Tìm hiểu mạng quang thụ động EPON

báo cáo thực tập tốt nghiệp tìm hiểu mạng quang thụ dộng epon. báo cáo thực tập tốt nghiệp tìm hiểu mạng quang thụ dộng epon. mạng quang thụ epon tìm hiểu về mạng quang thụ dông ponmạng thụ động mạng quang epon

MỤC LỤC Chương 1: Hiện trạng mạng viễn thông Việt Nam và xu hướng phát triển

mạng truy nhập của thế giới 4

1.1 Hiện trạng mạng viễn thông của Việt Nam 4

1.2 Sự phát triển của lưu lượng 10

1.3 Xu hướng phát triển hiện nay 11

1.4 Mạng truy nhập thế hệ sau 12

1.5 Kết luận chương 13

Chương 2 : Công nghệ ETHERNET 14

2.1 Tổng quan về Ethernet 15

2.2 Các phần tử của mạng Ethernet 15

2.3 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 16

2.4 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI 17

2.5 Lớp con MAC Ethernet 20

2.6 Lớp vật lý Ethernet 24

2.7 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu OSI 24

Chương 3 Mạng truy nhập quang thụ động - PON 26

3.1 Tổng quan về công nghệ PON 28

3.2 Đặc điểm của mạng PON 29

3.3 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 29

3.4 Mô hình PON 38

3.5 WDM PON và TDM PON 40

Chương 4 : Mạng truy nhập quang thụ động ETHERNET-EPON 44

4.1 Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON 44

4.2 Nhu cầu của mạng quang thụ động Ethernet 45

4.3 Tiêu chuẩn mạng quang thụ động Ethernet 50

4.4 Nguyên tắc hoạt động của mạng truy nhập quang thụ động Ethernet 52

4.5 Xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang thụ động Ethernet 64

4.6 Ứng dụng của mạng truy nhập quang thụ động Ethernet-EPON 66

LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển dẫn tới sự phát triển của các khu vực kinh tếnhư: khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư caocấp… cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như:ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng cácdịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu Bên cạnh đó, các dịch vụứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh nhưcác dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến, các dịch vụ đào tạo

từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệungày càng gia tăng Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầngmạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao Côngnghệ truy nhập cáp đồng ADSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc

độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ Vì vậy, nghiên cứu triển khaicác giải pháp truy nhập quang là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạtầng mạng truy nhập đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loạihình dịch vụ mới

Công nghệ truy nhập quang thụ động EPON đã được ITU chuẩn hóa, hiệnnay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạngtruy nhập tại nhiều nước trên thế giới EPON là công nghệ hướng tới cung cấpdịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng.EPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tương lại

Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT,Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang thụ

động EPON Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Tìm hiểu về mạng truy nhập quang thụ động”.

Chương 1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT

TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI

Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thôngtin quang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay.Mục đích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng củangười dùng viễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngàycàng phong phú, đặc biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truynhập và mạng đường trục hiện nay Bên cạnh đó, chiến lược phát triển viễnthông phụ thuộc rất nhiều vào hiện trạng mạng viễn thông và định hướng pháttriển viễn thông ở mỗi nước Ở Việt Nam thì đây cũng không phải là một ngoại

lệ Chương này sẽ trình bày về hiện trạng mạng truyền dẫn của Việt Nam, xuhướng phát triển viễn thông trên thế giới và tổng quan về mạng truy nhập quangthụ động

1.1 Hiện trạng mạng viễn thông của Việt Nam

Mạng viễn thông Việt Nam hiện tại được chia thành ba thành phần chính

bao gồm : Cấp quốc tế, cấp quốc gia, cấp nội tỉnh như Hình 1.1

1.1.1 Truyền dẫn Quốc Tế

Hệ thống TVH với dung lượng mỗi hướng 560Mbps được đưa vào khaithác tháng 11 năm 1995 kết nối 3 nước Thái Lan, Việt Nam và Hồng Công.TạiViệt Nam hệ thống cập bờ tại Đài cáp quang biển quốc tế Vũng Tàu

Hệ thống SMW-3 dung lượng 80Gbps được đưa vào khai thác tháng 9năm 1999 kết nối Việt Nam với gần 40 nước Á – Âu Hệ thống cập bờ tại Đàicáp quang biển quốc tế Đà Nẵng

Tuyến cáp quang biển AAG-Asia America Gateway có chiều dài 20.000

km và dung lượng lên tới 500 Gbps, kết nối trực tiếp từ khu vực Đông Nam Átới Mỹ, đi qua các nước và vùng lãnh thổ Malaysia, Singapore, Thái Lan, Việt

Nam, Brunei, Hồng Kông, Philippines và Hoa Kỳ Dự kiến AAG sẽ được nângcấp lên 2 Tbps và mở rộng phạm vi kết nối tới Australia, Ấn Độ, châu Âu vàChâu Phi.

Tuyến cáp quang đất liền là CSC, dung lượng 2,5Gbps kết nối Trung Quốc, ViệtNam, Lào, Thái Lan, Malaysia và Singapore, tuyến Việt Nam-Campuchia, dunglượng 155Mbps

Ngoài ra còn có các trạm thông tin vệ tinh mặt đất

Trạm mặt đất HAN-1ATrạm mặt đất SBE-1ATrạm mặt đất SBE-2ATrạm mặt đất SBE-3ATrạm mặt đất HAN-2B

Quốc Tế

Quốc gia

Nội tỉnh

Gateway Quốc Tế

TOLL quốc gia

TOLL quốc gia

Gateway Quốc Tế

Hình 1.1: Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam hiện tại

Nội hạt

Trạm mặt đất Hoa Sen -1Trạm chủ VSAT DAMATrạm cổng VSAT IP

1.1.2 Truyền dẫn Quốc Gia

Mạng truyền dẫn quốc gia bao gồm tuyến đường trục Bắc Nam và cáctuyến nhánh nối giữa các tỉnh thành với các trung tâm Hà Nội, Đà Nẵng và Tp

Viba PDH: thiết bị này cũng có nguồn gốc từ nhiều hãng cung cấp khácnhau như: Siemens, Fujitsu, Alcatel, SIS, SAT, NOKIA, AWA Dung lượng140Mb/s, 34Mb/s và n*2Mb/s Công nghệ viba SDH được sử dụng hạn chế với

số lượng ít

 Tuyến truyền dẫn đường trục Bắc – Nam

Tuyến trục chính Hà Nội – TP Hồ Chí Minh là tuyến truyền tải lớn nhất(tới trên 50% lưu lượng liên tỉnh) của toàn mạng Việt Nam Mọi nhu cầu về pháttriển các dịch vụ Viễn Thông hiện đại cũng đều phát sinh và trao đổi đầu tiên từ

2 trung tâm thông tin lớn nhất của cả nước là Hà Nội và TP Hồ Chí Minh

Ngoài ra, lưu lượng truyền dẫn trên trục Bắc Nam để đi quốc tế cũngchiếm một khối lượng đáng kể Hơn nữa, các chương trình truyền hình đòi hỏichất lượng cao và phát trong một thời gian đài liên tục cũng ngày càng gia tăngtrên tuyến này

Hiện nay tuyến trục Bắc Nam bao gồm:

Tuyến cáp quang:

+ Tuyến chạy dọc quốc lộ 1A

+ Tuyến chạy theo đường dây điện lực 500 kV

Hai tuyến này hình thành nên 4 vòng RING lớn

Tuyến VIBA:

+ Tuyến 140 Mb/s Hà Nội – Đà Nẵng (thiết bị của SIEMENS)

+ Tuyến 140 Mb/s Đà Nẵng – TP Hồ Chí Minh (thiết bị của ATFH)

 Tuyến trục cáp quang

Tuyến cáp quang chạy dọc quốc lộ 1A đi từ Hà Nội tới TP Hồ Chí Minhqua các tỉnh thành phố, trên đó có 25 trạm xen rẽ và 13 trạm lặp Tuyến này sửdụng sợi 7 và 8 trong số 8 sợi của tuyến cáp Marconi

Tuyến cáp quang chạy theo đường dây 500 KV đi từ Hoà Bình tới PhỳLừm với 2 trạm đầu cuối và 13 trạm lặp Nó sử dụng 2 trong số 10 sợi của cáp(4 sợi của VTN, 4 sợi của sở Điện lực và 2 sợi của Quân đội)

Sợi quang sử dụng trên cả 2 tuyến là sợi quang đơn mode G652 làm việc

ở cửa sổ bước sóng 1550 nm (suy hao nhỏ hơn 0,28 dB / km)

Mạng truyền dẫn đường trục quốc gia nối giữa Hà Nội và Tp Hồ ChíMinh dài 4000km, sử dụng STM-16/2F-BSHR, được chia thành 2 vòng Ring lớntại Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Quy Nhơn và Tp Hồ Chí Minh

Vòng 1: Hà Nội - Hà Tĩnh(884km)

Vòng 2: Hà Tĩnh - Đà Nẵng(834km)

Vòng 3: Đà Nẵng – quy Nhơn (817km)

Vòng 4: Quy Nhơn – Tp Hồ Chí Minh (1424km)

Việc quản lý thường xuyên các vòng RING I và II là do trung tâm quản lý

Hà Nội đảm nhiệm còn vòng III và IV là do trung tâm quản lý TP Hồ Chí Minhphụ trách Trạm quản lý điều hành Hà Nội đóng vai trò quản lý mạng cấp 1,nghĩa là quản lý toàn bộ mạng Việt Nam còn trung tâm quản lý điều hành TP

Hồ Chí Minh chỉ quản lý khu vực miền Nam, dự phòng cho trung tâm Hà Nội.Hai trung tâm này làm việc luân phiên theo từng tuần quản lý chung toàn mạng.

Cả 4 vòng RING đều có dạng MS SPRING (2F BSHR / LPS)

Các đường truyền dẫn khác: Hà Nội – Hải Phòng, Hà Nội – Hoà Bình, Tp

Hồ Chí Minh – Vũng Tàu, Hà Nội – Phủ Lý – Nam Định, Đà Nẵng – Tam Kỳ.Các tuyến truyền dẫn liên tỉnh này dùng STM-4 Riêng tuyến Hà Nội – NamĐịnh, Đà Nẵng – Tam Kỳ vẫn sử dụng PDH, trong tương lai sẽ thay thế bằngSDH

 Mạng truyền dẫn liên tỉnh bằng vô tuyến

Dùng hệ thống viba SDH(STM-1, dung lượng 155Mbps), PDH (Dunglượng 4Mbps, 6Mbps, 140Mbps) Chỉ có tuyến Bãi Cháy – Hòn Gai dùng SDH,các tuyến khác dùng PDH

Cuối năm 2004, mạng NGN-Next Generation Network đã được đưa vàokhai thác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng vànhanh chóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định

và di động với Internet băng rộng

1.1.3 Truyền dẫn nội tỉnh

So với mạng đường trục và mạng liên tỉnh thì mạng nội tỉnh có phần đadạng và phức tạp hơn rất nhiều Trước hết, về mặt yêu cầu thì các tuyến nội tỉnh

có dung lượng nhỏ hơn, cự ly truyền không xa lắm Mặt khác, các tuyến này lại

do các tỉnh quản lý nên mặc dù được sự chỉ đạo của Tổng Công ty và Tổng cụcBưu điện thỡ cỏc tuyến nội hạt ở các tỉnh vẫn phát triển theo các hướng khácnhau tuỳ theo kinh phí và sự đầu tư của tỉnh đó Một điểm cần lưu ý nữa đối vớicác mạng nội tỉnh là cơ sở hạ tầng của chúng cực kỳ phức tạp, rất nhiều hệ thốngcùng song song hoạt động như VIBA, cáp quang, OW, HDSL, WLL (Khoảng88% các tuyến truyền dẫn nội tỉnh sử dụng hệ thống vi ba, trong tương lai khinhu cầu sử dụng tăng thì các tuyến này được thay thế bởi hệ thống truyền dẫnquang)

Tình hình triển khai cáp quang của tuyến nội hạt cũng chậm hơn so vớituyến liên tỉnh Ngoại trừ các thμnh phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đành phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, ĐàNẵng đó có các vòng RING mạng cấp 1 (nối các HOST, TANDEM và TOLLquốc gia) và vòng RING cấp 2 (nối các HOST với các tổng đài vệ tinh lớn) cònhầu hết các tỉnh mới chỉ có các tuyến quang nối từ HOST tới các tổng đài vệ tinhtheo dạng mắt lưới.Thậm chí với những tỉnh chỉ có 1 HOST duy nhất tại trungtâm và không có tổng đài vệ tinh thì cũng chưa có đường cáp quang nào (theothống kê năm 1996 thì cứ 20 tỉnh như vậy).

Mạng vô tuyến nội tỉnh hiện nay rất đa dạng cả về dung lượng, chủng loại

và như cung cấp Có nhiều hệ thống cùng làm việc và thậm chí trên những chặngkhác nhau của cùng 1 tuyến Về mặt điều hành bảo dưỡng tinh tỡnh này gây trởngại khá lớn và làm tăng chi phí vì phải dự phòng nhiều loại thiết bị Cấu hìnhcủa các tuyến VIBA thường có dạng hình sao với dung lượng nhỏ Vì lý do dunglượng mà chỉ sau vài năm lắp đặt các tuyến này đều phải tiến hành nâng cấp haythay thế Xem bảng 3 để biết thêm chi tiết về các thiết bị viba sử dụng ở cáctuyến liên tỉnh và nội tỉnh hiện nay:

Tên thiết bị Nước sản

xuất Tần số sử dụng

Dung lượng liên tỉnh

Dung lượng nội tỉnh

1,8 GHz(1700 – 1900 MHz)1,5 GHz(1427 – 1535 MHz)

(1900 – 2300 MHz)

7 GHz(7400 – 7700 MHz) 16 Mb/s

Hình 5 Các thiết bị viba sử dụng ở các tuyến liên tỉnh và nội tỉnh 1.2 Sự phát triển của lưu lượng

Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy Có thểchứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ nhữngnăm 1990 Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế

đã làm cho tốc độ tăng lên rất cao, ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng mộtnghìn phần trăm Xu hướng online và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiềuthời gian và sử dụng những ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn Việc nghiên cứuthị trường cho thấy, sau khi nâng cấp lên băng rộng người dùng đã online nhiềuhơn 35% so với trước Lưu lượng thoại cũng tăng nhưng tốc độ chậm hơn 8%mỗi năm Theo như hầu hết các nhà phân tích thì lưu lượng dữ liệu đã vượt trộilưu lương thoại Nhiều dịch vụ và ứng dụng sẽ trỡ thành hiện thực khi mà băngthông mỗi người dùng được tăng lên Cả DSL-Digital Subscriber Line và cápmodem đều không thể theo kịp nhu cầu Cả hai công nghệ này đều là những kiếntrúc truyền thông được xây dựng hàng đầu hiện nay nhưng không tối ưu hoá cholưu lượng dữ liệu Trong mạng cáp Modem, chỉ một vài kênh RF được chỉ địnhcho dữ liệu trong khi phần lớn băng thông dành cho video tương tự Mạng cápđồng DSL không thể phù hợp với tốc độ dữ liệu ở khoảng cách yêu cầu do méo

và nhiễu xuyên tâm tín hiệu Hầu hết các nhà hoạt động mạng đều nhận thức rõrằng sự cần thiết của một giải pháp tập trung dữ liệu, các dịch vụ truyền thốngnhư thoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy đủ các dịch vụ sẽ ra đời

1.3 Xu hướng phát triển hiện nay

Trong những năm gần đây, mạng đường trục đã có một sự phát triển vượtbậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi Sự phát triển kinh khủng của lưulượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của dung lượng mạng truycập Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục.Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL và mạng cápModem Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up56Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ nhưvideo, trò chơi tương tác hay hội nghị truyền hình Một công nghệ mới đã đượcđưa ra, có chi phí đầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng cấp, có khả năng hội

tụ các dịch vụ thoại dữ liệu và video đến người dùng trên một mạng đơn Đó làEPON-Ethernet Passive Optical Network, là giải pháp truy nhập quang sử dụngmạng quang thụ động PON-Passive Optical Network kết hợp với giao thứcEthernet Giải pháp này mang ưu điểm của cả hai công nghệ PON với băng rộng

và Ethernet được thiết kế phù hợp tải mang lưu lượng IP Đây là một công nghệtruy nhập được kỳ vọng trong những năm tới và cũng được xem như là mộttrong những công nghệ động lực để tiến đến mạng toàn quang

1.4 Mạng truy nhập thế hệ sau

Hình 1.2 : Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao

Sợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại,

dữ liệu và video với khoảng cách trên 20 km trong mạng truy nhập Phươngthức vật lý để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập nội hạt là sử dụng môhình điểm điểm Point to Point, với sợi quang chạy từ CO - Central Office đến

mỗi đầu cuối thuê bao như Hình 1.2a Kiến trúc này đơn giản tuy nhiên chi phí

khá cao Chúng ta xét N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L kmthì mô hình Point to Point yêu cầu 2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợiquang

Để giảm chiều dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ

xa như Hình 1.2b, phương thức này làm giảm chiều dài sợi quang chỉ còn L km

với khoảng cách giữa chuyển mạch và người dùng không đáng kể nhưng sẽ làm

tăng số lượng bộ thu phát lên 2N+2 Ngoài ra, kiến trúc mạng chuyển mạch cụmthuê bao yêu cầu năng lượng điện cũng như năng lượng sao lưu tại Curb-switch.

Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các nhà cung cấp dịch vụnội hạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội hạt Cho nên,thật hợp lý khi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang thụ động

rẻ tiền như ở Hình 1.2c.

PON là một kỹ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các

bộ thu phát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít PON là mạng quangđiểm đa điểm Point to MultiPoint với các phần tử không kích hoạt trong đườngdẫn tín hiệu từ nguồn đến đích Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạngPON là các linh kiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang.Một mạng truy nhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và

Kết luận chương

Như nội dung đã trình bày ở trên, mạng đường trục là mạng với tốc độ dữliệu cao lên đến hàng Gbps và được áp dụng công nghệ chuyển mạch gói với sựhội tụ của thoại, dữ liệu và video tốc độ cao Trong khi đó, mạng truy nhập hầunhư không có một sự phát triển tương xứng Gần đây, với công nghệ DSL đãgiảm bớt phần nào vấn đề “nút cổ chai” tuy nhiên vẫn chưa giải quyết triệt đểvấn đề này Vì vậy việc nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu Tuy nhiên,

kỹ thuật nào được lựa chọn Với nhưng ưu điểm vượt trội của mình mạng quangthụ động Ethernet-EPON là một giải pháp hữu hiệu cho mạng truy nhập Mạngquang thụ động Ethernet là sự kết hợp giữa mạng quang thụ động và công nghệEthernet Sự kết hợp này sẽ được trình bày cụ thể trong những chương tiếp theo

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ ETHERNET

FASN (Full Service Access Network) theo ITU G.983 định nghĩa mộtmạng truy nhập quang dựa trên công nghệ PON sử dụng ATM (AsynchronousTransfer Mode) như là giao thức lớp hai của nó Vào năm 1995, khi mà việckhởi xướng được bắt đầu, ATM có hy vọng cao để trở thành công nghệ thịnhhành trong mạng LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan AreaNetwork) và mạng đường trục Tuy nhiên, cũng từ thời gian đó, công nghệEthernet đã đẩy lùi ATM Ethernet đã trở thành một chuẩn được chấp nhận phổbiến với trên 320 triệu cổng triển khai trên toàn thế giới Việc triển khai GigabitEthernet tốc độ cao và họ sản phẩm 10 Gigabit Ethernet đã trở thành hiện thực.Ethernet dễ dàng triển khai và quản lý, đang chiến thắng vùng đất mới trongMAN và WAN Suy cho cùng thì 95% LAN sử dụng Ethernet nên ATM-PONkhông thể là lựa chọn tốt nhất cho việc kết nối mạng Ethernet

Một thiếu sót của ATM là việc hư hỏng và sai lệch của các cell ATM sẽlàm mất hiệu lực hoàn toàn khung IP Tuy nhiên các cell còn lại sẽ mang mứccủa cùng khung IP sẽ được truyền xa hơn, vì vậy việc chi phối tài nguyên mạng

là không cần thiết Ngoài ra, có lẽ điều quan trọng nhất là ATM không thể đạtđược một công nghệ chi phí thấp như mong muốn Các chuyển mạch ATM vàCard mạng là khá đắt so với chuyển mạch Ethernet và Card mạng Ethernet

Nói một cách khác, Ethernet là một lựa chọn hợp lý cho mạng truy nhập

IP được tối ưu hoá dữ liệu

Kỹ thuật QoS được chấp nhận mới P802.1p, đã làm cho mạng Ethernet cókhả năng cung cấp thoại, data và video Kỹ thuật này bao gồm mô hình truyềndẫn song công và sự ưu tiên Ethernet là công nghệ với chi phí thấp, phổ biến vàphù hợp với nhiều thiết bị cũ khác nhau Vì vậy, trong chương này sẽ trình bày

tổng quan về kỹ thuật Ethernet, kiến trúc khung của Ethernet và quan hệ giữaEthernet với mô hình 7 lớp OSI.

2.1 Tổng quan về Ethernet

Thuật ngữ Ethernet được quy vào họ sản phẩm của mạng LAN thuộcchuẩn 802.3 và được định nghĩa như là một giao thức truy nhập đa sóng mang cóphát hiện va chạm CSMA/CD: Carrier Sence Multiple Access/Collision Detect.Hiện tại có 4 tốc độ dữ liệu được định nghĩa cho hoạt động trên cáp sợi quang:

 Dễ hiểu, dễ thực hiện, dễ quản lý và bảo dưỡng

 Cho phép triển khai mạng với chi phí thấp

 Cung cấp nhiều mô hình linh hoạt cho việc cài đặt mạng

 Bảo đảm kết nối thành công và hoạt động theo tiêu chuẩn của sản phẩm,bất chấp nhà chế tạo…

 DCE - Data Communication Equipment: là các thiết bị mạng trung gian

có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dữ liệu thông qua mạng DCE

có thể là các thiết bị Standalone như là bộ lặp, bộ chuyển mạch hay cácthiết bị giao tiếp truyền thông như là Card giao tiếp.

Các thiết bị mạng trung gian Standalone được xem như là một node trunggian hoặc DCE Card giao tiếp mạng được xem như là một NIC - NetworkInterface Card

2.3 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet

Mạng LAN có nhiều mô hình kiến trúc khác nhau, nhưng bất chấp sự rắcrối và kích cở của nó, tất cả đều kết hợp từ ba kiến trúc kết nối cơ bản:

Kiến trúc đơn giản nhất là kết nối điểm-điểm

Hình 2.1: Mô hình kết nối điểm-điểm

Chỉ 2 đơn vị mạng được kết nối với nhau và kết nối này có thể

là DTE với DTE, DTE với DCE, DCE với DCE Dây cáp trong kết nối điểmđiểm được gọi là network link Chiều dài cho phép lớn nhất của cáp phụ thuộcvào kiểu cáp và phương thức truyền được sử dụng

Mạng Ethernet cơ sở được thực hiện với kiến trúc bus cáp đồng trục

Hình 2.2: Mô hình kết nối bus đồng trục

Chiều dài của Segment được giới hạn ở 500m và có thể kết nối 100 trạmvào một Segment Từng Segment có thể kết nối với các trạm lặp, miễn là nhiềuđường không tồn tại giữa hai trạm bất kỳ trên mạng và số lượng DTE khôngvượt quá giá trị qui định.

Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus nhưngmột vài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích

Từ đầu thập niên 90, cấu hình mạng được lựa chọn là mô hình kết nối sao

Hình 2.3: Mô hình kết nối sao

Đơn vị mạng trung tâm là bộ lặp đa cổng hay còn gọi là Hub hoặc là mộtchuyển mạch mạng Tất cả kết nối trong mạng sao là kết nối điểm điểm đượcthực hiện với cáp sợi quang

2.4 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI

Hình 2.4 mô tả các lớp vật lý của IEEE802.3 và quan hệ của nó với mô

hình tham chiếu OSI Với giao thức IEEE802, lớp liên kết dữ liệu trong OSIđược chia thành hai lớp con IEEE802: lớp con MAC-Media Access Control vàlớp con MAC-Client

Lớp vật lý IEEE802.3 tương đương với lớp vật lý OSI

Hình 2.4: Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI

Lớp con MAC-Client có thể là một trong các lớp con sau:

 Là lớp con LLC-Logical Link Control, nếu đầu cuối là một DTE Lớp connày cung cấp giao tiếp giữa Ethernet MAC và lớp trên trong ngăn giao thức củatrạm đầu cuối Lớp con LLC được định nghĩa trong chuẩn IEEE802.2

 Là thực thể cầu nối Bridge Entity, nếu đầu cuối là DCE Thực tế cầu nối cung cấp giao tiếp LAN to LAN giữa các mạng LAN sử dụng cùng giao thức, ví

dụ Ethernet to Ethernet và cũng cung cấp giữa các giao thức khác nhau, ví dụEthernet với Token Ring Thực thể cầu nối được định trong chuẩn IEEE802.1

Bởi vì đặc điểm kỹ thuật của LLC và thực thể cầu nối là chung cho tất cảcác giao thức LAN IEEE802, tính tương thích của mạng là cơ sở của các giao

thức mạng đặc biệt Hình 2.5 minh hoạ các yêu cầu tương thích khác nhau được

lợi dụng bởi lớp vật lý và lớp MAC trong truyền thông dữ liệu cơ sở trên kết nốiEthernet

Hình 2.5: Lớp vật lý và lớp MAC tương thích với các yêu cầu cho truyền

thông dữ liệu cơ sở

Lớp MAC điều khiển sự truy nhập của một node đến phương tiện truyềnthông của mạng và đặc biệt là đến các giao thức riêng biệt Tất cả lớp MAC phải

có thiết lập cơ bản về các yêu cầu vật lý, bất chấp liệu có phải chúng bao gồmmột hay nhiều giao thức mở rộng được lựa chọn định nghĩa Chỉ những nhu cầucho truyền thông cơ sở hay còn gọi là truyền thông không có nhu cầu lựa chọngiao thức mở rộng giữa hai node mạng thì cả hai lớp MAC phải hổ trợ cùng tốc

độ truyền

Lớp vật lý 802.3 qui định rõ tốc độ truyền dữ liệu, mã hoá tín hiệu, vàkiểu kết nối phương tiện giữa hai node Ví dụ, Gigabit Ethernet định nghĩa hoạtđộng trên cáp xoắn đôi hoặc cáp sợi quang, nhưng tuỳ theo mỗi thủ tục mã hoátín hiệu hoặc từng kiểu cáp riêng biệt mà yêu cầu một sợi thi hành lớp vật lýkhác nhau

2.5 Lớp con MAC Ethernet

Lớp con MAC có hai chức năng chính:

 Đóng gói dữ liệu kể cả đóng khung trước khi truyền, phân tích và dò lỗi trong suốt và sau khi nhận khung

 Điều khiển truy nhập phương tiện bao gồm khởi tạo một sự truyền khung

và phục hồi lại sự truyền bị hỏng

2.5.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet

Chuẩn 802.3 định nghĩa dạng khung dữ liệu cơ bản được yêu cầu cho tất

cả sự thi hành của MAC, cộng thêm một vài khuôn dạng để chọn bổ sung màđược sử dụng để mở rộng giao thức Dạng khung dữ liệu cơ sở gồm có 7 trường:

Hình 2.6: Dạng khung dữ liệu MAC Ethernet cơ bản

 PRE-Preamble: gồm có 7 byte PRE là các mức logic 0 và 1 xen kẻ nhau

để báo cho trạm nhận khung dữ liệu đang đến và cung cấp phương tiện để đồng

bộ mức thu nhận khung của lớp vật lý bên nhận với luồng bit đến

 DA-Destination Address: trường DA xác định trạm sẽ nhận khung Một bit ngoài cùng bên trái chỉ định có phải là địa chỉ của một địa chỉ cá nhân đượcchỉ định bởi 0 hoặc của một nhóm địa chỉ được chỉ định bởi 1 Bit thứ hai kể từbên trái chỉ định có phải DA là điều hành toàn bộ được chỉ định mức 0 hoặc điềuhành nội bộ được chỉ định mứt 1, 46 bit còn lại là một nhóm các trạm hoặc tất cảcác trạm trên mạng.

 SA-Source Address: 6 byte: trường SA xác định trạm nguồn

Trường SA luôn là địa chỉ duy nhất và bit đầu tiên bên trái luôn ở mức 0

 Length/Type -4byte: Trường này chỉ định số byte dữ liệu của lớp con MAC-Client mà được chứa trong trường dữ liệu của khung hoặc kiểu ID khungnếu khung được tập hợp sử dụng một dạng khung lựa chọn Nếu giá trị củatrường Length/Type ít hơn hoặc bằng 1500, số byte của LLC trong trường dữliệu bằng giá trị của trường Length/Type Nếu lớn hơn 1536, khung này là mộtkiểu khung lựa chọn và giá trị của trường Length/Type chỉ định kiểu của khung

sẽ được gởi và nhận

 Data: Là sự nối tiếp của n byte giá trị bất kỳ với n  1500 Nếu chiều dài của trường dữ liệu nhỏ hơn 46, trường dữ liệu phải được mở rộng bằng cáchthêm một filler thích hợp để mang trường dữ liệu dài 46 byte

 FCS-Frame Check Sequence: 4 byte: trường này chứa một giá trị 32 bit kiểm tra độ dư vòng được tạo bởi lớp MAC bên gởi và được tính toán lại ở lớpMAC bên thu để kiểm tra độ hư hại của khung FCS được phát trên các trườngDA,SA, Length/Type và Data

2.5.2 Sự truyền khung dữ liệu

Bất cứ lúc nào, một trạm MAC đầu cuối nhận một yêu cầu truyền khungkèm theo địa chỉ và thông tin dữ liệu từ lớp con LLC, lớp MAC bắt đầu truyềnmột cách tuần tự bằng cách truyền thông tin LLC vào bộ đệm khung lớp MAC

 Định ranh giới mào đầu khung được chèn vào trường PRE và SOF

 Địa chỉ nguồn và đích được chèn vào trường địa chỉ.

 Số byte dữ liệu LLC được tính và chèn vào trường Length/Type

 Số byte dữ liệu LLC được chèn vào trường dữ liệu Nếu lượng byte dữliệu

LLC nhỏ hơn 46 thì phải đệm thêm để trường dữ liệu dài 46byte

 Một giá trị FCS được phát trên trường DA, SA, Length/Type, data vàđược

gán vào phần sau của trường dữ liệu

Sau khi khung được tập hợp, quá trình phát khung phụ thuộc vào lớpMAC hoạt động ở chế độ đơn công hay song công

Chuẩn IEEE 802.3 hiện tại yêu cầu tất cả các lớp MAC Etherhet hỗ trợhoạt động ở chế độ đơn công, trong chế độ này lớp MAC có thể truyền và nhậnkhung nhưng không thể thực hiện cả hai Ở chế độ hoạt động song công chophép lớp MAC có thể đồng thời truyền và nhận khung

2.5.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập đa sóng mạng có phát hiện

xung đột

Giao thức truy nhập đa sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD đượcbắt đầu phát triển như là một phương thức để hai hoặc nhiều trạm có thể chia sẽchung một phương tiện trong một môi trường không chuyển mạch khi giao thứckhông yêu cầu xử lý tập trung, truy nhập Token hoặc ấn định khe thời gian đểcho biết khi nào một trạm sẽ được phép truyền Mỗi Ethernet MAC tự quyếtđịnh khi nó sẽ được phép gởi khung dữ liệu

 Carrier sense: mỗi trạm liên tục lắng nghe lưu lượng trên cáp để xác định khi nào khoảng trống giữa các khung truyền xãy ra

 Multiple Access: các trạm có thể bắt đầu truyền bất cứ lúc nào nó dò thấy mạng rỗi

 Collision detect: nếu hai hoặc nhiều trạm trong cùng mạng CSMA/CD bắtđầu truyền cùng một lúc, thì các luồng bit này sẽ bị xung đột xãy ra trước khi nó hoàn thành việc gởi dữ liệu Nó phải ngưng truyền ngay khi phát hiện xung đột và phải đợi đến một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi sẽ thử truyền lại

Số lượng tối đa những bộ chuyển

Bảng 2.1: Các giới hạn cho hoạt động truyền đơn công

*1 : 520 bytes áp dụng cho triển khai thực hiện 1000Base-T Kích thước khungtối thiểu với trường mở rộng cho 1000Base-X được nén lại 416 bytes bởi vì1000Base-X mã hóa và truyền 10 bits đối với từng byte

2.5.2.2 Truyền song công-một phương pháp bắt buộc để nâng cao hiệu quả mạng

Sự hoạt động song công là một khả năng lựa chọn MAC cho phép truyềnđồng thời theo hai hướng thông qua kết nối điểm điểm Truyền song công vềmặt chức năng thì đơn giản hơn truyền đơn công bởi vì nó không tranh chấpphương tiện truyền thông, không xung đột, không phải truyền lại và không cầnbit mở rộng trong các khung ngắn Kết quả là không những chỉ có nhiều thờigian cho việc truyền tải dữ liệu mà còn gấp đôi hiệu quả băng thông vì mỗiđường có thể hổ trợ tốc độ cao nhất và truyền đồng thời theo hai hướng

Quá trình truyền thường bắt đầu ngay khi khung sẵn sàng để gởi Chỉ cómột giới hạn là phải có một khoảng trống IFG-InterFrame Gap giữa các khungliên tiếp và mỗi khung phải phù hợp với dạng khung Ethernet chuẩn.

Hình 2.7 Mô hình dạng truyền dữ liệu song công 2.6 Lớp vật lý Ethernet

Các thiết bị Ethernet chỉ được sử dụng ở dưới của lớp 2 trong ngăn giaothức OSI, thiết bị điển hình được sử dụng như Card giao tiếp mạng gọi tắt làNIC Các NIC khác nhau được xác định dựa trên thuộc tính lớp vật lý

Việc đặt tên qui ước là một sự sâu chuỗi của ba thuật ngữ xác định tốc độtruyền, phương pháp truyền và phương tiện mã hoá tín hiệu Ví dụ:

 10 BaseT = 10 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

 100 BaseT2 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

 100 BaseT4 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 4 cáp xoắn đôi

 1000 BaseLX = 1000 Mbps, bước sóng dài trên cáp sợi quang

2.7 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu OSI

Cho dù mô hình vật lý cụ thể của lớp vật lý có thể thay đổi từ phiên bảnnày sang phiên bản khác nhưng tất cả Ethernet NIC nói chung đều tương thíchvới mô hình được minh hoạ trong hình 2.8

Lớp vật lý đối với từng tốc độ truyền được phân thành các lớp con độc lậpvới kiểu phương tiện truyền thông riêng biệt và lớp con theo kiểu phương tiệntruyền thông hay mã hoá tín hiệu.

 Lớp con Reconciliation còn gọi là lớp con hoà giải và MII-Media

Independent Interface cung cấp kết nối logic giữa lớp con MAC và tập hợp khácnhau của lớp phụ thuộc phương tiện MII và GMII được định nghĩa với cácđường dẫn dữ liệu thu và phát riêng biệt ở tốc độ dữ liệu là 10 Mbps thì độ rộng

là 1 bit, với tốc độ 100Mbps thì độ rộng là 4 bit, với tốc độ là 1000 Mbps thì độrộng là 8 bit Giao tiếp độc lập phương tiện MII và lớp con Reconciliation cóchung từng tốc độ truyền của nó và được cấu hình cho hoạt động song công

 Lớp con mã hoá vật lý phụ thuộc phương tiện PCS : cung cấp logic cho

mã hoá, ghép kênh và đồng bộ của luồng dữ liệu đi cũng như sự liên kết mã táchkênh và giải mã cho dữ liệu đến

 Lớp con PMA-Physical Medium Attachment : chứa tín hiệu thu và phátcũng

như phục hồi đồng hồ cho luồng dữ liệu thu

 MDI-Medium Dependent Interface : là bộ kết nối cáp giữa tín hiệu thunhận

và đường truyền

 Auto-negotiation Sublayer : cho phép các NIC ở mỗi đầu cuối đườngtruyền

trao đổi thông tin về khả năng riêng có của nó, sau đó thương lượng và chọn lựa

mô hình hoạt động thuận lợi nhất mà cả hai mô hình đều có thể hổ trợ negotiation là một tuỳ chọn trong Ethernet trước đây và được uỷ thác phiên bảnsau

Auto-Phụ thuộc vào kiểu mã hoá tín hiệu được sử dụng và cấu hình đường truyềnnhư thế nào mà PCS và PMA có thể hoặc không thể hổ trợ hoạt động song công

Hình 2.8 Mô hình tham chiếu lớp vậy lý Ethernet Kết luận chương

Với mô hình linh hoạt, kiến trúc đơn giản đặc biệt là chi phí thấp, Ethernet

đã vượt qua ATM và trở thành công nghệ phổ biến hiện nay Ethernet đượcchuẩn hoá theo chuẩn IEEE 802.3 với các tốc độ hoạt động đa dạng và tươngtích với mô hình 7 lớp OSI là điều kiện thuận lợi để ứng dụng vào mạng truynhập Ngoài ra, Ethernet còn tương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau nêntrở thành một sự lựa chọn lý tưởng cho mạng truy nhập để truyền tải lưu lượng

IP và hỗ trợ hiệu quả lưu lượng đa phương tiện Ethernet đã chứng tỏ là lựa chọnthích hợp nhất cho mạng quang thụ động để ứng dụng cho mạng truy nhập

CHƯƠNG 3 MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG-PON

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạngquang thụ động Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạngcông nghệ quang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhậpcủa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng Công nghệ PON được biết tới đầutiên đó là TPON-Telephony PON được triển khai vào những năm 90, tiếp đónăm 1998, mạng BPON-Broadband PON được chuẩn hóa dựa trên nền ATM.Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ EthernetPON-EPON và Gigabit PON-GPON, có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hộimới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băngthông rộng tới người sử dụng đầu cuối Thành viên mới nhất trong gia đình PON

đó là WDM PON Trong công nghệ PON, tất cả thành phần chủ động giữa tổngđài CO-Central Office và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó làcác thiết bị quang thụ động, để điều hướng các lưu lượng trên mạng dựa trênviệc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền Vì vậy màngười ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ độngPON là một dạng của mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nốiđến khách hàng Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượnglớn

Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau

và PON là một trong những dạng đó So với mạng truy nhập cáp đồng truyềnthống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông Việc triển khai sợi quangđến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai

Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON-Passive OpticalNetwork là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập

3.1 Tổng quan về công nghệ PON

Mạng quang thụ động PON được trình bày như Hình 3.1, sử dụng phần tử

chia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyềnquang OLT-Otical Line Terminal và thiết bị kết cuối mạng quang ONU-Opticalnetwork Unit

Hình 3.1 : Mô hình mạng quang thụ động

Trong đó các thuật ngữ trong hình được chú thích như sau:

o Passive slitter: Bộ chia thụ quang thụ động

o Feeder Fiber: Cáp Feeder

o Central office: Văn phòng trung tâm

o Distribution fiber: Phân phối quang

o Management system: Hệ thống quản lý

o Passive splitter: Bộ chia thụ động

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang haycòn gọi là mạng quang ngoại vi bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ

tách /ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tíchcực như OLT và các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON Tín hiệu trongPON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợplại và truyền đi trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu

đó đi theo hướng lên hay xuống của mạng quang thụ động PON

3.2 Đặc điểm của mạng PON

Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đếntừng nhà thuê bao sử dụng bộ chia có thể lên tới 1:128

PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữliệu và hình ảnh với tốc độ cao và khả năng cung cấp băng thông rộng

Trong hệ thống PON, băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điềunày sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng Cũng như khả năng tận dụngcông nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băngthông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và

bộ chia

PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng

1 sợi quang PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, sao, bus và ring

3.3 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

3.3.1 Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng, nó tạo sự kết nốigiữa các thiết bị Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc, tuynhiên sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy haokhông quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tánsắc thì ảnh hưởng không đáng kể Do đó, người ta sử dụng sợi quang có suy haonhỏ, chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652

Trên thực tế, để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cápđồng, đã từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu

việt hơn Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùngánh sáng để truyền tín hiệu đi Chính vì sự khác biệt đó, mà cáp quang ít bịnhiễu, tốc độ cao và có khả năng truyền xa hơn Tuy vậy, phải đến giai đoạnhiện nay thì cáp quang mới được phát triển bùng nổ, nhất là trong lĩnh vực kếtnối liên lục địa, kết nối xuyên quốc gia Và việc sử dụng công nghệ truyền dẫnhiện đại này cũng đang bắt đầu thay thế dần mạng cáp đồng ADSL phục vụ trựctiếp đến người sử dụng.

Cáp quang dài, mỏng với thành phần của thủy tinh trong suốt và bằngđường kính của một sợi tóc Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang

và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa Cáp quang có cấutạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằmcho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớp lótnhằm phản chiếu tốt các tín hiệu

Hình 3.2: Cấu trúc của cáp quang Cáp quang gồm các thành phần được thể hiện như Hình 3.2.

Lõi: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua

Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trởlại vào lõi

Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩmướt

Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là cápquang Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp đượcgọi là jacket

Độ suy hao của cáp quang thấp hơn các loại cáp đồng do tín hiệu bị mấttrong cáp quang ít hơn trong cáp đồng, nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàngngàn km Dung lượng tải của cáp quang cao hơn, vì sợi quang mỏng hơn cápđồng, nhiều sợi quang có thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng.Điều này cho phép nhiều kênh đi qua một sợi cáp

Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi vì tín hiệu trong cápquang giảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát vớiđiện thế cao được dùng trong cáp đồng

Cáp quang không cháy, vì không có điện xuyên qua cáp quang, do đókhông có nguy cơ hỏa hạn xảy ra Tuy vậy, cáp quang và các thiết bị đi kèm lạirất đắt tiền so với các loại cáp đồng

3.3.2 Bộ tách - ghép quang

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tínhiệu quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại Thiết bị này làCoupler quang Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau Tỷ

số tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì vậy

nó là hằng số

Hình 3.3 : Cấu hình cơ bản của các loại Coupler Hình 3.3a: có chức năng tách 1 tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y Hình 3.3b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra Hình 3.3c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X

hoặc Coupler phân hướng 2x2 Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơnhai cổng ra gọi là Coupler hình sao Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper2x2 Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:

 Tổn hao tách: Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng lượng

đầu vào Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình 3.4 minh

hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler Trong mô hình 4 ngăn

như Hình 3.4a, chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra Hình 3.4b đưa ra mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn.

Trong mô hình này, mỗi đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào

 Tổn hao chèn: Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình xử

lý Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB

 Định hướng: Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng đầu vào đếncác cổng đầu vào khác Coupler là thiết bị định hướng cao với thông sốđịnh hướng trong khoảng 40-50dB

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một

bộ kết hợp Các Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín

hiệu, ví dụ với mục đích định lượng Các thiết bị như thế này được gọi là “tapcoupler”.

a.Coupler 4 ngăn 8x8 b.Coupler 3 ngăn 8x8

Hình 3.4: Coupler 8x8 tạo ra từ nhiều coupler 3.3.3 Đầu cuối đường quang OLT-Optical Line Terminal

OLT cung cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy nhập quang thụ độngPON và mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu vàvideo OLT có thể được đặt bên trong tổng đài hoặc tại một trạm từ xa OLTcũng kết nối đến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý

EMS Sơ đồ khối chức năng OLT được mô tả như ở Hình 3.5

3.3.3.1 Phần lõi OLT

Phần lõi OLT bao gồm các chức năng sau đây:

Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạnglõi với phần mạng phối quang ODN

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp kết nối VP giữa chức năngcổng dịch vụ SPF và giao diện ODN Các VP khác nhau được gán vào các dịch

vụ khác nhau tại giao diện PON Các thông tin khác như báo hiệu, OAM đượctrao đổi nhờ các VC trong VP

Hình 3.5: Các khối chức năng trong OLT

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênhtrên mạng phối quang ODN Ví dụ như dữ liệu đi từ mạng lõi đến mạng phốiquang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền, còn dữ liệu đi từ mạng phối quangODN đến mạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền đến mạnglõi

Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nốiOLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động Nó điềukhiển quá trình chuyển đổi quang điện và điện quang Để có thể thực hiện cơ chếchuyển mạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động bộ chia thì ởOLT sẽ có các chức năng giao diện ODN giống như phần mạng phối quangODN

Giao diện ODN

Đầu cuối đường dây PON xử lý chuyển đổi quang điện Giao diện ODNchèn các tế bào ATM vào

3.3.3.2 Phần dịch vụ OLT

Phần dịch vụ OLT thì có chức năng cổng dịch vụ Các cổng dịch vụ sẽ truyền ítnhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồngthời hai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình độ phân giảicao HDTV, game online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU-Ttributary Unit cũng

đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc vào cách cấu hìnhtrên mỗi port Khối TU có nhiều port có thể cấu hình mỗi port một dịch vụ khácnhau

Chức năng cổng dịch vụ SPF đóng vai trò giao tiếp với node dịch vụ Chứcnăng cổng dịch vụ thực hiện chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH đường lên, vàtách tế bào ATM từ tải trọng SDH đường xuống Chức năng này phải được dựphòng, do đó chuyển mạch bảo vệ là cần thiết

3.3.3.3 Phần chung OLT

Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động,quản lí và bảo dưỡng OAM-Operation, Administration and Maintenance Chứcnăng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn Chức năngOAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dưỡngcho tất cả khối OLT Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cungcấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thốngđang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp

3.3.4 Đơn vị mạng quang ONU-Optical Network Unit

ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phương tiện cần thiết đểphân phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT

Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung

3.3.4.1 Phần lõi ONU

ONU gồm giao diện ODN, cổng người dùng, chức năng ghép kênh vàphân kênh truyền dẫn, dịch vụ và khách hàng, và cấp nguồn

a.Giao diện ODN

Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang điện Giao diệnODN trích các tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống và chèn các tế bàoATM vào tải trọng đường lên trên cơ sở đồng bộ từ sự định thời khung đườngxuống

Hình 3.6: Các khối chức năng trong ONU b.Ghép kênh

Chỉ các tế bào ATM có hiệu lực mới có thể đi qua bộ phận ghép kênh do

đó nhiều VP có thể chia sẻ băng thông đường lên một cách hiệu quả

Phần lõi ONU bao gồm:

Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía kháchhàng thì dữ liệu sẽ đựơc ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODNthì các dịch vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệugiữa ODN và khách hàng

Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang điệnhay điện quang

3.3.4.2 Phần dịch vụ ONU

Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng cổng của người dùng Chức năngcổng của người dùng cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộthích nghi của chúng là 64 kbps hay n×64 kbps Chức năng này có thể được cấpbởi một khách hàng hay một nhóm khách hàng Nó cũng cung cấp các chứcnăng chuyển đổi tín hiệu tùy thuộc giao diện vật lý Ví dụ như rung chuông, báohiệu…