phân tích và thiết kế mạng truy nhập gpon dựa trên phần mềm mô phỏng optisystem

THUẬT NGỮ VIẾT TẮTTừ viết ADSL Asymmetric Digital Subscriber APON ATM-Based Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồ

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU ii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP 2

1.1 Sự ra đời 2

1.2 Khái niệm 2

1.3 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập 4

1.4 Các công nghệ truy nhập 5

1.4.1 Phân loại 5

1.4.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập 6

1.4 Kết luận chương 9

CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON 10

2.1 Mạng thụ động PON 10

2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động 10

2.1.2 Đặc điểm chính của hệ thống 10

2.1.3 Kiến trúc mạng quang thụ động PON 11

2.1.5So sánh mạng PON và AON 14

2.1.6 Các chuẩn mạng PON 17

2.1.7 Ưu, nhược điểm mạng PON 23

2.2 Giới thiệu công nghệ GPON 23

2.3 Kiến trúc mạng GPON 24

2.3.1 Kết cuối đường quang OLT 24

2.3.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT 25

2.3.3 Mạng phân phối quang ODN 26

2.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật 27

2.4.1 Tốc độ bit 27

2.4.2 Khoảng cách 28

2.4.3 Tỉ lệ chia 28

2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON 28

2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 28

2.5.2 Phương thức ghép kênh 29

2.6 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON 30

2.6.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD 30

2.6.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC 31

2.7 Phương thức đóng gói dữ liệu 36

2.7.1 Cấu trúc tế bào ATM 36

2.7.2 Cấu trúc khung GEM 38

2.8 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động 39

2.8.1 Chuyển mạch bảo vệ 39

2.8.2 Bảo mật trong GPON 40

2.9 Kết luận chương 40

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM 41

3.1 Giới thiệu phần mềm OptiSystem 41

3.1.1 Giới thiệu chung 41

3.1.2 Các ứng dụng của phần mềm OptiSystem 41

3.1.3 Các đặc điểm chính của phần mềm OptiSystem 42

3.2 Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON 44

3.2.1 Các thông số thiết lập mạng GPON 44

3.2.2 Sơ đồ hệ thống mạng GPON 47

3.3 Phân tích mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem 48

3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 48

3.3.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang 52

3.4 Kết luận chương 62

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống 2

Hình 1.2: Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T 3

Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập 4

Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON 11

Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON 12

Hình 2.3: Bộ chia công suất quang 13

Hình 2.4: Cấu trúc của WDM-PON 22

Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT 24

Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU 25

Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 26

Hình 2.8: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây 28

Hình 2.9: Cấu trúc phân lớp mạng GPON 30

Hình 2.10: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC 32

Hình 2.11: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC 33

Hình 2.12: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC 35

Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên GTC 35

Hình 2.14: Cấu trúc tế bào ATM 36

Hình 2.15: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI (a) và NNI (b) 37

Hình 2.16: Cấu trúc khung và mào đầu GEM 38

Hình 3.1: Giao diện người sử dụng của OptiSystem 41

Hình 3.2: Thiết lập các thông số cho đường xuống 45

Hình 3.3: Thiết lập các thông số cho đường lên 46

Hình 3.4: Thiết lập các thông số toàn mạng 46

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON 47

Hình 3.6: Cấu trúc khối ONU 48

Hình 3.7: Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất 49

Hình 3.8: Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER 51

Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ 51

Hình 3.10: Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát = 1dBm 53

Hình 3.11: Công suất đo tại đầu vào của ONU 1 khi Pphát = 1dBm 53

Hình 3.13: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1 54

Hình 3.14: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1 54

Hình 3.15: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1 55

Hình 3.16: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2 với L = 10km 55

Hình 3.17: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2 56

Hình 3.18: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2 56

Hình 3.19: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2 57

Hình 3.20: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3 với bộ chia 1:16 57

Hình 3.21: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3 58

Hình 3.22: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3 58

Hình 3.23: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3 59

Hình 3.24: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 với bộ chia 1:16 59

Hình 3.25: Công suất đo được tại đầu ra của bộ OLT khi Pphát = 5dBm 60

Hình 3.26: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 khi Pphát = 5dBm 60

Hình 3.27: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4 với Pphát = 5dBm 60

Hình 3.28: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4 61

Hình 3.29: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4 61

Hình 3.30: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4 62

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến 6

Bảng 1.2: Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập 7

Bảng 1.3: So sánh về giá thành các công nghệ 8

Bảng 2.1: Bảng so sánh AON và PON về băng thông 15

Bảng 2.2: Bảng so sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng 16

Bảng 2.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON 19

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

APON ATM-Based Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM

ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộBER Bit Error Rate (The ITU-T uses Bit

BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

DTV Definition Television Truyền hình kỹ thuật số

DBA Dynamic Bandwidth Alocation Cấp phát băng thông động

EthernetFEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập dịch vụ đầy đủ

FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà

FTTC Fiber To The Curb Cáp quang đến cụm dân cư

FTTCab FibertotheCabinet Cáp quang kéo tới tủ

FTTN Fiber To The Node Cáp quang đến các node

FTTO Fiber To The Office Cáp quang đến văn phòng

FTTP FibertothePremises Cáp quang kéo tới khách hàng

FTTx Fibertothex, where x = (H)ome, (C)urb, (B)uilding, (P)remesis,

etc

Cáp quang kéo tới x, trong đó x có thể là Home, Curb, Building, Premises…

FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến tận nhà

GEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON

GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit

HDTV HighDefinition Television TV độ nét cao

HFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng lai giữa cáp đồng và cáp quang

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình Internet

ISDN Integrated Services DigitaNetwork Mạng dịch vụ số tích hợp

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế

LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ

MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị

OAM Operations Administration and Maintenance Khai thác quản lí và bảo dưỡng

ODF Optical Distribution Frame Hộp phân phối quang

ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang

OLT Optical Line Terminal/Termination Thiết bị đầu cuối đường dây quangOMCI ONT Management Control Interface Giao diện điều khiển quản lý thiết bịđầu cuối mạngONT Optical Network Terminal/Termination Thiết bị đầu cuối mạng

ONU Optical Network Unit Thiết bị mạng quang

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PLOAM Physical Layer Operations and

Maintenance

Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vậtlý

PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp đồng bộ số

SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TDM TimeDivision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gianTDMA Time Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo thời gianUNI User Network Interface Giao diện người sử dụng mạng

VDSL Very High Bit Rate Digital

Subscriber Line

Đường dây thuê bao số tốc độ rất cao

VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức Internet

WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

Những năm gần đây Việt Nam cũng đã triển khai mạng truy nhập quang thụđộng GPON đang có nhiều ưu thế Công nghệ GPON hiện nay là một trong nhữngcông nghệ được lựa chọn hàng đầu cho việc triển khai mạng truy nhập tại nhiều nướctrên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợpthoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng.

Xuất phát từ vị trí, vai trò của mạng truy nhập quang và các công nghệ truy nhậpquang trong sự phát triển chung của hệ thống mạng viễn thông và mong muốn tìm hiểu

mô hình hệ thống GPON nên em đã chọn đề tài “Phân tích và thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng OptiSystem.” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của

mình Ngoài phần lời mở đầu, nội dung luận văn được chia thành ba chương cụ thể nhưsau:

Chương 1: Tổng quang mạng truy nhập

Chương này trình bày khái niệm mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truynhập quang Những ưu điểm vượt trội của mạng truy nhập

Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON.

Chương này trình bày kiến trúc mạng quang thụ động PON Và tìm hiểu sâuhơn về công nghệ GPON như các tiêu chuẩn kỹ thuật, kỹ thuật truy nhập…

Chương 3: Phân tích và thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem.

Chương này trình bày các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang và phân tíchcác yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang thông qua phần mềm OptiSystem

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP

1.1 Sự ra đời

Mạng viễn thông hiện nay được phát triển theo hướng hoàn toàn đa phương tiện

và Internet Điều này làm cho việc tìm kiếm phương án giải quyết truy nhập băngthông có giá thành thấp, chất lượng cao đã trở nên rất cấp thiết

Cùng với sự phát triển của xã hội thông tin, nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thôngngày càng tăng, từ dịch vụ điện thoại đến dịch vụ số liệu, hình ảnh, đa phương tiện.Việc tích hợp các dịch vụ này vào cùng một mạng sao cho mạng viễn thông trởnên đơn giản hơn và đang trở thành vấn đề nóng bỏng của nghành viễn thông quốctế

1.2 Khái niệm

Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống.

Theo quan điểm truyền thống, mạng truy nhập hay công trình ngoại vi là toàn

bộ hệ thống thiết bị và đường truyền dẫn nằm giữa tổng đài và thiết bị đầu cuốicủa khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đếnthuê bao(hình 1.1) Như vậy, mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống là mộttrong các loại hình mạng phức tạp nhất trên thế giới, chứa đựng một khối lượngkhổng lồ các đôi dây cáp đồng để kết nối từ tổng đài nội hạt đến các thuê bao

Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống

Dịch vụ cơ bản do mạng truyền thống cung cấp là dịch vụ thoại truyền thốngPOST(plain old telephone services) Với sự phát triển không ngừng của côngnghệ, mạng cáp đồng nội hạt ngày nay còn có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụIPTV Tuy nhiên, mạng truy nhập truyền thống bộc lộ khá nhiều nhược điểm như:

• Hạn chế khả năng cung cấp các dịch vụ mới, đặc biệt là dịch vụ băng thông

• Chi phí đầu tư lớn, lãng phí thiết bị

• Bán kính phục vụ nhỏ

Để khắc phục được những nhược điểm trên của mạng truy nhập truyền thống,nhiều giải pháp ra đời Ngoài các giải pháp nâng cao năng lực của mạng truy nhập

truyền thống như dùng tổng đài phân tán RLC, dùng bộ cung cấp mạch vòng thuêbao số DLC, thay đổi đường kính cỡ cáp…còn xuất hiện các công nghệ truy nhậpkhác như truy nhập quang, truy nhập quang lai ghép đồng trục, truy nhập vô tuyến.Như vậy khái niệm mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống khôn còn đúngvới tất cả các mạng truy nhập hiện nay

Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU_T

Theo các khuyến nghị của ITU-T, mạng truy nhập hiện được định nghĩa nhưtrên hình 1.2.Theo đó mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữagiao diện nút dịch vụ(SNI) và giao diện người sử dụng- mạng (UNI).Mạng truynhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông Giao diện điều kiển vàquản lý mạng là Q3

Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI,còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN) thông quan SNI Về nguyên tắckhông có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI Mạng truy nhập vànút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống mạng quản trị viễn thông (TMN) quagiao diện Q3

Hình 1.2: Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T.

Giao diện nút dịch vụ

Là giao diện ở mặt cắt dịch vụ của mạng truy nhập Kết nối với tổng đài SNIcung cấp cho thuê bao các dịch vụ cụ thể VD: tổng đài có thể kết nối với mạngtruy nhập qua giao diện V5

Giao diện V5 cung cấp chuẩn chung kết nối thuê bao số tới tổng đài số nội hạt.Giải pháp này có thể mang lại hiệu quả cao do cho phép kết hợp hệ thống truyềndẫn thuê bao và tiết kiệm card thuê bao ở tổng đài Hơn nữa phương thức kết nối

này cũng thúc đẩy việc phát triển các dịch vụ băng rộng.

Giao diện người sử dụng- mạng

Đây là giao diện phía khách hàng của mạng truy nhập UNI phải hỗ trợ nhiềudịch vụ khác nhau, như thoại tương tự, ISDN băng hẹp và băng rộng và dịch vụleased số hay tương tự…

Giao diện quản lý

Thiết bị mạng truy nhập phải cung cấp giao diện quản lý để có thể điều kiểnmột cách hiệu quả toàn bộ mạng truy nhập Giao diện này cần phải phù hợp vớigiao thức Q3 để có thể truy nhập mạng TMN và hoàn toàn tương thích với các hệthống quản lý mạng mà thiết bị do nhiều nhà sản xuất cung cấp Hiện nay phầnnhiều các nhà cung cấp thiết bị sử dụng giao diện quản lý của riêng mình thay vìdùng chuẩn Q3

1.3 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập

Với định nghĩa mạng truy nhập như trên để đạt được cấu trúc như mong muốnthì mạng truy nhập nói riêng và mạng viễn thông nói chung phải trải qua nhữnggiai đoạn quá độ với nhiều trạng thái khác nhau tương tự với những xuất phátđiểm(mạng truyền số liệu, thoại truyền thống PSTN, mạng di động, mạng di độngnội hạt) và giải pháp sử dụng khác nhau Hình 1.3 cho chúng ta thấy mốc pháttriển của các dòng thiết bị truy nhập trong mạng viễn thông với xuất phát điểm làmạng PSTN

Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập.

số(dial-• Truy nhập băng rộng:

∙ Là truy nhập có tốc độ truy nhập >2Mbps Ví dụ: công nghệ xDSL, công nghệModerm cáp (MC), công nghệ truy nhập qua đường dây điện lực (PLC), côngnghệ truy nhập quang, LMDS, Wimax, truy nhập vệ tinh…

*Phân loại dựa trên môi trường truyền dẫn:

• Công nghệ truy nhập hữu tuyến:

∙ Công nghệ modem băng tần thoại, ISDN, xDSL, Ethernet dựa trên cáp đồngxoắn

∙ Công nghệ modem cáp CM trên mạng cáp truyền hình cáp CATV

∙ Công nghệ PLC trên mạng cáp điện

∙ Công nghệ truy nhập quang trên cáp CATV, PLC, PSTN

• Công nghệ truy nhập vô tuyến:

Chúng ta có thể nhìn thấy truy nhập vô tuyến theo quan điểm của IEE (bảng 1.1).Theo đó căn cứ vào vùng bao phủ hệ thống thiết bị chúng ta có các mạng diện hẹpPAN với những ví dụ công nghệ như Blutooth, Wireless USB Các mạng diện nội hạtvới điển hình là công nghệ WLAN với những chuẩn cho lớp vật lý 802.11a,802.11b,802.11g,802.11n Tiếp theo là các mạng diện rộng với những cải tiến củachuẩn 801.11, những mạng truy nhập vô tuyến đa kênh đa điểm, đa kênh đa điểm nội

Cuối cùng là mạng diện rộng với các thế hệ của điện thoại tế bào và cộng thêm vào đó

802.11802.16MMDSLMDS

2.5G/3GGSM/GPRSCDMA/1x/3x4GNotebook/PC đến

thiết bị / Máy in /

Bàn phím/ Điện

thoại

Máy tính - Máy tính và tới internet

Truy nhập đến km cuối cùng và cố định

Các máy cầm tay và thiết bị PDA đến Internet

< 1Mbps 2 đến 54 + Mpbs 22+ Mbps 10 đến 384 kbps

Bảng 1.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến.

1.4.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập

Chúng ta có thể thể so sánh các công nghệ truy nhập trên nhiều góc nhìn khácnhau:

Bảng 1.2: cho chúng ta so sánh chung nhất giữa những công nghệ

Bảng 1.3: đánh giá về các công nghệ truy nhập trên khía cạnh kinh tế khi triển khai

Công nghệ Băng thông Ưu điểm Nhược điểm

Tốc độ lên Tốc độ

xuốngDial – up

(V90) 33.6 Kb/s 56.6 Kb/s

Phạm vi cung cấprộng,

Modem cáp Tối đa 10

Mb/s

Tối đa 30Mb/s

Tốc độ caoGiá thành rẻChuẩn thông dụng

Cấu trúc và băng tầnphải chia sẻ

IDSN

128 Kb/s 128 Kb/s

Sử dụng rộng rãiTương thích vớiDSL

Tốc độ chậmChi phí rất caoKhó quản lý giám sát

Vệ tinh

33.6 Kb/s 400 Kb/s Khả năng ứng

dụng rộng rãi

Tốc độ luồng lên thấpChi phí thiết bị cao

Độ tin cậy chưa caoẢnh hưởng do các tácdụng của thời tiết

Vô tuyến di

động

Tùy thuộccông nghệ

Tùy thuộccông nghệ

Có khả năng diđộng triển khaidịch vụ nhanh

Nhiều chuẩn côngnghệ

Khó khăn khi triểnkhai trên diện rộng

Vô tuyến cố

định

Tùy thuộccông nghệ

Tùy thuộccông nghệ

Tốc độ caoNhiều cấp độ ứngdụng

Chi phí thiết bị cao.Phạm vi ứng dụnghạn chế

Tộc độ cao

Chất lượng kết nốicao

Giá thành đắt

Có mặt ở khắp nơitrên đường dâyđiện lực

Chưa có chuẩn chung

Bảng 1.2: Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập.

Tốc độ lên Tốc độ

xuốngDial – up

(V90) 33.6 Kb/s 56.6 Kb/s

Phạm vi cung cấprộng,

Modem cáp Tối đa 10

Mb/s

Tối đa 30Mb/s

Tốc độ caoGiá thành rẻChuẩn thông dụng

Cấu trúc và băng tầnphải chia sẻ

IDSN

128 Kb/s 128 Kb/s

Sử dụng rộng rãiTương thích vớiDSL

Tốc độ chậmChi phí rất caoKhó quản lý giám sát

Vệ tinh

33.6 Kb/s 400 Kb/s Khả năng ứng

dụng rộng rãi

Tốc độ luồng lên thấpChi phí thiết bị cao

Độ tin cậy chưa caoẢnh hưởng do các tácdụng của thời tiết

Vô tuyến di

động

Tùy thuộccông nghệ

Tùy thuộccông nghệ

Có khả năng diđộng triển khaidịch vụ nhanh

Nhiều chuẩn côngnghệ

Khó khăn khi triểnkhai trên diện rộng

Vô tuyến cố

định

Tùy thuộccông nghệ

Tùy thuộccông nghệ

Tốc độ caoNhiều cấp độ ứngdụng

Chi phí thiết bị cao.Phạm vi ứng dụnghạn chế

Tộc độ cao

Chất lượng kết nốicao

Giá thành đắt

Có mặt ở khắp nơitrên đường dâyđiện lực

Chưa có chuẩn chung

Bảng 1.3: So sánh về giá thành các công nghệ

Hiện trạng và hướng phát triển

Rất nhiều tài liệu công nhận rằng xu hướng phát triển của mạng truy nhập baogồm hai hướng cơ bản:

Thứ nhất là cung cấp cho khách hàng băng thông gần như không hạn chế đóchính là xu hướng phát triển các công nghệ quang thụ động

Thứ 2 là cung cấp cho người dùng kết nối mọi lúc mọi nơi với tốc độ có thểthỏa mãn những ứng dụng cơ bản đó chính là các truy nhập vô tuyến với các thế hệ từ

2 đến 4

Phát triển của truy nhập vô tuyến hội tụ đến 4G

Để tiến đến thế hệ thứ 4 mạng truy nhập vô tuyến sẽ hội tụ lại từ hai hướng:Hướng 1: Từ các hệ thống cá nhân, nội hạt, thành phố (với những đại diện điểnhình WLAN và Wimax)

Hướng 2: Từ phía các diện rộng ( với các đại diện là GSM, IMT2000,WCDMA)

1.4 Kết luận chương

Trong chương 1, em đã giới thiệu các quan điểm khác nhau về mạng truy nhập,những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truy nhậptheo băng thông và môi trường truyền dẫn

Xu hướng phát triển của mạng truy nhập trong tương lai tuy có nhiều quan điểm khácnhau nhưng đều thống nhất hướng tới công nghệ truy nhập theo mạng thế hệ sau NGNvới tiêu chí truy nhập mọi lúc, mọi nơi và không hạn chế tốc độ

CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON2.1 Mạng thụ động PON

2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động

Mạng quang thụ động PON là một mạng quang không có các phần tử điện phụhay thiết bị quang điện tử PON là công nghệ sử dụng các bộ chia quang (Splitter) đểnối tới rất nhiều thiết bị đầu cuối mạng quang Như vậy, trong PON sẽ bao gồm: Sợiquang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc, chính nhờ vàocấu trúc như thế mà PON có những ưu điểm đặc trưng như:

- Không yêu cầu cung cấp nguồn điện nên không ảnh hưởng của lỗi nguồn

- Tạo thành đường truyền thông suốt giữa tổng đài và thuê bao Làm cho cấu trúcmềm dẻo hơn vì nó chỉ phụ thuộc vào dạng tín hiệu Và việc sử dụng linh kiệnthụ động sẽ làm tăng độ tin cậy của hệ thống

- Chi phí cho khai thác vận hành và bảo dưỡng nhỏ

- Đối với cấu trúc mạng PON, công suất quang sẽ quyết định số bộ chia quang.Tín hiệu có băng tần càng lớn, công suất quang càng nhỏ thì mức thu giảm, vìvậy khả năng chia kênh sẽ bị giảm so với trường hợp tín hiệu băng hẹp Chonên để tăng băng tần hệ thống phải áp dụng các công nghệ truyền dẫn tiên tiếnnhư kĩ thuật thu kết hợp hay kĩ thuật ghép bước sóng

2.1.2 Đặc điểm chính của hệ thống

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

• PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet

• PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data và video tốc độ cao

• Khả năng cung cấp băng thông cao

• Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này

sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng

• Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần vàcung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữaOLT và splitter

• PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợiquang

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

2.1.3Kiến trúc mạng quang thụ động PON

Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang, ONU/ONT OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất cả cácloại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang Tín hiệu từ OLT sẽ đến cácsplitter quang Splitter quang được sử dụng để phân chia công suất từ một sợi duy nhấtđến x người sử dụng (x có thể là 32, 64 hoặc 128, điều đó phụ thuộc vào hệ số chia củasplitter) trên một khoảng cách tối đa là 20 km Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phíangười sử dụng cần có các bộ ONU/ONT

Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON

Từ mô hình chung ở trên, mạng PON còn được triển khai dưới các dạng kiếntrúc như sau:

Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON

Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:

 OLT: Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office Nó là thànhphần quan trọng nhất trong hệ thống GPON, cung cấp các giao diện truy nhậpPON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệuphía đường lên

 ONU: Đây là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng Nó là điểm cuối của mạngquang FTTH ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON thànhcác chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoạiđược sử dụng tại thuê bao

 ONT: Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là điểm cuối cùng của ODN

 ODN: Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT Cụ thể,

hệ thống phân phối quang ODN bao gồm các thành phần sau đây:

- Măng xông quang

- Dây nhảy quang

- Hộp phối quang ODF

- Splitter (bộ chia/ghép quang) Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia côngsuất quang Dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ởđầu ra Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức làkhông phải cấp nguồn Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia Hệ sốchia càng lớn thì suy hao càng lớn Với hệ số chia là 1:2 thì suy hao khoảng 3

dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB Suy hao này chính làsuy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý Hình 2.3 cho biếtnguyên lý chung của bộ chia công suất quang Giả sử tại đầu vào có 3 bướcsóng λ1 ở đường xuống, λ2, λ3 ở đường lên, với bộ chia công suất có hệ số chia

là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào là λ2và bước sóng ra làλ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước sóng ra là λ1

Hình 2.3: Bộ chia công suất quang 2.1.4 Các chuẩn PON

ITU-TG983

APON (ATM Pasive Optical Network) Mạng quang thụ động ATM Đây là chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên.Từng được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng thương mại trên nền ATM

BPON( Broadband PON) là chuẩn trên nền APON Được bổ xung để hỗ trợ choWDM ghép kênh phân chia theo bước sóng, cấp phát băng thông đường lên rộng và lớn hơn, tính chọn lọc cao Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn gọi là OMCI, giữa OLT và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp hỗn hợp, cụ thể :

• G983.1 : Năm 1998, trình bày về lớp vật lý cưa hệ thống APON/BPON

• G983.2 : Năm 1999, đặc tính của giao diện điều kiển và quản lý ONT

• G983.3 : Thông quan năm 2001, đặc tính mở rộng cung cấp những dịch vụ thông qua phân bổ bước sóng

• G983.4 : Thông qua năm 2001, mô tả những cơ chế cần thiết để hỗ trợ phan

bổ băng tần động trong các ONT của cùng một mạng PON

• G983.5 : Thông qua năm 2002, xác định những cơ chế chuyển mạch bảo vệ cho BPON

• G983.6 : Thông qua năm 2002, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều kiển cần thiết cho quản lý những chức năng chuyển mạch tại ONT

• G983.7 : Thông qua năm 2001, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều kiển cần thiết cho quản lý những chức năng DBA tại ONT

và truyền tải lưu lượng Metro (MEN) để cung cấp đa dịch vụ Tuy nhiên cơ chế duy trì

và phục hội mạng của giải pháp EPON còn chậm nên chỉ có thể áp dụng cho mạng có quy mô vừa và nhỏ

2.1.5So sánh mạng PON và AON

Mạng quang chủ động AON (Active Optical Network) là kiến trúc mạng điểm điểm Thông thường mỗi thuê bao có một đường cáp quang riêng chạy từ thiết bị trungtâm (Access Node) đến thuê bao

-Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật PON vàAON Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ xem xét một số thông số quan trọng như băngthông, khả năng điều khiển luồng, khoảng cách…

 Về băng thông

Ngày càng có nhiều dịch vụ viễn thông yêu cầu tốc độ cao như IPTV, VOD,Conference meeting… Do đó băng thông là một vấn đề vô cùng quan trọng Bảng 2.1dưới đây sẽ cho ta cái nhìn khái quát hơn về băng thông đáp ứng được giữa 2 côngnghệ này

Băng thông tối đa cho một thuê bao

(đối với hộ gia đình

hoặc một công ty)

Hợp lýCác chuẩn của mạng PONđược nghiên cứu rộng rãicho phép băng thông cấpphát đến các port tại OLT

là giống nhau

AON ưu thế hơnCông nghệ AON tốt hơn, băngthông tối đa của mỗi thuê bao làlớn hơn Bởi vì đối với cácdoanh nghiệp thì băng thôngthường lớn hơn các thuê baocủa hộ gia đình, nếu sử dụngPON thì không thể điều khiển

sự khác nhau này

Điều chỉnh băng thông

Đơn giản

Khi một node truy

nhập được cấu tạo từ

các module thì người

ta có thể nâng cấp

được băng thông cho

một thuê bao nào đó

Điều này có thể được cảitiến trong tương lai nếucấu trúc mạng PON cócấu hình dự phòng n +1

AON tốt hơnCông nghệ mạng AON tốt hơnbởi vì nó dễ dàng nâng cấp hơn

Bảng 2.1: Bảng so sánh AON và PON về băng thông

 Về lưu lượng

Sự phát triển băng thông hiện thời

Đơn giản

Có thể điều tiết lưu lượng

tại các node truy nhập

thông qua các switch dưới

AON chiếm ưu thế

Các hiện tượng trễ, jitter và các nhiễu khác trong quá trình truyền

Thấp

Đều sử dụng sợi quang

nên những hiện tượng này

diện quang và mật độ thuê

bao tại các card giao diện

tương đối thấp so với

OLT sử dụng trong mạng

PON nên khi có sự cố

xảy ra thì các thuê bao bị

ảnh hưởng ít hơn

CaoTại OLT, một splitterquang chia giao diệnngười dùng ra làm 32 hay

64 tín hiệu Một subrackthường cung cấp nhiềugiao diện thuê bao nên khixảy ra sự cố thì thường cónhiều thuê bao chịu ảnhhưởng

AON ít xung đột hơn

Số lượng thuê bao sửdụng mạng AON chịuảnh hưởng của sự cốđường truyền ít hơn sovới mạng PON

Bảng 2.2: Bảng so sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng

2.1.6Các chuẩn mạng PON

Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: Nhóm 1 bao gồm các chuẩntheo phương thức ghép kênh TDM PON như là APON, BPON, EPON, GPON; Nhóm

2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy nhập khác như: WDM-PON và PON

CDMA-2.1.6.1 BPON

Mạng quang thụ động băng rộng BPON được chuẩn hóa trong chuỗi cáckhuyến nghị G.938 của ITU-T Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các khốichức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu đường lên vàđường xuống, giao thức truy nhập đường lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếpquản lý và điều khiển ONT và DBA

Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bàoATM Một khung đường xuống có tốc độ 155Mbit/s hoặc 622 Mbit/s và một tế bàoquản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trongkênh PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bàoPLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thông đường lên vàcác bản tin OAM

Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo(VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống củamình Mỗi một kênh gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bit từ mào đầu Từ màođầu mang thông tin về thời gian bảo vệ, mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tínhiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu Chiều dài của từmào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT Các ONT thực hiệngửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT BPON sử dụng giaothức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT.OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa vào gửi các tế báo ATM rỗihoặc làm đầy tất cả đường lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng định kỳ việc truyềnđường lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động hệthống Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫunhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác địnhkhoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác địnhthời gian bao lâu để thu được bản tin phúc đáp Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trịtrễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT

2.1.6.2 EPON

EPON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3 Trong EPON dữ liệu đường xuốngđược đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung EPON có cấu trúc tương tựnhư các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xácđịnh điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận dạng kênh logicnhằm xác định duy nhất một ONU MAC Trong đường lên, các ONU phát các khungEthernet trong các khe thời gian đã được phân bổ ONU sử dụng giao thức điều khiển

đa điểm PDU để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửibản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thôngtin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU.OLT cũng định kỳ gửi các bản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băngthông hay không Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát trongđường lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON để thựchiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông Do không có cấu trúc khung thống nhấtđối với đường xuống và đường lên, do vậy trong cấu trúc của EPON, các khe thời gian

và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON OLT và các ONU duy trìcác bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Mỗi một MPCPDU mang theomột thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độtruyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s

2.1.6.3 GPON

GPON được xây dựng dựa trên BPON và EPON Mặc dù GPON hỗ trợ truyềntải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưuhóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đóng gói GPON GEM

là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701 ngoại trừviệc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếpcác dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM

GPON sử dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai đường xuống và đường lên.Khung đường xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tinGEM và/hoặc các tế bào ATM PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặtbăng thông cho ONT gửi dữ liệu trong khung đường lên tiếp theo Khung đường lênbao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ màođầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong BPON, nhưng cũng bao hàm tổng hợpcác yêu cầu băng thông của các ONT Ngoài ra, các PLOAM và các yêu cầu băngthông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm đường lên khi có yêu cầu từ OLT

Đặc tính B-PON G-PON E-PON

Tổ chức chuẩn hóa

FSAN và ITU-T

SG 15(G.983 series)

FSAN và ITU-T

SG 15(G.983 series)

IEEE 802.3 (802.3ah)Tốc đọ dữ liệu

155.52 Mbit/s hướng lên 155,52 hoặc 622,08Mbit/s hướng xuống

Lên tới 2,488 Gbit/

s cả 2 hướng 1 Gbit/s cả 2 hướng

Tỷ lệ

Mã đường truyền Scramble NRZ Scramble NRZ 8B/10B

Bước sóng

1310nm cả 2 hướnghoặc 1490nm xuống & 1310nm lên

1310nm cả 2 hướnghoặc 1490nm xuống & 1310nm lên

1490nm xuống & 1310nm lên

Trực tiếp( qua GEM hoặc ATM0

Sửa lỗi hướng tới

Mã hóa bảo mật AES-128 AES-128, 192, 256 Không

ATM/GEM OAM

802.3ah EthernetOAM

Bảng 2.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON 2.1.6.4 GEPON

Trong tháng 6 năm 2004, công nghệ Ethernet được khuyến nghị dùng cho mạngtruy nhập và có tên là IEEE 802.3ah Nó được coi là một hệ thống mạng truy nhậpquang tốc độ cao Do đây là hệ thống mạng PON được tối ưu cho công nghệ Ethernetnên có tên thường gọi là EPON Ngoài ra nó còn có thêm tiền tố G là viết tắt của

“Gigabit” nên còn gọi là GEPON

Một hệ thống GEPON với tỷ lệ chia là 32 có thể cung cấp một băng thông đốixứng là trên 30 Mbps cho mỗi khách hàng Băng thông này là đủ để cung cấp các dịch

vụ yêu cầu băng thông lớn như các ứng dụng video cũng như các ứng dụng thoại vàdata Thậm chí với đồng thời 3 luồng video nộ nét cao với dung lượng mỗi luồng là 6đến 7 Mbps (tổng cộng là 18 đến 21Mbps) thì vẫn còn đủ dung lượng cho VoIP vàtruy cập internet Dung lượng dành riêng cho VoIP thông thường chỉ khoảng 64k trênmột kênh thoại trong khi truy cập internet tốc độ cao thường giới hạn ở các mức512kbps, 1Mbps, 2Mbps, 4Mbps Băng thông tổng cộng cho cả 3 dịch vụ chỉ khoảng25Mbps, do đó GEPON là một công nghệ mạng truy nhập lý tưởng cho việc hỗ trợ đadịch vụ hiện có và trong tương lai

Hiện tại, chuẩn GEPON cũng đang được phát triển để có thể hỗ trợ băng thôngtối đa lên tới 10GB và tỉ lệ chia sẻ trên một sợi quang là 1:64

GEPON có các đặc điểm chính sau đây:

- PON topology

- Tốc độ truyền tối đa 1,25Gbps trên một đường quang và tốc độ tới từng user cóthể thay đổi tùy theo tỷ lệ chia (trên 30Mbps/1 user khi có tỷ lệ chia là 1:32)

- Tín hiệu được gửi và nhận bằng các khung Ethernet

Trong hệ thống PON, mục đích của việc chia sẻ đường quang cũng như thiết bịtại phòng máy trung tâm là vì lý do kinh tế Thêm vào đó, việc gửi và nhận các tín hiệubằng khung Ethernet, làm cho hệ thống mạng trở lên đơn giản và giá thành thấp

Công suất và dạng sóng của tín hiệu quang được điều chế ở lớp vật lý Có 2chuẩn cơ bản là 1000 BASE-PX10 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 10km và

1000 BASE-PX20 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 20km Bước sóng truyềntrên sợi quang được quy định dựa trên khuyến nghị ITU-T G.983.3 là 1490nm chođường xuống và 1310nm cho đường lên, và ta có thể cung cấp thêm dịch vụ truyềnhình quảng bá trên bước sóng 1550nm Số lượng đầu chia tối đa không được quy địnhtrong IEEE 802.3ah vì nó phụ thuộc vào suy hao của tín hiệu quang trên thực tế, vàthông thường số lượng đầu chia là 32 GEPON cung cấp 2 octet (16 bit) cho thànhphần định danh liên kết logic (LLID - Link logic ID) và 15 bit dành cho mỗi một địachỉ MAC Vì vậy có thể có hơn 30.000 bộ ONU được sử dụng trong một mạng PON.Đặc điểm chính của GEPON đó là dữ liệu được truyền nhận bằng các khung Ethernet

có kích thước thay đổi tới 1518 octets Với dữ liệu downstream, OLT sẽ broadcastkhung Ethernet đến tất cả các ONU trong một mạng PON

Tuy nhiên phần LLID bao gồm thông tin địa chỉ nhờ đó chỉ có ONU được đánhđịa chỉ mới tiếp nhận khung dữ liệu có địa chỉ MAC của nó, các ONU sẽ loại bỏnhững khung mà không đánh địa chỉ tương ứng với chúng Ngoài ra việc truyền dữliệu upstream dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đểtránh xung đột dữ liệu giữa các ONU OLT phân phối một cửa sổ truyền dẫn được gọi

là cổng ứng với một ONU Khi một ONU nhận được một khung cổng, nó sẽ truyền cáckhung dữ liệu với tốc độ 1 Gbit/s trong suốt khe thời gian được đăng ký bởi cổng.Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) quản lý các cổng được cấp cho mỗi ONU, cổngđược yêu cầu từ ONU và được dùng để phát hiện và đăng ký các ONU với mạng PON

Do đó mỗi ONU chỉ có thể nhận tín hiệu có địa chỉ ứng với địa chỉ duy nhất của nónên một thành phần định danh sẽ được gửi kèm ở đầu khung Ethernet

2.1.6.5 WDM-PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phânchia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDM OLT sử dụngmột bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng P2P Mỗi một ONU cómột bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng có một bộ lọccho mỗi ONU

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

Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước sóng ONU.Dùng các laser điều chính được

Hình 2.4: Cấu trúc của WDM-PON.

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

2.1.6.6 CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trongcác ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗi ONU sửdụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của kháchhàng CDMA PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông.CDMA PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trải trêncùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa và nhậndạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong giải mã Phần lớncông nghệ ứng dụng trong CDMA PON tuân theo phương thức trải phổ chuỗi trựctiếp Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0, 1 (tương ứng với mỗi tín hiệu) được mãhóa thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ cao hơn

Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho kí tự của nó Để khôi phục lại dữliệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ để táchlấy tín hiệu của mỗi ONU Ưu điểm chính của CDMA PON là cho phép truyền tải lưulượng cao và có tính năng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác Tuy nhiên, một trởngại lớn trong CDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế saocho đảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N) Với hệ thống CDMA-PONkhông có bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các bộ chia, bộxoay vòng, các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8 Trong khi đóvới bộ khuyếch đại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặc cao hơn Bên cạnh đó các bộ

thu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và giá thành tương đối cao Chính vìnhững nhược điểm này nên hiện tại CDMA-PON chưa được phát triển rộng rãi.

2.1.7Ưu, nhược điểm mạng PON

 Ưu điểm

- Sử dụng các thiết bị thụ động nên không cần cấp nguồn, giá thành rẻ

- Giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành

- Tốc độ download và upload cao

- Giảm chi phí sợi quang và giảm chi phí các thiết bị cho phép nhiều người dùngchia sẻ chung một sợi

 Nhược điểm

- Giới hạn băng thông cho các thuê bao vì splitter chia đều băng thông

- Giới hạn vùng phủ sóng: Tối đa là 20 km, phụ thuộc vào số lượng splitter (càngnhiều splitter thì khoảng cách truyền càng giảm)

- Khó dự đoán giá thành khi có thuê bao phát sinh

- Khi có OLT mới cần lắp đặt thì giá thành đối với mỗi thuê bao có kết nối đếnOLT đó sẽ tăng lên cho đến khi các port của OLT lấp đầy

2.2 Giới thiệu công nghệ GPON

GPON định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON được mở rộng từ chuẩnBPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng góilớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý Thêm nữa, chuẩn cho phép lựa chọntốc độ bit của đường lên và đường xuống Phương thức đóng gói GPON - GEM chophép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phépchất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại vàvideo GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn giao thức lớp 2(ATM, GEM, Ethernet) Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tớinhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khả năng tương thích lớnhơn giữa các nhà cung cấp thiết bị

Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT vàthiết bị kết cuối mạng ONU hay ONT được nối với nhau qua mạng phân phối quangODN Quan hệ giữa OLT và ONU là quan hệ một - nhiều, một OLT sẽ kết nối vớinhiều ONU

2.3 Kiến trúc mạng GPON.

Cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, bộ chia quang Splitter vàcác sợi quang Sợi quang được kết nối với các OLT đi tới bộ chia quang Splitter, tại bộchia quang chia ra các sợi khác và các sợi phân nhánh này được kết nối với ONU

Hệ thống GPON bao gồm các thành phần sau đây:

 OLT: Thiết bị kết nối cáp quang tích cực lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ,thường được đặt tại các trạm đài

 ONT: Thiết bị kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng chotrường hợp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH)

 ONU: Thiết bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng chotrường hợp kết nối quang tới các tòa nhà, tới các vỉa hè hoặc các node (FTTB,FTTC, FTTN)

 Bộ chia/ ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép tín hiệu quang từnhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợiquang vật lý Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) vàcác điểm truy nhập quang (AP) Bộ chia/ghép quang có hai loại, một đặt tại nhàtrạm viễn thông, sử dụng các tủ kiểu indoor, loại kia sẽ là loại thiết bị được bọckín có thể mở ra khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông

 FDC: Tủ phối quang

 FDB: Hộp phân phối quang loại nhỏ

2.3.1 Kết cuối đường quang OLT

Kết cuối đường quang OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua cácgiao diện được chuẩn hoá OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với cácchuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính:Chức năng giao diện cổng dịch vụ; chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tánquang Các khối OLT chính được mô tả trong hình 2.5

Chức năng kết nối chéo

Khối kết nối chéo Khối dịch vụ

Dịch vụ thích nghi

Dịch vụ thích nghi

Chức năng PON TC

Chức năng PON TC

Chức năng giao diện ODN

Chức năng giao diện ODN

Khối lõi PON

Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT

 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 tạo khung, điều khiểntruy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựachọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM và Dual

 Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông giữakhối lõi PON và phần dịch vụ Các công nghệ sử dụng cho đường này phụthuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác OLTcung cấp chức năng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn(ATM, GEM hoặc Dual)

 Khối dịch vụ (Service shell): Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diệndịch vụ và giao diện khung TC của phần PON

2.3.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT

Hầu hết các khối chức năng của ONU/ONT tương tự như các khối chức năngcủa OLT Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạtđộng ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo có thể được bỏ qua Thay vào đó làchức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng Cấu hìnhtiêu biểu của ONU được thể hiện trong hình 2.6 Sơ đồ các khối chức năng ONU MỗiPON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai

Khối dịch vụ

Dịch vụ thích nghi

Dịch vụ thích nghi

Chức năng PON TC

Chức năng PON TC

Chức năng giao diện ODN

Chức năng giao diện ODN

Khối lõi PON

Lựa chọn

Ghép và giải ghép dịch vụ

Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU

2.3.3 Mạng phân phối quang ODN

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

Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao

 Bộ tách/ghép quang: Mạng GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệuquang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại kết hợp các tín hiệuquang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang

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 ghéptính theo dB

- Suy hao xen: Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị nàythông thường khoảng 0.1dB đến 1dB

- Suyên âm: Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị rò từ một đầu vào khác.Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điềuhướng khoảng từ 40 đến 50 dB

 Mạng cáp quang thuê bao: Được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếpsợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT Mạng cáp quang thuê baođược cấu thành bởi các thành phần chính như sau:

- Cáp quang gốc (Feeder Cable): Xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (haycòn 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 tủcáp quang phối

- Cáp phối quang (Distribution Optical Cable): Xuất phát từ điểm phối quang(DP) tới các điểm truy nhập mạng AP (Access Point) hay từ các tủ phối quangtới các tập điểm quang

- Cáp quang thuê bao (Drop Cable): Xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP)hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao

- Điểm quản lý quang FMP (Fiber Management Point): Được sử dụng cho xử lý

sự cố và phát hiện đứt đường

2.4Các tiêu chuẩn kỹ thuật

2.4.1 Tốc độ bit

Tốc độ truyền dẫn:

- 1244,16 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên

- 1244,16 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên

- 1244,16 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên

- 2488,32 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên

- 2488,32 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên

- 2488,32 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên

- 2488,32 Mbps đường xuống / 2488,32 Mbps đường lên

Các thông số kỹ thuật khác:

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

- Đa truy nhập đường 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 +2đến +7dBm (20km ODN)

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

- Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-T Rec G.652

- Suy hao tối đa giữa các ONU:15dB

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

Hình 2.8: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây

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

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

thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian Số liệu đường xuống cũng được gửitrong những khe thời gian xác định.

Mạng GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thểhoạt động 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 việc triểnkhai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảodưỡng Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt dễdàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng

Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc vềđồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu Xung đột này sẽ xảy ranếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thờiđiểm Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép Phía đầu xa khôngthể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit và suygiảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng Tuy nhiên các vấn đềtrên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON

2.5.2 Phương thức ghép kênh

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

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

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