Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Khoá: Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: 1. Đầu đề đồ án: 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7. Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp: ngày tháng năm Cán bộ phản biện 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) 2 LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển thì những nhu cầu cuộc sống của con người ngày càng cao hơn. Những nhu cầu đó có thể là tìm kiếm, trao đổi thông tin, vui chơi, giải trí… Để đáp ứng những nhu cầu trao đổi thông tin đó, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không ngừng đổi mới công nghệ cũng như dịch vụ. Điều quan trọng là làm thế nào để có thể truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng, chính xác, an toàn và kinh tế. Có nhiều giải pháp được đưa ra, trong đó việc khai thác nguồn tài nguyên băng thông luôn được đặt lên hàng đầu. Băng thông là có hạn mà nhu cầu của con người lại gần như vô hạn. Chúng ta có thể hình dung một cách đơn giản, một con đường tại Việt Nam rộng khoảng 5m nhưng rất nhiều loại phương tiện chạy trên đó, từ xe ô tô cho đến xe máy, người đi bộ… Các loại dữ liệu cũng như phương tiện giao thông di chuyển trên môi trường truyền dẫn. Nhưng làm thế nào để truyền tải được nhiều loại dữ liệu như thế trong khi băng thông là có hạn. Sử dụng cáp quang là một giải pháp hữu hiệu. Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT, Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang (FTTx - Fiber To The X) Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx”” để tìm hiểu về mô hình này. Trong quá trình tìm hiểu, em được sự giúp đỡ nhiệt tình từ PGS.TS Phạm Minh Hà. Vì thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn nên hiểu biết của em về vấn đề này còn thiếu sót. Em rất mong sự quan tâm, chú ý của thầy cô và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực hiện Hoàng Thị Thanh Việt 3 MỤC LỤC BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 LỜI NÓI ĐẦU 3 MỤC LỤC 4 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7 ABSTRACT 8 DANH SÁCH HÌNH VẼ 9 DANH SÁCH BẢNG BIỂU 11 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 12 TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx 14 CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI MẠNG FTTx 33 47 TRIỂN KHAI MẠNG FTTX THEO CHUẨN GPON 47 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠNG FTTx 59 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 4 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 5 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án gồm 4 chương, nội dung cụ thể của các chương như sau: Chương 1: Tổng quan về mạng FTTx Chương này cho ta cái nhìn khái quát về nguồn sự ra đời, tình hình phát triển của mạng FTTx trên thế giới và tại Việt Nam cũng như những ứng dụng thực tiễn của mạng FTTx. Chương 2: Các giải pháp triển khai mạng FTTx Về mặt kỹ thuật, FTTx có thể sử dụng mạng quang chủ động Active Optical Network (AON) hoặc mạng quang bị động Passive Optical Network (PON). Hai mạng này được phân biệt với nhau bởi kiến trúc có hay không có sự tham gia của các thành phần tích cực trong tuyến truyền từ tổng đài nhà cung cấp tới người sử dụng. Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét qua về kiến trúc mạng chủ động AON và nghiên cứu chủ yếu mạng quang thụ động PON với chuẩn GPON. Chương 3 : Triển khai mạng FTTx theo chuẩn GPON Trong chương này chúng ta sẽ xem xét quy trình triển khai mạng tại công ty CMCTI. Chương 4 : Phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON Nội dung chương 4 là mô phỏng hệ thống mạng FTTx theo chuẩn GPON đã được nói ở chương 2. Đây là chuẩn hiện đại nhất được triển khai tại Việt Nam. Toàn bộ hệ thống được mô phỏng ở lớp vật lý. Một số kịch bản sẽ được đưa ra để đánh giá sự phụ thuộc của hệ thống mạng quang vào các yếu tố như khoảng cách truyền, tốc độ bit, hệ số chia của splitter (chính số user), công suất phát, suy hao, phương thức mã hóa… Ngoài ra, các thông số đầu ra để đánh giá hệ thống dựa trên tỉ lệ lỗi bit BER, đồ thị mắt, chỉ số Q … Để hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của cô PGS.TS Phạm Minh Hà, em xin chân thành cảm ơn cô. Đồng thời, em cũng rất cảm ơn các Thầy Cô thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình dạy dỗ em trong suốt 5 năm học tập tại trường. 7 ABSTRACT Fiber To The X is the delivery of a communications signal over optical fiber from the operator’s switching equipment all the way to a home or business, thereby replacing existing copper infrastructure such as telephone wires and coaxial cable. Fiber To The X is a relatively new and fast growing method of providing vastly higher bandwidth to consumers and businesses, and thereby enabling more robust video, internet and voice services. Connecting homes directly to fiber optic cable enables enormous improvements in the bandwidth that can be provided to consumers. Current fiber optic technology can provide two-way transmission speeds of up to 100 megabits per second. Further, as cable modem and DSL providers are struggling to squeeze increments of higher bandwidth out of their technologies, ongoing improvements in fiber optic equipment are constantly increasing available bandwidth without having to change the fiber. That’s why fiber networks are said to be “future proof.” A quiet revolution in broadband is underway. Across North America, a rapidly growing number of households are connecting directly into fiber optic networks, and thereby tapping into a new generation of high-bandwidth applications and services. FTTx networks now pass more than 16 percent of the homes on the continent, with more than five million households now receiving Internet, telephone and/or cable television services on direct fiber connections. So, my thesis have been named “Researching and Simulating FTTx network”. After finishing this thesis, not only do I understand the structure of telecom system, but also the parameter of FTTx. Since then, I can answer why we need FTTx. The thesis is devided into 4 chapters which are: Chapter 1: Overview of FTTx Chapter 2: Solutions for FTTx deployment Chapter 3: To deploy FTTx with GPON standard Chapter 4: Analysis and evaluation of factors affecting the quality of GPON network 8 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom) 15 Hình 1.2 Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang 20 Hình 1.3 Ví dụ về dịch vụ IPTV 25 Hình 1.4 Thị phần thuê bao băng rộng tại Trung Quốc 26 Hình 1.5 Dự báo nhu cầu băng thông rộng ở Trung Quốc 27 Hình 1.6 Tốc độ tăng trưởng CAGR tại Hàn Quốc 27 Hình 1.7 Định hướng phát triển FTTH tại Hàn Quốc 28 Hình 1.8 Phát triển thuê bao băng rộng ở Nhật Bản 28 Hình 1.9 Phát triển thuê bao FTTH tại Nhật Bản 29 Hình 2.10 Kiến trúc mạng quang chủ động 34 Hình 2.11 Kiến trúc mạng quang thụ động 35 Hình 2.12 Bộ chia công suất quang 36 Hình 3.13 Mô hình lai ghép giữa cáp quang và cáp đồng 48 Hình 3.14 So sánh tổng chi phí thiết bị mạng giữa EPON và GPON 49 Hình 3.15 So sánh chi phí tính trên một thuê bao EPON và GPON 50 Hình 3.16 So sánh chi phí trên một thuê bao tỷ lệ chia EPON = GPON 1:32 50 Hình 3.17 Cấu trúc mạng truy nhập băng rộng FTTx 51 Hình 3.18 Sơ đồ kết nối đến các Router 52 Hình 3.19 Cấu hình mạng VoIP 54 Hình 3.20 Sơ đồ tổ chức đấu nối mạng FTTx 57 Hình 3.21 Minh họa kết nối FTTB và FTTH 57 Hình 4.22 (a) Tín hiệu nhận được ở bộ thu. (b) Hàm phân bố xác suất bit “1” và bit “0” 60 Hình 4.23 Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER 63 Hình 4.24 Hệ số Q tính theo biên độ 63 Hình 4.25 Sự hình thành đồ thị mắt 65 Hình 4.26 Đồ thị mắt 65 Hình 4.27 Biểu diễn phổ tín hiệu tập trung ở bước sóng 1490 nm 66 Hình 4.28 Biểu diễn phổ tín hiệu tập trung ở bước sóng 1310nm) 67 Hình 4.29 Minh họa phương pháp ghép kênh TDM trong GPON 68 Hình 4.30 Phân loại mã đường dây 69 Hình 4.31 Sử dụng điều chế NRZ 70 Hình 4.32 Sử dụng điều chế RZ 71 Hình 4.33 Sơ đồ mạng GPON 77 Hình 4.34 Cấu trúc ONU 77 9 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Hình 4.35 Đồ thị mắt, BER, Q ở khoảng cách 20km 78 Hình 4.36 Đồ thị BER min ở khoảng cách 20 km 79 Hình 4.37 Đồ thị mức ngưỡng ở khoảng cách 20 km 79 Hình 4.38 Đồ thị mắt, BER, Q factor ở khoảng cách 10 km 80 Hình 4.39 Đồ thị mắt ở khoảng cách 20 km, hệ số chia của splitter là 1:4 81 Hình 4.40 Đồ thị mắt với hệ số chia là 1:64 82 Hình 4.41 Đồ thị mắt ở tốc độ 622.08 Mbps (down link) 83 Hình 4.42 Đồ thị mắt ở tốc độ 1224.16 Mbps (down link) 83 Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 5 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Yêu cầu băng thông đối với một số loại hình dịch vụ 14 Bảng 1.2 So sánh tính năng của các kỹ thuật xDSL 17 Bảng 1.3 So sánh giữa FTTx và ADSL 22 Bảng 2.4 So sánh AON và PON về băng thông 42 Bảng 2.5 So sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng 43 Bảng 2.6 So sánh AON và PON về chỉ số CAPEX 44 Bảng 2.7 So sánh AON và PON về chỉ số OPEX 45 Bảng 3.8 Băng thông khả dụng 49 Bảng 3.9 Số lượng OLT tại khu vực Hà nội và Hồ Chí Minh 53 Bảng 4.10 Các thông số cơ bản mạng GPON 59 Bảng 4.11 Các tốc độ download và upload có thể trong mạng GPON 82 11 [...]... tổng quan về mạng FTTx Đó là một trong những thị trường vô cùng tiềm năng Nó đem đến chất lượng tốt hơn đối với không chỉ loại hình dịch vụ truyền thông như thoại, data mà còn cả những dịch vụ mới như Triple-play Để tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc mạng này chúng ta sẽ nghiên cứu tiếp Chương 2 Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 CÁC GIẢI... vực châu Âu dự tính sẽ đạt được 25 triệu thiết bị đầu cuối vào năm 2010, với tốc độ tăng Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx trưởng hàng năm đạt 49% Những dự bào của các chuyên gia đối với thị trường mạng FTTx là khá khả quan Qua những số liệu phân tích ở trên, chúng ta có thể thấy rằng thị trường FTTx nói chung và FTTH nói riêng là đầy tiềm năng Không chỉ ở những nước... (Upload và download ) Download > Upload Upload = download Tốc độ tối đa là 20 Mbps Tốc độ tối đa là 10 Gbps Yếu tố so sánh ADSL Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Khả năng đáp ứng các Không phù hợp vì tốc độ Rất phù hợp vì tốc độ rất dịch vụ băng rộng : thấp cao và có thể tùy biến tốc Hosting server riêng, độ VPN, hội nghị truyền hình 1.5.2 Nhược điểm Mạng quang... chơi Trong các động lực nêu trên IPTV là yếu tố tác động quan trọng nhất để phát triển FTTx tại Trung Quốc Trung Quốc có xu hướng truy cập mạng tốc độ cao với chất lượng ổn định và truyền dẫn đối xứng Dự báo của China Telecom về nhu Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx cầu băng thông và số thuê bao Hình 1.5 Dự báo nhu cầu băng thông rộng ở Trung Quốc 1.7.1.2 Thông tin... các đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với các khách hàng khác Tuy nhiên cấu trúc này có một nhược điểm cơ bản mà khó có thể phát triển cho quy mô rộng đó là giá thành đầu tư cho một khách hàng rất cao, hệ thống sẽ trở lên rất cồng kềnh, khó khăn trong vận hành và bảo dưỡng khi số lượng khách hàng tăng lên Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Cầu hình Point... kinh tế Dự đoán trong các năm tới tốc độ tăng trưởng sẽ tương đương và thậm chí là nhanh hơn khi nền kinh tế ổn định và phát triển Mặc dù vậy, theo xu hướng chung của thế giới, tốc độ tăng trưởng thuê bao sẽ giảm dần và đạt khoảng 15% mỗi năm tính từ 2016, tương đương với tỷ Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx lệ thuê bao trên dân số khoảng 20 – 25% Biểu đồ Hình 1.1 dưới... tả một trong những ứng dụng được triển khai trên nền mạng FTTx Dịch vụ này cũng đã được FPT thử nghiệm thành công Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Hình 1.3 Ví dụ về dịch vụ IPTV 1.7 Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam 1.7.1 Tình hình FTTx trên thế giới 1.7.1.1 Thị trường Trung Quốc Trung Quốc là thị trường băng rộng lớn nhất Châu Á, hiện có khoảng... bảo liên lạc tốt Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy và có thể cạnh tranh với các Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx xDSL cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu băng thông cỡ Gigabit tới người dùng Việc triển khai công nghệ này cũng có những khó khăn nhất định Hiện WiMAX là công nghệ đang trong quá trình được xây dựng và hoàn thiện Mặt khác giá cả thiết bị đầu cuối hiện còn... China Telecom (CTC) và China Netcom (CNC) đã triển khai FTTH/B • Great Wall Broadband triển khai FTTH • FTTH + LAN được triển khai trong các tòa nhà mới, và ADSL 2 triển khai đến các khách hàng khác Xu hướng công nghệ: • Công nghệ PON trên nền FTTB • Nhà khai thác CTC đã chuẩn hóa EPON của riêng họ để có thể kết nối Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 10 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx • CTC đang triển... Television Integrated Services DigitaNetwork ISDN ISP Internet Service Provider Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx tốc độ cao Định dạng kỹ thuật phát truyền hình kỹ thuật số độ phân giải cao Mạng lai giữa cáp đồng và cáp quang Một nhóm gồm 2 giao thức băng thông di động Là công nghệ lai giữa ISDN và DSL Truyền hình Internet Mạng dịch vụ số tích hợp Nhà cung cấp dịch vụ Internet 10 TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH . Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang (FTTx - Fiber To The X) Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx ” để tìm hiểu về mô hình này. Trong. 85 4 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 5 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án gồm 4 chương, nội dung cụ thể của các chương như sau: Chương 1: Tổng quan về mạng FTTx Chương này cho ta. QUAN VỀ MẠNG FTTx 14 CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI MẠNG FTTx 33 47 TRIỂN KHAI MẠNG FTTX THEO CHUẨN GPON 47 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠNG FTTx 59 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG