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

Luận văn tôt nghiệp – Nguyễn Quang Huy Mục lục MỤC LỤC Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Luận văn tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bất đối xứng APON ATM-Based Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ BER Bit Error Rate (The ITU-T uses Bit Error Ratio) Tỉ lệ lỗi bít BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng CATV Cable Television Truyền hình cáp CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CO Central Office Tổng đài trung tâm DTV Definition Television Truyền hình kỹ thuật số DBA Dynamic Bandwidth Alocation Cấp phát băng thông động EPON Ethernet PON Mạng quang thụ động chuẩn Ethernet FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FO FiberOptic Sợi quang 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 MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập Luận văn tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt 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 quang OMCI ONT Management Control Interface Giao diện điều khiển quản lý thiết bị đầu cuối mạng ONT Optical Network Terminal/Termination Thiết bị đầu cuối mạng ONU Optical Network Unit Thiết bị mạng quang P2P Point-to-Point Điểm tới điểm PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PLOAM Physical Layer Operations and Maintenance Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý 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 gian TDMA Time Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian UNI 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 VoD Video On Demand Video theo yêu cầu VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức Internet WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng Luận Văn tốt nghiệp Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu vực kinh tế, các tổ chức xã hội đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu.Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh chóng như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ gia tăng tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu đang ngày càng tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao. Vậy nên mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng để giải quyết các vấn đề trên. Trong đó, mạng truy nhập quang thụ động GPON (Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn mạng. Mạng GPON là mạng điểm đến đa điểm mà không cần có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bản thì nó bao gồm sợi quang, và các thiết bị thụ động. Điều này làm tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng quang. Những năm gần đây Việt Nam cũng đã triển khai mạng truy nhập quang thụ động GPON đang có nhiều ưu thế. Công nghệ GPON hiện nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho việc triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng. Xuất phát từ vị trí, vai trò của mạng truy nhập quang và các công nghệ truy nhập quang 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 như sau: Chương 1: Tổng quang mạng truy nhập . Chương này trình bày khái niệm mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truy nhập 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 sâu hơn 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 tích các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang thông qua phần mềm OptiSystem. Nguyễn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập 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 băng thông 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 thông ngày 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 trở nên đơn giản hơn và đang trở thành vấn đề nóng bỏng của nghành viễn thông quốc tế. 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 cuối của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đến thuê bao(hình 1.1). Như vậy, mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống là một trong các loại hình mạng phức tạp nhất trên thế giới, chứa đựng một khối lượng khổng 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 thống POST(plain old telephone services). Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, mạng cáp đồng nội hạt ngày nay còn có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ IPTV. 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 Nguyễn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập truyền thống như dùng tổng đài phân tán RLC, dùng bộ cung cấp mạch vòng thuê bao số DLC, thay đổi đường kính cỡ cáp…còn xuất hiện các công nghệ truy nhập khác 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 đúng với 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 như trên hình 1.2.Theo đó mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa giao diện nút dịch vụ(SNI) và giao diện người sử dụng- mạng (UNI).Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông. Giao diện điều kiển và quản 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 tắc không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI. Mạng truy nhập và nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống mạng quản trị viễn thông (TMN) qua giao 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 SNI cung cấp cho thuê bao các dịch vụ cụ thể. VD: tổng đài có thể kết nối với mạng truy 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 truyền dẫn thuê bao và tiết kiệm card thuê bao ở tổng đài. Hơn nữa phương thức kết nối Nguyễn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập 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 nhiều dịch vụ khác nhau, như thoại tương tự, ISDN băng hẹp và băng rộng và dịch vụ leased số hay tương tự…. Giao diện quản lý Thiết bị mạng truy nhập phải cung cấp giao diện quản lý để có thể điều kiển một cách hiệu quả toàn bộ mạng truy nhập. Giao diện này cần phải phù hợp với giao thức Q3 để có thể truy nhập mạng TMN và hoàn toàn tương thích với các hệ thống quản lý mạng mà thiết bị do nhiều nhà sản xuất cung cấp. Hiện nay phần nhiều các nhà cung cấp thiết bị sử dụng giao diện quản lý của riêng mình thay vì dùng 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 muốn thì mạng truy nhập nói riêng và mạng viễn thông nói chung phải trải qua những giai đoạn quá độ với nhiều trạng thái khác nhau tương tự với những xuất phát điểm(mạng truyền số liệu, thoại truyền thống PSTN, mạng di động, mạng di động nội hạt) và giải pháp sử dụng khác nhau. Hình 1.3 cho chúng ta thấy mốc phát triển của các dòng thiết bị truy nhập trong mạng viễn thông với xuất phát điểm là mạng PSTN. Nguyễn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập. 1.4 Các công nghệ truy nhập 1.4.1 Phân loại Có rất nhiều tiêu chí khác nhau để phân loại công nghệ truy nhập. Ở đây, chúng ta thực hiện phân loại theo hai tiêu chí: dựa trên băng thông và môi trường truyền dẫn. *Phân loại dựa trên băng thông: • Truy nhập băng hẹp: ∙ Là truy nhập có tốc độ truy nhập <2Mbps. Ví dụ: truy nhập bằng quay số(dial- up), công nghệ ISDN băng hẹp (N-ISDN), xDSL băng hẹp (ISDN, SDSL, ADSL lite)… • Truy nhập băng rộng: ∙ Là truy nhập có tốc độ truy nhập >2Mbps. Ví dụ: công nghệ xDSL, công nghệ Moderm cáp (MC), công nghệ truy nhập qua đường dây điện lực (PLC), công nghệ 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 đồng xoắn. ∙ 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 hẹp PAN với những ví dụ công nghệ như Blutooth, Wireless USB. Các mạng diện nội hạt với 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 của chuẩn 801.11, những mạng truy nhập vô tuyến đa kênh đa điểm, đa kênh đa điểm nội hạt (MMDS và LMDS) với xuất phát điểm là dùng để quảng bá tín hiệu truyền hình. Nguyễn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập Cuối cùng là mạng diện rộng với các thế hệ của điện thoại tế bào và cộng thêm vào đó hệ thống truy nhập sử dụng vệ tinh. PAN LAN MAN WAN Bluetooth 802.15 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n HiperLAN2 802.11 802.16 MMDS LMDS 2.5G/3G GSM/GPRS CDMA/1x/3x 4G Notebook/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 khác nhau: 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. Nguyễn Quang Huy CB110855 [...]... 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 nhập theo băng thông và môi trường truy n dẫn Xu hướng phát triển của mạng truy nhập trong tương lai tuy có nhiều quan điểm khác nhau nhưng đều thống nhất hướng tới công nghệ truy nhập theo mạng thế hệ sau NGN với tiêu chí truy nhập mọi lúc, mọi nơi và không hạn chế tốc độ Nguyễn... tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng 2.5Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON 2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 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 băng tần truy n dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau Những khe thời gian này có thể... 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 cho trường hợp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH)  ONU: Thiết bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang... những sợi riêng biệt cho truy n dẫn đường lên và xuống Sự phân cách vật lí của các hướng truy n dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏ vấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truy n dẫn Điều này cho phép tăng được quỹ công suất trong mạng Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tăng độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách sử dụng... Lớp hội tụ truy n dẫn GTC Lớp GTC bao gồm hai phân lớp: Phân lớp đóng khung GTC và phân lớp tương tích hội tụ truy n dẫn Trong Hình 2.10, phần ATM, GEM, OAM và PLOAM trong phân lớp đóng khung GTC được phân biệt theo vị trí trong một khung tín hiệu GTC Chỉ có phần OAM mang thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng được kết cuối tại phân lớp đóng khung GTC để lấy các thông tin điều khiển cho phân lớp này... liệu gói Trong các giải pháp mạng PON, giải pháp EPON được hỗ trợ và phát triển nhanh nhất Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chọn giải pháp này để làm mạng truy nhập và truy n 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... lượng nhạy cảm như truy n thoại và video 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 tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT và thiết bị kết cuối mạng ONU hay ONT... gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độ truy n 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 truy n tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một... chế độ truy n dẫn ATM, GEM hoặc cả hai Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU Nguyễn Quang Huy CB110855 Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON 2.3.3 Mạng phân phối quang ODN Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết 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. .. 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON 2.1 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 phụ hay thiết bị quang điện tử PON là công nghệ sử dụng các bộ chia quang (Splitter) để nối tới rất nhiều thiết bị đầu cuối mạng quang Như vậy, trong PON sẽ bao gồm: Sợi quang, các bộ chia, bộ kết . 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. 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 tích các yếu. quang, truy nhập quang lai ghép đồng trục, truy nhập vô tuyến. Như vậy khái niệm mạng truy nhập theo quan điểm truy n thống khôn còn đúng với tất cả các mạng truy nhập hiện nay Mạng truy nhập hiện