đồ án kỹ thuật viễn thông KHẢO SÁT MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM

Đồ án tốt nghiệp Thu ật ngữ viết tắtTHUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bất đối xứngAPON ATM-Based Passive Optical Network Mạng quang t

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

- 

 -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Điểm Hà Nội, ngày …tháng …năm 2012 Bằng số Bằng chữ Giảng viên hướng dẫn ……… …

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm Hà Nội, ngày …tháng …năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Sau gần 2 tháng nỗ lực tìm hiểu và thực hiện đồ án“Khảo sát mạng truy nhập

GPON dựa trên phần mềm OptiSystem” đã được hoàn thành, ngoài sự cố gắng hết

mình của bản thân, em còn nhận được nhiều sự giúp đỡ, động viên từ phía thầy cô, giađình và bạn bè

Để hoàn thiện được đồ án này, em xin chân thành cảm ơn khoa Viễn Thông 1 –Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng emđược học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo NGUYỄN THỊ THU

NGAngười đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình

thực hiện đồ án

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo của Học Viện Công Nghệ BưuChính Viễn Thông nói chung và đặc biệt là các thầy cô của khoa Viễn Thông 1 nóiriêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý báu cho emtrong suốt những năm học vừa qua tại học viện

Lời cuối, em xin gửi lời cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và ủng hộ của gia đình,bạn bè đã giúp đỡ động viên em trong quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệpnày

Mặc dù em đã cố gắng hết mình để hoàn thành đồ án, nhưng chắc chắn sẽkhông tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự cảm thông đóng góp và chỉbảo tận tình của quý thầy cô và bạn bè

Hà Nội, tháng 12 năm 2012Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Cúc

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Đồ án tốt nghiệp Thu ật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Line Đường dây thuê bao bất đối xứngAPON 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

Error Ratio) Tỉ lệ lỗi bít

BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộngCATV 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

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

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 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

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

Đồ án 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 “Khảo sát mạng truy nhập

GPON dựa trên phần mềm mô phỏng OptiSystem.” làm đề tài đồ án tốt nghiệp của

mình Ngoài phần lời mở đầu, nội dung đồ án 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: Khảo sát mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem.

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

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP

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.

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

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 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

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập 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 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.

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.

Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị 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:

*Phân loại dựa trên môi trường truyền dẫn:

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập

• 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 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.

Bluetooth

802.15

802.11a802.11b802.11g802.11nHiperLAN2

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.

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.

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập

Tốc độ lên Tốc xuống độ Dial – up

(V90) 33.6 Kb/s 56.6 Kb/s

Phạm vi cung cấp rộng,

Giá thành rẻ Tốc độ rất chậm xDSL

(ADSL) 1.5 Mb/s 8 Mb/s Tốc độ cao Độ tin cậy cao Nhiều chuẩn khác nhau Modem cáp Tối đa 10

Mb/s Tối đa 30 Mb/s

Tốc độ cao Giá thành rẻ Chuẩn thông dụng

Cấu trúc và băng tần phải chia sẻ

IDSN

128 Kb/s 128 Kb/s Sử dụng rộng rãi Tương thích với

DSL

Tốc độ chậm Chi phí rất cao Khó quản lý giám sát

Vệ tinh 33.6 Kb/s 400 Kb/s Khả năng ứng

dụng rộng rãi

Tốc độ luồng lên thấp

Chi phí thiết bị cao

Độ tin cậy chưa cao Ảnh hưởng do các tác dụng của thời tiết

Vô tuyến di

động Tùy thuộc công nghệ Tùy thuộc công nghệ

Có khả năng di động triển khai dịch vụ nhanh

Nhiều chuẩn công nghệ

Khó khăn khi triển khai trên diện rộng

Vô tuyến cố

định Tùy thuộc công nghệ Tùy thuộc công nghệ

Tốc độ cao Nhiều cấp độ ứng dụng.

Chi phí thiết bị cao Phạm vi ứng dụng hạn chế.

Phụ thuộc vào cự ly

và anten Cáp quang Lớn ( cỡ Gbps) Lớn (cỡ Gbps) Tộc độ cao. Chất lượng kết nối

cao Giá thành đắt

PLC 18 Mb/s 45 Mb/s Có mặt ở khắp nơi trên đường dây

điện lực

Chưa có chuẩn chung

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

Tốc độ lên Tốc xuống độ Dial – up 33.6 Kb/s 56.6 Kb/s Phạm vi cung cấp Tốc độ rất chậm

Giá thành rẻ xDSL

(ADSL) 1.5 Mb/s 8 Mb/s Tốc độ cao Độ tin cậy cao Nhiều chuẩn khác nhau Modem cáp Tối đa 10

Mb/s Tối đa 30 Mb/s

Tốc độ cao Giá thành rẻ Chuẩn thông dụng

Cấu trúc và băng tần phải chia sẻ

IDSN

128 Kb/s 128 Kb/s Sử dụng rộng rãi Tương thích với

DSL

Tốc độ chậm Chi phí rất cao Khó quản lý giám sát

Vệ tinh 33.6 Kb/s 400 Kb/s Khả năng ứng

dụng rộng rãi

Tốc độ luồng lên thấp

Chi phí thiết bị cao

Độ tin cậy chưa cao Ảnh hưởng do các tác dụng của thời tiết

Vô tuyến di

động Tùy thuộc công nghệ Tùy thuộc công nghệ

Có khả năng di động triển khai dịch vụ nhanh

Nhiều chuẩn công nghệ

Khó khăn khi triển khai trên diện rộng

Vô tuyến cố

định Tùy thuộc công nghệ Tùy thuộc công nghệ

Tốc độ cao Nhiều cấp độ ứng dụng.

Chi phí thiết bị cao Phạm vi ứng dụng hạn chế.

Phụ thuộc vào cự ly

và anten Cáp quang Lớn ( cỡ Gbps) Lớn (cỡ Gbps) Tộc độ cao. Chất lượng kết nối

cao Giá thành đắt

PLC 18 Mb/s 45 Mb/s Có mặt ở khắp nơi trên đường dây

điện 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 bao gồm hai hướng cơ bản:

Thứ nhất là cung cấp cho khách hàng băng thông gần như không hạn chế đó chính 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 thể thỏa 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

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập

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 điển hình 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 nhập theo băng thông và môi trường truyền 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.

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 hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc, chính nhờ vào cấu 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 trúc mềm dẻo hơn vì nó chỉ phụ thuộc vào dạng tín hiệu Và việc sử dụng linh kiện thụ 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,

vì vậy khả năng chia kênh sẽ bị giảm so với trường hợp tín hiệu băng hẹp Cho nên để tăng băng tần hệ thống phải áp dụng các công nghệ truyền dẫn tiên tiến như 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 đến từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128.

• PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet.

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

• Khả năng cung cấp băng thông cao.

• Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách 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 và cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và splitter.

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

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

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

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 các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang Tín hiệu từ OLT sẽ đến các splitter quang Splitter quang được sử dụng để phân chia công suất từ một sợi duy nhất đến x người sử dụng (x có thể là 32, 64 hoặc 128, điều đó phụ thuộc vào hệ số chia của splitter) trên một khoảng cách tối đa là 20 km Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người 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 kiến trúc 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 thành phần quan trọng nhất trong hệ thống GPON, cung cấp các giao diện truy nhập PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu phía đường lên.

 ONU: Đây là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng Nó là điểm cuối của mạng quang FTTH ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại được 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

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

Hộp phối quang ODF

Splitter (bộ chia/ghép quang) Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia công suất quang Dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở đầu ra Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức là không phải cấp nguồn Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia Hệ số chia 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 là suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý Hình 2.3 cho biết nguyên lý chung của bộ chia công suất quang Giả sử tại đầu vào có 3 bước sóng 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 là λ1, 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 cho WDM 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.

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 trung tâm (Access Node) đến thuê bao.

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật PON

và AON Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ xem xét một số thông số quan trọng như băng thông, 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 2.1 dưới đây sẽ cho ta cái nhìn khái quát hơn về băng thông đáp ứng được giữa 2 công nghệ này.

Băng thông tối đa cho một thuê bao

(đối với hộ gia đình

hoặc một công ty).

Hợp lý Các chuẩn của mạng PON được nghiên cứu rộng rãi cho phép băng thông cấp phát đến các port tại OLT

là giống nhau.

AON ưu thế hơn Công nghệ AON tốt hơn, băng thông tối đa của mỗi thuê bao

là lớn hơn Bởi vì đối với các doanh nghiệp thì băng thông thường lớn hơn các thuê bao của hộ gia đình, nếu sử dụng PON 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 cải tiến trong tương lai nếu cấu trúc mạng PON có cấu hình dự phòng n +1.

AON tốt hơn Công nghệ mạng AON tốt hơn bởi 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 sự quản lý của hệ

thống điều khiển mạng.

Khó khăn

Vì mạng PON tại phía nhà cung cấp dịch vụ sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng và trong quá trình truyền nhận lại sử dụng các splitter cho nên việc điều khiển băng thông là khó khăn.

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 là không đáng kể.

Thấp Như nhau

Sự xung đột tại các node truy nhập

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

Thấp

Thuê bao tại một node

truy nhập, sử dụng giao

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.

Cao Tại OLT, một splitter quang chia giao diện người dùng ra làm 32 hay 64 tín hiệu Một subrack thường cung cấp nhiều giao diện thuê bao nên khi xảy ra sự cố thì thường có nhiều thuê bao chịu ảnh hưởng.

AON ít xung đột hơn

Số lượng thuê bao sử dụng mạng AON chịu ảnh hưởng của sự cố đường truyền ít hơn so với 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 chuẩn theo 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 CDMA- PON.

2.1.6.1 BPON

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

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

và các 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

mào đầu mang thông tin về thời gian bảo vệ, mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu Chiều dài của từ mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT BPON sử dụng giao thức 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 rỗi hoặc làm đầy tất cả đường lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng định kỳ việc truyền đường lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động hệ thống Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự

ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc đáp Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, 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 xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung EPON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận dạng kênh logic nhằm xác định duy nhất một ONU MAC Trong đường lên, các ONU phát các khung Ethernet 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 gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin 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 băng thông hay không Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát trong đường lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông Do không có cấu trúc khung thống nhất đối 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 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 truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s.

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

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 tin GEM và/hoặc các tế bào ATM PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONT gửi dữ liệu trong khung đường lên tiếp theo Khung đường lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong BPON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT Ngoài ra, các PLOAM và các yêu cầu băng thông 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

chia(ONUs/PON) 1:64 1:64 1:64**

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

Số lượng sợi quang 1 hoặc 2 1 hoặc 2 1

Bước sóng

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1490nm xuống & 1310nm lên

Cự ly tối

đaOLT-ONU 20km (10-20) km (10-20) km

Chuyển mạch bảo

vệ Có hỗ trợ Có hỗ trợ Không hỗ trợ Khuôn dạng dữ

liệu ATM GEM và ATM

Không( sử dụng trực tiếp các khung Ethernet)

Hỗ trợ TDM Quan ATM Trực tiếp( qua GEM hoặc ATM0

hoặc CES CES

Hỗ trợ thoại Qua ATM Qua TDM hoặc VoIP VoIP

QoS Có (DBA) Có (DBA) Có (ưu tiên 802.1Q)

Sửa lỗi hướng tới

trước FEC Không RS (255,239) RS (255,239)

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

OADM PLOAM và ATM GTC và ATM/GEM OAM 802.3ah Ethernet OAM

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 mạng truy nhập và có tên là IEEE 802.3ah Nó được coi là một hệ thống mạng truy nhập quang tốc độ cao Do đây là hệ thống mạng PON được tối ưu cho công nghệ Ethernet nên 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.

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

Một hệ thống GEPON với tỷ lệ chia là 32 có thể cung cấp một băng thông đối xứng 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 và data Thậm chí với đồng thời 3 luồng video nộ nét cao với dung lượng mỗi luồng là 6 đến 7 Mbps (tổng cộng là 18 đến 21Mbps) thì vẫn còn đủ dung lượng cho VoIP và truy cập internet Dung lượng dành riêng cho VoIP thông thường chỉ khoảng 64k trên một kênh thoại trong khi truy cập internet tốc độ cao thường giới hạn ở các mức 512kbps, 1Mbps, 2Mbps, 4Mbps Băng thông tổng cộng cho cả 3 dịch

vụ chỉ khoảng 25Mbps, do đó GEPON là một công nghệ mạng truy nhập lý tưởng cho việc hỗ trợ đa dịch vụ hiện có và trong tương lai.

Hiện tại, chuẩn GEPON cũng đang được phát triển để có thể hỗ trợ băng thông tối 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

có thể 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

bị tại phòng máy trung tâm là vì lý do kinh tế Thêm vào đó, việc gửi và nhận các tín hiệu bằng 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 2 chuẩn 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 truyền trên sợi quang được quy định dựa trên khuyến nghị ITU-T G.983.3 là 1490nm cho đường xuống và 1310nm cho đường lên, và ta có thể cung cấp thêm dịch vụ truyền hình quảng bá trên bước sóng 1550nm Số lượng đầu chia tối đa không được quy định trong IEEE 802.3ah vì nó phụ thuộc vào suy hao của tín hiệu quang trên thực

tế, và thông thường số lượng đầu chia là 32 GEPON cung cấp 2 octet (16 bit) cho thành phần định danh liên kết logic (LLID - Link logic ID) và 15 bit dành cho mỗi một địa chỉ MAC Vì vậy có thể có hơn 30.000 bộ ONU được sử dụng trong một mạng

Ethernet có kích thước thay đổi tới 1518 octets Với dữ liệu downstream, OLT sẽ broadcast khung 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 đánh địa chỉ mới tiếp nhận khung dữ liệu có địa chỉ MAC của nó, các ONU sẽ loại bỏ những khung mà không đánh địa chỉ tương ứng với chúng Ngoài ra việc truyền dữ liệu upstream dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) để tránh 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 các khung 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, cổng được 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 nó nên một thành phần định danh sẽ được gửi kèm ở đầu khung Ethernet.

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

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

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON màng ống dẫn sóng (AWG) Một AWG có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời.

Hình 2.4: Cấu trúc của WDM-PON.

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

là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau.

2.1.6.6 CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trong các ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗi ONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của khách hàng 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 trên cùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa và nhận dạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong giải

mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong CDMA PON tuân theo phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0, 1 (tương ứng với mỗi tín hiệu) được mã hóa 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 dữ liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ để tách lấy tín hiệu của mỗi ONU Ưu điểm chính của CDMA PON là cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tính năng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác Tuy nhiên, một trở ngại lớn trong CDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế

PON không có bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các bộ chia, bộ xoay vòng, các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8 Trong khi đó với 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 vì những 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 dùng chia 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 (càng nhiều 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 đến OLT 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 chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý Thêm nữa, chuẩn cho phép lựa chọn tốc độ bit của đường lên và đường xuống Phương thức đóng gói GPON - GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền 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.

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

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

2.3 Kiến trúc mạng GPON.

Cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, bộ chia quang Splitter và các sợi quang Sợi quang được kết nối với các OLT đi tới bộ chia quang Splitter, tại bộ chia 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 cho trường hợp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH).

 ONU: Thiết bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường 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

từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP)

và các điểm truy nhập quang (AP) Bộ chia/ghép quang có hai loại, một đặt tại nhà trạm viễn thông, sử dụng các tủ kiểu indoor, loại kia sẽ là loại thiết bị được bọc kín 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 các giao diện được chuẩn hoá OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn 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 tán quang Các khối OLT chính được mô tả trong hình 2.5.

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 khiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM và Dual.

 Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông giữa khối lõi PON và phần dịch vụ Các công nghệ sử dụng cho đường này phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác OLT cung 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 diện dịch 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 năng của OLT Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo có thể được bỏ qua Thay vào đó là chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng Cấu hình tiêu biểu của ONU được thể hiện trong hình 2.6 Sơ đồ các khối chức năng ONU Mỗi PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai.

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

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 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 sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại kết hợp các tín hiệu quang 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 ghép tính theo dB.

Suy hao xen: Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông 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 điều hướng khoảng từ 40 đến 50 dB.

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

Cáp quang gốc (Feeder Cable): Xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn gọi chung là CO) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

Điểm phân phối sợi quang (DP): Là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc Trên thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối.

Cáp 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 quang tới 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 +2 đến +7dBm (20km ODN).