Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx chuẩn GPON

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến, các dịch vụ đào tạo từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao. Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang (FTTx) là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới. Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITUT chuẩn hóa, hiện nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho 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. GPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tương lại. Hiện nay, ở nước ta đã có CMC TI và VNPT là hai công ty đang triển khai mạng FTTx theo công nghệ GPON. Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx” để tìm hiểu về công nghệ này. Nội dung nghiên cứu cụ thể như sau: − Giới thiệu tổng quan về mạng FTTx. − Giới thiệu và so sánh các phương pháp triển khai mạng FTTx. − Nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ quang thụ động chuẩn GPON, các dịch vụ có thể triển khai trên đó. − Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng. tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí DANH MỤC BẢNG BIỂU tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí DANH MỤC TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT A AES Advanced Encrytion Standard Alloc ID Allocation Identifier AON Acctive Optical Network AP Access Point APON ATM PON ATM Asynchronous Transfer Mode B BER Bit Error Ratio BIP Bit Interleved Pority BOH Burst over Head BPL Broadband over Power Line BPON Broadband PON C CAPEX Capital Expense CDMAPON Code Devision Multiplexing Access PON CO Central Office D DBA Dynamic Bandwith Assignment DEMUX Demultiplexer DP Distribution Point DSL Digital Subscriber Line E EPON Ethernet PON F FBA Fixed Bandwitch Allocation FEC Forward Error Correction FMD Fiber Management Point FTTH/B/N/E/C Fiber to the Home/Building/Business/Exchange/Curb/ G GEM GPON Encapsulation Method GEPON Gigabit Ethernet PON GPM GPON Physical Media Dependent GPON Gigabit PON tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí GTC GPON Transmission Conversion H HEC Header Error Control HFC Hybrid Fiber Coaxial I IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IP Internet Protocol IPTV Internet Protocol Television ISP Internet Service Provider ITUT International Telecommunication Union- Telecom L LLID Link Logic Identifier M MAC Media Access Control MDU Multi Dwelling Unit MPCPDU Multipoint Control Protocol Data Unit MPLS Multiprotocol Label Switching MUX Multiplexer N NRZ Non Return to Zero O OAM Operation Adminstration and Mainternance ODN Optical Distribution Network OLT Optical Line Termination OMCI ONU Management and Control Interface ONT Optical Network Termination ONU Optical Network Unit OPEX Operation Expense P PCPd Physical Control Block downsteam PDU Protocol Data Unit PLC Power Line Communication PLI Payload Length Indicator PLOAM Physical Layer OAM PON Passive Optical Network PTI Payload Type Indicator tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí Q QoS Quality of Service R RTD Round Trip Delay RZ Return to Zero S SDU Service Data Unit T TC Transmission Convergence T-CONT Transmission Containers TDM Time Devision Multilplexing TDMA Time Devision Multilplexing Access V VCI Vitural Channel Identifier VoD Video on Demand VoIP Voice over IP VPI Vitural Path Identifier W WDMPON Wavelength Devision Multiplexing PON tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ MẠNG FTTx 1.1. Nguồn gốc ra đời của mạng FTTx Trong cuộc sống hiện đại như hiện nay thì ngày càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời mà băng thông của các loại hinh dịch vụ đó là rất lớn. Service Bandwidth Broadcast TV (MP EG 2) 2 - 6 Mbps HDTV (MPEG 4) 6 - 12 Mbps High speed internet 3 - 10 Mbps Video Conferencing 300 - 570 Kbps Voice/Video Telephony 64 - 570 Kbps VoD 2 - 6 Mbps Bảng 1. 1 Yêu cầu băng thông đối với một số loại hình dịch vụ Tính đến thời điểm tháng 9/2008 số thuê bao băng rộng ở nước ta vượt 1,8 triệu thuê bao. So với năm 2007 số lượng thuê bao tăng khoảng 50%. Dự đoán trong các năm sau tốc dộ tăng trưởng sẽ nhanh hơn nữa bởi nền kinh tế đang phát triển. Biểu đồ dưới đây cho ta biết về tốc độ tăng trưởng thuê bao tại Việt Nam tính từ 2008 đến năm 2012. Hình 1. 1: Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom) tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí Qua biểu đồ trên ta có thể thấy thị phần của internet băng rộng sẽ tăng dần so với thị phần internet chung và sẽ đạt mức tối đa 10% thị phần vào năm 2012. Tốc độ tăng số lượng người dùng internet đang dần đi vào ổn định ở mức 10- 30%. Số lượng người gia tăng do tác động của hội nhập, phát triển và do tác động của công nghệ với mục tiêu ngày càng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho người sử dụng với tốc độ ngày một cao. Trong sự phát triển đó một phần là sự chuyển đổi của người sử dụng công nghệ dial up cũ sang công nghệ mới (đặc biệt là ADSL). Minh chứng là tốc độ tăng thuê bao quy đổi khá ổn định khoảng 30%/năm nhưng tốc độ tăng thuê bao băng rộng suốt mấy năm qua luôn ở mức trên 200%/năm. Năng lực kết nối của các ISP ra quốc tế có tốc độ tăng nhanh qua các năm, ở mức trên 90%/năm, điều đó chứng tỏ nhu cầu về tăng cả chất lượng lẫn số lượng người sử dụng Internet. Mạng Internet đường trục Việt Nam thường được thiết kế với 3 port Internet đặt tại 3 miền, có hệ thống cáp biển và hệ thống cáp ngầm, chạy ring nhằm backup lẫn nhau khi có sự cố và chủ yếu vẫn kết nối với 3 điểm chính là Nhật Bản, HongKong, Singapore thông qua chủ yếu hệ thống cáp quang biển. Đã có kết nói trung chuyển qua VNNIC và peering với nhau giữa các ISP nhằm tận dụng đường truyền và lưu lượng trong nước. Rõ rang với yêu cầu bức thiết của thị trường viễn thông Việt Nam các ISP đang ra sức tăng cường hạ tầng viễn thông mạng của mình để đáp ứng nhu cầu đó. Trên nền hạ tầng mạng thì có nhiều công nghệ truy cập. Các công nghệ trong mạng truy cập được chia thành hai nhóm chính là: Các công nghệ hữu tuyến: − xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL, qua đường cáp đồng. − FTTx: (FTTH FTTB FTTC FTTN, ) truy cập băng rộng qua đường cáp quang. − Truy nhập băng rộng qua đường điện (Broadband over Power Line- BPL hay Power Line Communications –PLC). Các công nghệ truy nhập vô tuyến: − Truy nhập qua vệ tinh. − Wifi, Wimax. − 2G, 3G, 4G,… Công nghệ xDSL: tận dụng hệ thống cáp điện thoại bằng đồng có sẵn để truyền dữ liệu ở tốc độ cao, xDSL tách băng thông trên đường điện thoại thành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền dữ liệu ở tốc độ tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí cao. xDSL có nhiều dạng như ADSL (Asymetric DSL), ADSL2, ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), HDSL… Cáp truyền hình: truy cập Internet tốc độ cao qua đường truyền hình cáp là mô hình lai ghép HFC (Hybrid Fiber Coaxial), tận dụng cơ sở hạ tầng cáp quang và cáp đồng trục của mạng truyền hình cáp, cho phép kết nối Internet với tốc độ download tối đa 10Mbps và tốc độ upload 2Mbps cao hơn nhiều so với tốc độ đường truyền ADSL (8Mbps- 600kbps). Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin một chiều từ nhà cung cấp nội dung chương trình (các kênh TV) tới cái thuê bao. Để sử dụng Internet loại hình thông tin hai chiều thì các nhà cung cấp phải đầu tư nâng cấp thiết bị để có khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngược lại từ hướng khách hàng. Đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba. Điều này là một nhược điểm của phương án này vì cần chi phí triển khai, duy tu và bảo dưỡng cao. WiFi: là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11. WiFi đã và đang sử dụng rộng rãi tại các nơi công cộng. Tuy nhiên WiFi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ vì khoảng cách bao phủ quá ngắn (dưới 100m). Với công nghệ WiFi các trạm đầu cuối truy nhập theo điểm truy cập (Access Point ) một cách ngẫu nhiên, vì thế trạm xa điểm truy cập hơn sẽ dễ đứt kết nối hơn so với trạm gần điều này dẫn đến hạn chế khi triển khai các dịch vụ cần chất lượng cao như IPTV, VoIP,… WiMAX: là công nghệ truy nhập không dây băng rộng do diễn đàn WiMAX xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định đến di động,nó cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp, đặc biệt hữu ích với những vùng không triển khai được DSL. WiMAX có thể cung cấp tốc độ hàng chục Mbps trong khoảng cách vài chục km theo tiêu chuẩn IEEE 802.16, tầm hoạt động của nó có thể lên đến 50km đối với trạm cố định và 5-15km cho di động. Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy nhưng vẫn chưa đủ đáp ứng băng thông cỡ Gigabit tới người dùng, việc triển khai công nghệ này còn nhiều khó khăn về giá cả thiết bị cuối, hay quỹ băng tần, ngoài ra WiMAX sử dụng sóng vô tuyến nên sẽ chịu ảnh hưởng của môi trường. Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết cho thị trường viễn thông về cả mặt tốc độ lẫn loại hình dịch vụ, người ta nghĩ đến một công nghệ truy nhập mới đó là FTTx. 1.2. Định nghĩa FTTX (Fiber to the x) là một kiến trúc mạng sử dụng sợi quang từ thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ kéo đến thuê bao. Trong đó sợi quang có hoặc không dùng trong tất cả kết nối từ nhà cung cấp đến khách hàng. “x” được tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Đức Chí hiểu như 1 ký tự đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như FTTH (Home), FTTB (Building/Business), FTTC (Curp/ Cabinet), FTTN (Node), Do đó có thể thay thế cơ sở hạ tầng mạng cáp đồng hiện nay như dây điện thoại, cáp đồng trục. Đây là một kiến trúc mạng tương đối mới và đang phát triển nhanh chóng bằng cách cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng. 1.3. Phân loại 1.3.1. Phân loại theo chiều dài cáp quang Hình 1. 2: Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTx thông qua Hình 1.2. Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTC, FTTN… Điểm khác nhau của các loại hình này là do chiều dài cáp quang từ thiết bị đầu cuối của ISP (OLT) đến các user. Nếu từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phía user) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB. − FTTH (Fiber To The Home): cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao. − FTTB (Fiber To The Building): giống như FTTH nhưng ở đây là kéo đến các tòa nhà cao tầng. − FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư. Lúc đó từ ONU đến thuê bao có thể sử dụng cáp đồng. Trong mô hình này, thiết bị đầu cuối phía người sử dụng được bố trí trong các cabin trên đường phố, dây nối tới các thuê bao vẫn là cáp đồng. FTTC cho phép san sẻ giá thành của một ONU cho một số thuê bao do đó nó có thể hạ thấp được giá thành lắp đặt ban đầu. tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Trang [...]... khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Đức Chí OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s 2.4.4 GPON Hình 2 11: Kiến trúc mạng GPON GPON (Gigabit PON) được xây dựng dựa trên BPON và EPON Mặc dù GPON hỗ trợ truyền... truyền thoại và video GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ với chi phí thấp cũng như cho phép khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị 3.2 Kiến trúc mạng GPON Hình 3 1:Kiến trúc mạng GPON Hình trên mô tả cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một bộ chia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối với các nhánh OLT tại bộ chia quang ra n sợi khác và các sợi... (ADSL và Leased Line) chưa đáp ứng được về tốc độ và chi phí sử dụng − Ngày 10/4/2010, CMCTI chính thức khai trương dịch vụ FTTH Đây là công ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai loại hình FTTH dựa trên chuẩn GPON là chuẩn tiên tiến nhất hiện nay Những thống kê trên cho thấy các nhà cung cấp dịch vụ Internet hàng đầu Việt Nam đã và đang ra sức xây dựng và triển khai hệ thống mạng cho công nghệ FTTx Mặc... thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và Hình 2 1: Kiến trúc mạng quang chủ động lớp 3 Với mô hình cáp quang chạy đến từng hộ gia đình, một thuê bao của mạng quang chủ động hình cây cách trung tâm điều khiển từ xa tới 20 km sẽ được cấp một đường dây quang riêng đủ để đáp ứng cho băng thông 2 chiều Cấu trúc mạng này tương tự như cấu trúc của mạng cáp đồng hiện nay và dễ dàng cho các nhà... thuê bao Bảng 2 4 So sánh AON và PON về chỉ số OPEX Tóm lại, mỗi cấu hình mạng đều có những ưu điểm riêng của nó Tùy vào khả năng tài chính của từng nhà cung cấp dịch vụ cũng như các điều kiện khác mà lựa chọn mạng PON hay là AON Tuy nhiên với những ưu điểm đặc biệt, mạng PON đang dần chiếm lĩnh thị trường băng rộng 2.4 Các chuẩn mạng PON 2.4.1 APON APON (ATM PON) là chuẩn PON đầu tiên trên thế giới... GVHD: ThS Nguyễn Đức Chí các khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên và hướng xuống, các giao tiếp vật lý, giao tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA Hình 2 9: Kiến trúc mạng BPON Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s hoặc 622 Mbit/s và một tế bào quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật... lý chung của bộ chia công suất quang Giả sử tại đầu vào có 3 bước sóng λ1 ở hướng lên, λ2, λ3 ở hướng xuống, với bộ chia Hình 2 4 :Mô hình mạng quang thụ động công suất có hệ số chia là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào là λ 2và bước sóng ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ 3và bước sóng ra là λ1 Hình 2.4 đưa ra những mô hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của... 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 tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Đức Chí CHƯƠNG 3: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG CHUẨN GPON 3.1 Giới thiệu GPON( Gigabit Passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách... sử dụng nên thiết bị đầu cuối tại phía người sử dụng tương đối rẻ AON ưu thế hơn Cấu trúc mạng không giống những mạng truyền thống nên phải xây dựng các chuẩn mới nên thiết bị đầu cuối cũng khó khăn hơn trong việc nghiên cứu và chế tạo Giá thành các thành phần cấu thành nên mạng( các thiết bị chủ động) Cao Thấp Môt thuê bao cần có một cổng laser tại node truy cập nên một đường quang được chia ra làm... FTTH/B chiếm đến 8,7% Các nhà cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở Trung Quốc tập trung vào triển khai FTTH/B là chính và theo xu hướng công nghệ PON, cụ thể là EPON và GPON IPTV là yếu tố tác động quan trọng nhất để phát triển FTTx tại Trung Quốc Trung Quốc có xu hướng truy cập mạng tốc độ cao với chất lượng ổn định và truyền dẫn đối xứng tranhoangtuanh@gmail.com 0909466614 Trang Khóa luận tốt nghiệp