang 8

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Hình 3.3: Các giải pháp cung cấp FTTx 41

Hình 3.4 : Cấu trúc mạng MEN của Viễn thông Hà Nội……… 46

Hình 3.5: Nguyên tắc bảo vệ trong GPON 51

Hình 3.10 Mạng GPON công ty điện thoại Hà Nội 1 55

Hình 3.12: Cung cấp dịch vụ IPTV/VoD trên nền FTTx 57

Hình 3.13: Cung cấp dịch vụ Internet trên nền FTTx……… 57

Hình 3.14: Sơ đồ cung cấp dịch vụ truyền hình hội nghị trên nền FT 57

Trang 9

Danh mục các bảng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON 6

Bảng 3.1 Băng thông của các dịch vụ 39

Bảng 3.2 Phân loại đối tượng khách hàng 40

Bảng 3.6 Chỉ số băng thông của các loại dịch vụ 51

Bảng 3.7 : tính toán băng thông chi tiết cho mạng GPON Hà Nội 1 53

Bảng 3.8: Danh sách các trạm OLT-GPON 54

Bảng 3.9: Số lượng thiết bị tại khu vực Hà Nội 1 54

Trang 10

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

B-PON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng

DBRu Dynamic Bandwith Report Upstream Báo cáo băng thông động luồng lên

Maintenance

Vận hành, quản lý, bảo dưỡng

Trang 11

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Interface

Giao diện quản lý và điều khiểnONU

PCBd Physical Control Block downstream Khối điều khiển vật lý hướng xuống

PLOu Physical Layer Overhead upstream Mào đầu lớp vật lý hướng lên

PLSu Power Levelling Sequence upstream Điều khiển công suất hướng lên

Trang 12

xã hội, trong đó mạng truy nhập đóng vai trò rất quan trọng trong việc đưa cácdịch vụ tốc độ cao, băng thông rộng đến người sử dụng.

Để đáp ứng nhu cầu đó, các nhà khoa học, các tổ chức viễn thông quốc tế,các hãng cung cấp thiết bị, các nhà khai thác,… đã và đang nghiên cứu phát triển

và áp dụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện

để phát triển mạng viễn thông Trong đó, công nghệ PON (Passive OpticalNetwork) nói chung và GPON (Gigabit Passive Optical Network) nói riêng làmột giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề băng thông trong mạng truynhập, cho phép triển khai các dịch vụ băng rộng/tốc độ cao và các dịch vụ cótính tương tác

Hiện tại, ở nước ta mạng truy nhập cáp đồng truyền thống vẫn còn khá lớn,không thể đáp ứng được các yêu cầu trên của xã hội mà hầu như chỉ đáp ứngđược dịch vụ thoại và các dịch vụ số liệu tốc độ thấp Vì vậy, các nhà cung cấpdịch vụ viễn thông của nước ta hiện nay, trong đó có Tập đoàn VNPT nói chung

và Viễn thông Hà Nội nói riêng, đã và đang nghiên cứu lựa chọn các giải phápcông nghệ xây dựng mạng truy nhập có băng thông rộng, trong đó công nghệPON nói chung và GPON nói riêng là một xu hướng có tính khả thi cao, để đápứng nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội

Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, em đã quyết định chọn

đề tài: "Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng của VNPT Hà Nội (Công ty Điện Thoại Hà Nội 1)" làm luận văn tốt

nghiệp Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ mạng truy nhập quang thụ động (PON)

Chương 2 Công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Gigabit (GPON)

Chương 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại Công tyĐiện Thoại Hà Nội 1 -VNPTHà Nội

Do hạn chế về thời gian và kiến thức do vậy trong báo cáo còn có nhiều thiếusót nên em rất mong sự nhận xét và đóng góp của các thầy cô Em xin chân thànhcảm ơn

Sinh viênCao Thái Đồng

Trang 13

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về công nghệ PON

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG (PON)

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network, nghĩa là mạng quang thụ động.Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ quangtruy nhập giúptăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấpdịch vụ và người sử dụng Công nghệ PON được biết tới đầu tiên đó là TPON(Telephony PON) được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạngBPON (Broadband PON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM Hai năm 2003 và

2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet PON (EPON) và GigabitPON (GPON), có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấpdịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới người sử dụngđầu cuối Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON (WavelengthDivision Multiplexer PON)

Trong công nghệ PON, tất cả thành phần active giữa tổng đài CO (CentralOffice) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quangthụ động, để điều hướng các traffic trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượngtới các điểm đầu cuối trên đường truyền chính vì vậy mà người ta gọi là công nghệmạng quang thụ động (PON)

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động PON làmột dạng của mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đếnkhách hàng Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn.Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau và PON làmột trong những dạng đó So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống, sợi quanghầu như không giới hạn băng thông (hàng THz) Việc triển khai sợi quang đến tậnnhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai

Đặc điểm chính của hệ thống PON:

 Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quangđến 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 hàngđiều 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 cầnthiết để kết nối giữa OLT và splitter

Trang 14

 PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trêncùng 1 sợi quang

 PON có thể hỗ trợ topo hình cây, sao, bus và ring

Các chuẩn mạng PON: Có ba loại tiêu chuẩn chính:

Trang 15

ONU đều nằm ở đầu cuối của PON Tín hiệu trong PON có thể được phân ra vàtruyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quangthông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướngxuống của PON PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấuhình cây là phổ biến PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng cho cáckhu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các khu trường sở,

Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm,với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao Có một số cấu hình kết nối điểm - đa điểmphù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc busnhư trong hình 1.2

Hình 1.2: Các kiểu kiến trúc của PON.

Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triểnkhai theo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên Ngoài ra, PON còn có thể thugọn lại thành các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây Tất cả cáctuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU OLT nằm ở

CO (Center Office) và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) haymạng diện rộng (WAN), được biết đến như là những mạng đường trục ONU nằmtại vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC)

Trong các cấu hình trên, cấu hình hình cây 1:N như hình 1.2 (a), hay cấu hìnhcây và phân nhánh hình 1.2 (b) được sử dụng phổ biến nhất Đây là những cấu hình

Trang 16

rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như những đòi hỏingày càng tăng về băng thông

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON

1.3.1 Công nghệ APON/BPON

Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN(Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho mạngtruy nhập băng rộng Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạngtruy nhập PON sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó Hệ thống nàyđược gọi là APON (viết tắt của ATM PON) Cái tên APON sau đó được thay thếbằng BPON với ý diễn đạt PON băng rộng

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 cáckhối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướnglên và hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, cácgiao tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA

1.3.2 Công nghệ EPON/GEPON

Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile(EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhậpvùng, hướng tới các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫngiữ các tính chất của Ethernet truyền thống Ethernet PON (EPON) được bắt đầunghiên cứu trong thời gian gian này EPON là mạng trên cở sở PON mang lưulượng dữ liệu gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3 Sửdụng mã đường truyền 8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps

Dưới đây là bảng so sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON:

Trang 17

lên 155.52 hoặc 622.08 Mbit/s hướngxuống

Lên tới 2.488 Gbit/s cả 2 hướng

1 Gbit/s cả 2 hướng

Tỷ lệ chia

(ONUs/PON)

hoặc 1490nm xuống

& 1310nm lên

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1490nm xuống & 1310nm lên

Cự ly tối đa

OLT-ONU

ATM

Không (sử dụng trực tiếp các khung Ethernet)

GEM hoặc ATM) hoặc CES

trước FEC (Forward

Bảng 1.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON

Trang 18

1.3.4 Công nghệ WDM PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênhphân chia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA.OLT sử dụng một bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểmđiểm Mỗi một ONU có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với

nó, OLT cũng có một bộ lọc cho mỗi ONU

Cấu trúc của PON được mô tả như trong Hình 1.4 Trong đó PON có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứngdụng VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa Các bộ thu WDM-PON sử dụng

WDM-kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn sóng (Arrayed Waveguide Grating - AWG) Một

AWG có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời

Hình 1.4: Cấu trúc của WDM PON

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu theocác cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet…) tùy theo yêucầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON

là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóngkhác nhau WDM-PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thức TDMAPON để cải thiện băng thông truyền tin

1.3.5 CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trong cácứng 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 trảitrên cùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa vànhận dạng thông qua bộ giải mã

Trang 19

1.3.6 Nhận xét

Hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợdịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữukhác như GPON hay EPON

Trong khi, EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại chophép đạt tới tốc độ 2,448 Gbit/s Càng ngày các nhà cung cấp dịch vụ càng cố tiếtkiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông vì vậy EPON đang dần khôngđược lựa chọn EPON lại tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định các thủ tụctruyền thông vì vậy nó chỉ đạt hiệu suất từ 50% ÷ 70%, băng thông của EPON bịgiới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps Trong khi đó, GPON có thể đạt tớihiệu suất mạng 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ rộng băng tần được sử dụngcho việc quy định các thủ tục của giao thức truyền thông GPON cho phép các nhàcung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2.300 Mbps, độ rộng băng tầnlớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ Đãđược chuẩn hoá theo ITU–T G.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với cácđịnh dạng gốc như IP và TDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạthiệu quả kinh tế có thể sử dụng cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho cácdoanh nghiệp Độ rộng băng GPON có thể đáp ứng cho cho truyền dữ liệu Internet,

yêu cầu nhiều dòng IPTV đồng thời (Internet Protocol Television) và có thể hỗ trợ truyền thông cả SDTV (Standard Definition Television) và HDTV (High Definition

TeleVision), GPON đã thực sự được đánh giá là kinh tế hơn EPON.

Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN : lớp A vàlớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn Lớp C chophép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùngcuối, đạt tới 64 thậm chí 128 ONU/ONT

Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đốixứng 1,25/1,25 Gbps ITU- T G.984.2 GPON GEM linh hoạt và biến đổi được hơnnhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép

155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps Cả hai công nghệ đều nhắm tới thịtrường truy nhập, bao gồm các ứng dụng FTTH và FTTB/FTTC Trong khi GPONcho phép các nhà cung cấp dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầuthực tế, EPON không thực hiện được điều này Mặc dù đây không là một vấn đề lớn

về chi phí đối với kết nối tốc độ cao, tuy nhiên để hỗ trợ 1,25 Gbps hướng lên, đòihỏi phải cung cấp laser DFP ở đầu cuối và điôt quang thác APD đắt tại trung tâmmạng quang CO

Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPONtrong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết

Trang 20

hỗ trợ cho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật Đây là những điềukiện cần thiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn

1.4 KẾT LUẬN

PON là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch vụ băng rộng(truy cập Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình,IPTV/Triple Play, truyền hình độnét cao (HDTV, SDTV), game online, các dịch vụ băng rộng phục vụ y tế, giáo dục,

…) giữa các khối kết cuối đường dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng (OLT) Mộtmạng PON hỗ trợ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus, hoặc ring, do đó giúpcho việc linh hoạt trong vấn đề tổ chức mạng

Các hệ thống PON đang được triển khai trên thế giới gồm: APON/BPON,WDM PON, GPON và EPON Trong đó APON/BPON là những hệ thống đượcnghiên cứu và triển khai từ giữa những năm 90 của thế kỷ 20, đây là các hệ thốngtruy nhập quang băng rộng hỗ trợ chỉ cho lưu lượng ATM Thế hệ kế tiếp củaAPON/BPON là GPON với việc cải thiện hơn về tốc độ, hỗ trợ nhiều tốc độ khácnhau cho cả đường lên và đường xuống, đặc biệt là hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP.GPON được chuẩn hoá bởi ITU-T với chuẩn G.984 Được nghiên cứu muộn hơn, từnăm 2001, hệ thống EPON cũng đã được triển khai khá phổ biến tại một số nướctrên thế giới EPON được xây dựng trên cơ sở công nghệ Ethernet, khác với GPON,EPON chỉ hỗ trợ truyền dẫn đối xứng

Hiện nay GPON đã được triển khai rộng rãi tại một số nước, GPON cũng đã đượclựa chọn để thay thế cho các mạng truy nhập của nhiều nước trên thế giới Vớinhững đặc điểm kỹ thuật công nghệ mềm dẻo hỗ trợ nhiều lựa chọn cho tốc độ truynhập, đồng thời hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP, cung cấp nhiều loại hình dịch vụtích hợp với chất lượng cao, GPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ củamạng truy nhập thế hệ mới

Trang 21

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Công nghệ (GPON)

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT

(GPON)

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

GPON (Gigabit Passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-TG.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông,nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóaquản lý GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Mbit/scủa băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên Phươngthức đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượngngười dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép nâng cao chất lượngdịch vụ QoS (Quality of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại vàvideo GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ TDM vàEthernet, điều đó cho phép GPON hỗ trợ nhiều loại dịch vụ với chi phí thấp cũngnhư cho phép khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị

 Tình hình chuẩn hóa GPON: GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩnG.984 bắt đầu từ năm 2003, mở rộng từ chuẩn BPON G.893

 ITU-T G.894.1 (03/2003) “G-PON: General characteristics”: cung cấp cácgiao diễn mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một sốdịch vụ chuẩn này kế thừa hệ thống G.892 (APON) và G.892.x (BPON)

 ITU-T G.894.2 (03/2003) “G-PON: PDM layer specifinication”: chỉ ra cácyêu cầu cho lớp vật lý và các chi tiết kĩ thuật cho lớp PMD Nó bao gồm các

hệ thống có tốc độ xuống 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s và hướng lên155.520 Mbit/s, 622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s Mô tả cả

hệ thống GPON đối xứng và bất đối xứng

 ITU-T G.894.2 Adm1 (02/2006): thêm phụ lục cho ITU-T G.894.2, các xácminh về khả năng chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thốngGPON 2.488/1.244 Gbit/s

 ITU-T G.894.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specifinication”: mô tả lớp hội tụtruyền dẫn (Transmission convergence-TC) cho các mạng GPON bao gồmđịnh dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phươngthức ranging, chức năng OAM và bảo mật

 ITU-T G.894.4 (06/2004) “GPON: ONT management and control interfacespecification”: cung cấp chỉ tiêu kĩ thuật giao diện điều khiển (OMCI0 vàquản lí ONT các hệ thống GPOn

 ITU-T G.894.4 Adm2 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả cácmức cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vậnchuyển lưu lượng

Trang 22

2.2 KIẾN TRÚC GPON

2.2.1 Cấu trúc hệ thống GPON

Kiến trúc hệ thống GPON được mô tả như hình 2.1: bao gồm OLT, các ONU,

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

Trong lớp GPON TC, giá trị lý thuyết cực đại là 60 km trong khi khoảng cáchgiữa các ONU xa nhất và gần nhất là 20 km Sự khác biệt này bị hạn chế ở chỗ kíchthước cửa số không được mở rộng vì các vấn đề chất lượng dịch vụ Giống như đốivới tỉ số chia, lớp TC hỗ trợ tới 128 nhánh chia

2.2.2 Chức năng của các khối trong mạng GPON

Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU và ODN

2.2.2.1 Khối kết cuối đường quang OLT

OLT (optical line terminal) được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua cácgiao diện chuẩn Về phía mạng phân phối, OLT bao gồm các giao diện truy nhậpquang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ đường truyền, jitter,….OLT bao gồm ba phần chính:

- Chức năng giao diện cổng dịch vụ (service port Interface Function);

- Chức năng kết nối chéo (cross-connect function);

- Giao diện mạng phân phối quang

Các khối chức năng chính của OLT được mô tả trong Hình 2.2:

Khối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN

và chức năng PON TC Chức năng của PON TC bao gồm khung tín hiệu, điềukhiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựachọn một phương thức truyền dẫn như ATM, GEM hoặc cả hai

Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): cung cấp đường truyền giữa khối lõi

PON và khối dịch vụ Công nghệ để kết nối phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúcbên trong của OLT và các yếu tố khác OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tươngứng với các phương thức truyền dẫn đã lựa chọn(ATM, GEM hoặc cả hai)

Trang 23

Chức năng kết nối chéo

Chức năng PON TC

Dịch vụ thích nghi

Khối lõi PON Khối kết nối chéo dịch vụKhối

.

Hình 2.2: Các khối chức năng của OLT

Khối dịch vụ (Service shell): thực hiện chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ

và giao diện khung TC của phần mạng PON

2.2.2.2 Khối mạng quang ONU

Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT Vì ONU hoạtđộng chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đíchbảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi Tuy nhiên, thay cho chức năng này,chức năng ghép và giải ghép dịch vụ (MUX và DMUX) được hỗ trợ để xử lý lưulượng Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả trong Hình 2.3

Giao diện chức năng ODN

Chức năng PON TC

Dịch vụ thích nghi

dịch vụ

.

Ghép và giải ghép dịch vụ

Lựa chọn

Hình 2.3: Các khối chức năng của ONU

2.2.2.3 Mạng phân phối quang ODN

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

2.2.2.3.1 Bộ tách/ghép quang

GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đitrên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệutrên một sợi Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang Dạng đơn giản nhất của

Trang 24

nó là một bộ ghép quang bao gồm hai sợi quang được hàn dính vào nhau Tín hiệunhận được ở bất cứ đầu vào nào cũng bị chia thành hai phần ở đầu ra Tỷ lệ phânchia của bộ tách/ghép có thể được điều khiển bởi độ dài của mối hàn và vì vậy đâyđược coi là tham số không đổi Các bộ tách/ghép NxN được chế tạo bằng cách ghépnhiều tầng bộ 2x2 với nhau như Hình 2.4 hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóngphẳng

Hình 2.4: Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2.

Các bộ tách/ghép được đặc trưng bằng các tham số sau đây:

Suy hao chia: là tỷ 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 3 dB Hình 2 - 4 a: biểu diễnhai mô hình của bộ 8x8 dựa trên các bộ 2x2 Trong mô hình 4 tầng (hình 2 - 4 a),chỉ có 1/16 công suất đầu vào được đưa tới từng đầu ra Hình 2-4 b biểu diễn môhình thiết kế hiệu quả hơn, mỗi đầu ra sẽ nhận được 1/8 công suất của 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 1 dB

Điều hướng: đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị dò từ một đầu vào

khác Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham sốđiều hướng khoảng từ 40 đến 50 dB

Thông thường, các bộ tách/ghép thường chỉ được chế tạo với một đầu vàohoặc một đầu ra Bộ tách/ghép có một đầu vào ta gọi là bộ chia (tách), còn bộ cómột đầu ra ta gọi là bộ kết hợp (ghép) Tuy nhiên, cũng có những bộ 2x2 được chếtạo không đối xứng (với tỷ số chia khoảng 5/95 hoặc 10/90) Loại tách/ghép nàychủ yếu được dùng để trích ra một phần tín hiệu quang cho mục đích kiểm tra, đượcgọi là bộ ghép rẽ

2.2.2.3.2 Mạng cáp quang thụê bao.

Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếpsợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT Cấu trúc mạng cáp quang thụêbao xem trong Hình 2.5

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

Trang 25

- Cáp quang gốc (Feeder Cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay

còn gọi chung là CO) 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 xông quang, hoặc các

tủ cáp quang phối

- 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 tủ quang phốitới các tập điểm quang

- Cáp quang thụê 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

Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thụê bao

2.3 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ GPON

- 155 Mbit/s đường lên, 1.2 Gbit/s đường xuống

- 1.2 Gbit/s đường lên, 1.2 Gbit/s đường xuống

Trang 26

2.3.1.2 Các thông số kỹ thuật khác:

- Bước sóng: 1260-1360nm đường lên; 1480-1500nm đường xuống

- Đa truy nhập hướng lên: TDMA

- Cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwith Allocation)

- Loại lưu lượng: dữ liệu số

- Khung truyền dẫn: GEM

- Dịch vụ: dịch vụ đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS)

- Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: tối đa 1:128

- Giá trị BER lớn nhất: 10-12

- Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc+2 đến +7 (20Km ODN)

- Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10Km và 20Km ODN)

- Suy hao tối đa giữa các ONU:15dB

- Cự ly cáp tối đa: 20Km với DFB laser luồng lên, 10Km với Fabry-Perot

2.3.2 Khả năng cung cấp băng thông

Công nghệ GPON hỗ trợ 1,25 Gbit/s hoặc 2,5 Gbit/s hướng xuống, và hướng lên cóthể xê dịch từ 155 Mbit/s đến 2,5 Gbit/s Hiệu suất băng thông đạt > 90%

2.3.2.1 Băng thông hướng xuống

Yêu cầu băng thông của các dịch vụ cơ bản:

- Băng thông yêu cầu của một kênh HDTV = 12 Mbit/s

- Băng thông yêu cầu của một kênh SDTV = 3 Mbit/s

- Truy cập Internet tốc độ cao = 100 Mbit/s trên mỗi thuê bao với tỷ lệ dùngchung 20:1

- Voice IP tốc độ 100 Kbit/s

Trong đó tốc độ hướng xuống của GPON = 2,488 Mbit/s × hiệu suất 92% = 2289Mbit/s Trong ứng dụng nhiều nhóm người sử dụng (MDU: multiple-dwelling-unit),với tỷ lệ chia là 1:32, GPON có thể cung cấp dịch vụ cơ bản bao gồm truy cậpInternet tốc độ cao và Voice đến 32 ONU, mỗi ONU cung cấp cho 8 thuê bao

2.3.2.2 Băng thông hướng lên

ITU G 984 GPON không những có khả năng hỗ trợ tất cả các yêu cầu về hệthống mạng mà còn cung cấp một cơ chế QoS riêng cho lớp PON vượt ra ngoài cácphương thức Ethernet lớp 2 và phân loại dịch vụ (CoS) IP lớp 3 để đảm bảo việcphân phát các thông tin voice, video và TDM chất lượng cao thông qua môi trường

Trang 27

mức tối đa là QoS ở lớp truyền tải Nếu lớp truyền tải có độ trễ và dung sai lớn thìviệc phân chia mức ưu tiên dịch vụ không còn ý nghĩa Đối với TDMA PON, việcdung lượng cung cấp QoS hướng lên sẽ bị hạn chế khi tất cả các ONT của PON sửdụng hết băng thông hướng lên và ưu tiên của nó trong TDMA Hướng lên GPON

có thông lượng đến 1.25 Gbits/sec cao hơn 20% so với GEPON là một sự khác biệtđáng kể giúp cho cơ chế QoS có thể hoạt động tốt hơn

Khung thời gian hướng lên và hướng xuống sử dụng khung tiêu chuẩn 8 kHz, vàcác dịch vụ được đóng gói vào các khung theo nguyên bản của nó thông phươngthức đóng gói GPON (GEM) Giống như trong SONET/SDH, GPON cung cấp khảnăng chuyển mạch bảo vệ với thời gian nhỏ hơn 50ms Điều cơ bản làm cho GPON

có trễ thấp là tất cả lưu lượng hướng lên TDMA từ các ONU được ghép vào trongmột khung 8 KHz (125 µs) Mỗi khung hướng xuống bao gồm một bản đồ cấp phátbăng thông hiệu quả được gửi quảng bá đến tất cả các ONU và hỗ trợ tính năng tinhchỉnh cấp phát băng thông Cơ chế ngoài băng này cho phép GPON DBA hỗ trợviệc điều chỉnh cấp phát băng thông nhiều lần mà không cần phải sắp xếp lại để tối

ưu hóa việc tận dụng băng thông

2.3.3 Khả năng cung cấp dịch vụ

Giới hạn cự ly của công nghệ GPON hiện tại được quy định trong khoảng 20 km vàcung cấp tỉ lệ chia lên tới 1:128 (hiện tại thường sử dụng tỉ lệ 1:64, tối đa qua haicấp chia)

Hiện tại, giá thiết bị GPON còn tương đối cao Tuy nhiên với tỉ lệ chia sẻ lớn sẽgiúp làm giảm chi phí trên mỗi khách hàng Ngoài ra khi lưu lượng sử dụng lớn thìchi phí trên mỗi Mbps sẽ rẻ hơn so với công nghệ GEPON

GPON có khả năng hỗ trợ cấu trúc mạng xếp chồng dịch vụ CATV, đáp ứngđược đòi hỏi cho dịch vụ hướng xuống tốc độ cao Các hệ thống này đều sử dụngbước sóng 1490 nm hướng xuống và 1310 nm hướng lên, bước sóng 1550 nm đượcdành riêng cho CATV

GPON đáp ứng được tỉ lệ dung lượng dịch vụ/chi phí khi so sánh với mạng cápđồng/DSL và mạng HFC có dung lượng nhỏ và các mạng SDH/SONET cũng nhưgiải pháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao Vì vậy nó phù hợp với các hộgia đình, doanh nghiệp vừa và nhỏ, chính phủ và các cơ quan công sở

 Các dịch vụ bộ ba dành cho hộ gia đình

GPON được phát triển để mang đến các dịch vụ thế hệ mới như IPTV, truyềnhình theo yêu cầu, game trực tuyến, Internet tốc độ cực cao và VoIP với chi phíhiệu quả, băng thông lớn và chất lượng đảm bảo cho các thuê bao hộ gia đình

IP quảng bá qua cấu hình điểm – đa điểm cho phép một luồng video có thểtruyền tới nhiều thuê bao một cách đồng thời

Trang 28

Khả năng cấp phát băng thông động cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tối ưuhóa băng thông quang, tạo ra nhiều lợi nhuận hơn Băng thông lớn và dịch vụ linhhoạt của GPON giúp cho GPON trở thành một sự lựa chọn hoàn hảo cho việc cungcấp dịch vụ tới nhiều hộ thuê bao MDU (Multiple Dwelling Units) như các tòa nhà,khách sạn, chung cư GPON ONU có thể phục vụ như các DSLAM VDSL2

 Dành cho doanh nghiệp vừa và nhỏ

GPON là sự lựa chọn hoàn hảo cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ có yêu cầu

về thoại, truy nhập Internet, VPN và các dịch vụ T1/E1 với chi phí hợp lý GPON

có băng thông đủ lớn và có tính năng QoS cho phép các doanh nghiệp có thể đượccung cấp dịch vụ trên cùng cơ sở hạ tầng như các dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừyêu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng mới

2.3.4 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

2.3.4.1 Kỹ thụât truy nhập

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 chiabăng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau Những khe thời giannày có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầutuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng Mô hình sử dụng TDMAtrên GPON hình cây như trong Hình 2.6 Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đườnglên trong khe thời gian riêng biệt Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khethời gian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian Số liệuđường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định

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 cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việctriển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động

và bảo dưỡng Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắpđặt dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng

Trang 29

Kỹ thuật TDMA trong GPON yêu cầu bắt buộc đồng bộ của lưu lượng đườnglên để tránh xung đột số liệu khi hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khácnhau đến bộ ghép cùng một thời điểm Tuy nhiên, các vấn đề trên đều được khắcphục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON

Hình 2.6: Mô hình TDMA GPON hình cây

2.3.4.2 Phương thức ghép kênh

Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng Dải bước sóng

1550 nm được dùng cho băng thông chiều xuống từ OLT, dải bước sóng 1310 nmđược truyền theo chiều lên bởi ONT

2.3.5 Lớp hội tụ truyền dẫn trong ngăn xếp giao thức GPON

2.3.5.1 Các khái niệm cơ bản

Hội tụ truyền dẫn GPON - GTC (GPON Transmission Convergence): là lớpgiao thức chính trong ngăn xếp giao thức của GPON

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

báo các 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

Trang 30

2.3.5.2 Ngăn xếp giao thức

Hình 2.7 biểu diễn ngăn xếp giao thức của toàn hệ thống lớp TC trong GPON(GTC) Lớp GTC gồm có 2 lớp con, lớp con tạo khung GTC (GTC framing sub-layer) và lớp con tương thích TC (TC adaption sub-layer)

Lớp truyền thông vật lý GPON (GPM) Lớp con tạo khung GTC

Lớp con tương thích TC

Bộ thích ứng ATM TC Bộ thích ứng GEM TC Điều khiển DBA

Bộ thích ứng OMCI PLOAM

Ứng dụng

Ứng dụng GEM

Lớp hội tụ truyền dẫn GTC

Hình 2.7: Ngăn xếp giao thức của GTC

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 lưulượng người sử dụng Trong lớp con tạo khung GTC, phân vùng ATM, phân vùngGEM, các phần quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical LayerOperations Administrations Maintenance) và OAM nhúng được nhận biết theo vị trítrên khung GTC Chỉ OAM nhúng được kết cuối tại lớp này để điều khiển qua lớpcon này, do thông tin của OAM nhúng được nhúng trực tiếp vào khung GTC.Thông tin PLOAM được xử lý tại khối PLOAM được định vị như một client củalớp con này Các đơn vị dịch vụ dữ liệu SDU (Service Data Unit) trong các phânvùng ATM và GEM được chuyển từ/tới các đơn vị giao thức dữ liệu PDU (ProtocolData Unit) thông thường của ATM và GEM tại mỗi lớp con tương thích Ngoài ra,các PDU này chứa dữ liệu kênh OMCI Dữ liệu này cũng được nhận ra tại lớp connày, và được trao đổi từ/tới thực thể OMCI OAM nhúng, PLOAM và OMCI đượcphân loại thành các mặt phẳng C/M Các SDU ngoại trừ OMCI trên các phân vùngATM và GEM được phân loại vào mặt phẳng U

Lớp tạo khung GTC cung cấp cái nhìn bao quát tới tất cả dữ liệu phát và lớptạo khung GTC OLT trực tiếp ngang hàng với tất cả các lớp tạo khung GTC ONU.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

Trang 31

thông báo chế độ hoạt động cơ bản của nó là ATM hay GEM thông qua bản tinSerial_Number Nếu OLT có khả năng giao diện tới ít nhất 1 trong các chế độ yêucầu, nó sẽ xử lý để thiết lập kênh OMCI, và thiết bị ONU được nhận ra theo cáchthông thường

2.3.5.3 Các chức năng chính của GTC

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

và đăng ký ONU

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

môi trường cho lưu lượng luồng 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 hoạ trong Hình 2.8

OLT gửi các con trỏ trong PCBd, các con trỏ này chỉ ra thời điểm mà mỗiONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dẫn luồng lên của nó Theo cách này, chỉ có 1ONU có thể truy nhập môi trường tại bất cứ thời điểm nào Các con trỏ được gáncác đơn vị của byte, cho phép OLT điều khiển môi trường với băng thông tĩnh64kbit/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

Đăng ký ONU:Việc đăng ký ONU được thực hiện theo thủ tục phát hiện tự động.

Có 2 phương pháp đăng ký ONU Phương pháp A, Serial Number của ONU đượcđăng ký tại OLT nhờ hệ thống quản lý Phương pháp B, Serial Number của ONUkhông được đăng ký tại OLT nhờ hệ thống quản lý

Mào đầu khung

Alloc-ID Start End Alloc-ID Start End Alloc-ID Start End

T-CONT1 (ONU1)

T-CONT2 (ONU2)

T-CONT3 (ONU3)

Slot 400

Slot 500

Slot 520

Slot 600

Hình 2.8: Điều khiển truy nhập môi trường

2.3.6.4 Chức năng các lớp con trong GTC

GTC gồm 2 lớp con là lớp con tạo khung GTC và lớp con tương thích TC

Trang 32

2.3.6.4.1 Lớp con tạo khung GTC

Lớp con tạo khung GTC có 3 chức năng như sau:

1) Ghép kênh và giải ghép kênh: Các phần PLOAM, ATM và GEM được ghép

vào 1 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

2) Tạo tiêu đề và giải mã: Tiêu đề khung TC được tạo ra và định dạng trong 1

khung đường xuống Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã Ngoài ra,thực 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

2.3.6.4.2 Lớp con thích ứng GTC và các giao diện thực thể lớp trên

Lớp con thích ứng hỗ trợ 3 bộ tương thích TC, đó là: bộ tương thích ATM TC,

bộ tương thích GEM TC và bộ 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

và ánh xạ các PDU này vào mỗi phần tương ứng Các bộ tương thích này cung cấpcác giao diện dưới đây cho các thực thể lớp trên:

1) Giao diện ATM: Lớp con tạo khung GTC và ATM TC adapter liên kết cung

cấp giao diện ATM chuẩn đã chỉ ra trong ITU-T 1.432.1 cho các dịch vụATM Nhìn chung, các thực thể lớp ATM ban đầu có thể được sử dụng nhưATM client

2) 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

Các bộ tương thích này nhận ra kênh OMCI theo VPI/VCI trong trường hợpATM và theo Port-ID trong trường hợp GEM Bộ tương thích OMCI có thể thayđổi dữ liệu kênh OMCI đối với các bộ tương thích ATM, GEM TC Bộ tương thíchOMCI nhận dữ liệu từ các TC tương thích và chuyển nó tới thực thể OMCI vàngược lại

2.3.6 Cấu trúc khung GPON

Hình 2.9 minh hoạ cấu trúc khung GTC TC đường xuống và đường lên

PCBd

Tải n+1

T frame = 125 µs

PCBd n+1 Hướng xuống

Trang 33

Khung đường xuống bao gồm các phần: Khối điều khiển vật lý luồng xuốngPCBd (physical control block downstream), phần ATM, phần GEM Khung đườnglên gồm nhiều cụm truyền dẫn (transmission burst) Ngoài phần tải tin (payload),mỗi khung đường lên còn có thể chứa các phần/đoạn PLOAMu, PLSu và DBRu.Khung đường xuống cung cấp thông tin về thời gian tham chiếu cho GPON và thựchiện hoạt động báo hiệu điều khiển cho đường lên

2.3.6.1 Cấu trúc khung đường xuống

Khuôn dạng khung đường xuống như trong hình 2.10

PCBd

Tải n+1

PCBd n+1

Tframe = 125 µs

Khối ATM Khối GEM

PCBd n+2

N x 53 byte

Hình 2.10: Cấu trúc khung đường xuống

Mỗi khung GTC đường xuống dài 125μs, chứa khối điều khiển vật lý luồngs, chứa khối điều khiển vật lý luồngxuống PCBd và phần tải dữ liệu

Chi tiết khuôn dạng của khung đường xuống như trong hình 2.11 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 traBIP (Bit Interleaved Parity) Bốn byte đồng bộ vật lý (Physical Sync) chỉ thị bắt đầucủa khung đường xuống Bốn byte của trường Ident chỉ thị FEC được sử dụng haykhông, ngoài ra nó còn thực hiện gói bộ đếm siêu khung, được sử dụng để cung cấptín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp 13 byte của trường PLOAM trong PCBdđược sử dụng để thông tin giữa các bản tin OAM lớp vật lý với các ONU Các chứcnăng của PLOAM gồm đăng ký và xoá ONU, định cỡ, điều chỉnh công suất, cậpnhật khoá mã hoá, thông báo lỗi lớp vật lý, v.v

Trang 34

Hình 2.11: Các trường thông tin trong khung đường xuống

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 hìnhvới nhiều T-CONT Bản đồ băng thông đường lên (Us Bw) xác định băng thôngđường lên được phân định cho các thực thể truy nhập Mỗi thực thể 8 byte truy nhậptrong Us Bw bao gồm Alloc-ID của T-CONT, thời gian bắt đầu và kết thúc phát T-CONT hướng lên và 12 bit cờ chỉ thị cách thức phân định băng tần được sử dụng

Vì khung có khoảng thời gian là 125 ms, nên với các tốc độ khác nhau thì chiều dàikhung sẽ khác nhau, ví dụ với tốc độ 1,24416 Gbps khung có độ dài là 19.9440byte, với tốc độ 2,48832 Gbps khung có độ dài là 38.880 byte Tuy nhiên, khốiPCBd là giống nhau đối với cả hai hệ thống

2.3.6.2 Cấu trúc khung đường lên

Khung đường lên có độ dài 125 s, gồm các khung ảo hướng lên Các khung

ảo hướng lên được tạo bởi các burst từ các ONU khác nhau Mỗi burst bắt đầu vớitrường mào đầu lớp vật lý hướng lên (PLOu) Hình 2.12 mô tả cấu trúc khungđường lên

Khung đường lên 125 µs

Hình 2.12: Cấu trúc khung đường lên

Mỗi khung chứa thông tin từ một hoặc nhiều ONU Bản đồ băng thông chỉ thị

sự sắp xếp các thông tin này Trong suốt quá trình phân bổ tương ứng với hoạt động

Trang 35

người dùng Bốn byte mào đầu bao gồm: Mào đầu lớp vật lý (PLOu); Các hoạtđộng vận hành và quản trị các tham số lớp vật lý ở đường lên (PLOAMu); điềukhiển công suất đường lên (PLSu) và thông báo băng thông động (DBRu)

Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên được chỉ ra ở Hình 2.13.PLOu bắt đầu với một tiền tố (Preamble) giúp cho máy thu chế độ burst tại OLTđồng bộ với máy phát tại ONU Trường phân định (Delimiter) xác định sự bắt đầucủa burst hướng lên Chiều dài và khuôn dạng của các trường tiền tố và phân địnhđược xác định bởi OLT sử dụng bản tin PLOAM Trường Ind cung cấp các báo cáo

về trạng thái của ONU với OLT

Hình 2.13: Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên

Mỗi ONU có thể được gán bởi nhiều T-CONT Nếu 1 ONU được phân định cáckhe thời gian kề nhau cho các T-CONT với các Alloc-ID khác nhau, PLOu chỉ cầnphát một lần Tiếp theo trường PLOu, có 3 lựa chọn các trường mào đầu trong mỗiburst:

- Vận hành lớp vật lý, quản trị, và quản lý luồng lên (PLOAMu)

- Điều chỉnh công suất luồng lên (PLSu)

- Báo cáo băng thông động luồng lên (DBRu)

Việc phát của các trường này được phân định bởi OLT qua các cờ trong bản

đồ phân định băng thông đường lên (Us Bw map) của trường PCB Khi được yêucầu bởi OLT, 120 byte trường PLSu được gửi bởi ONU để đo công suất TrườngDBRu được ghép vào mỗi T-CONT để báo cáo trạng thái lưu lượng hướng lên củacác T-CONT tương ứng DBRu gồm các báo cáo DBA chỉ thị chiều dài hàng đợicho việc phân định băng thông động

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	32,82 MB