TIỂU LUẬN MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

TIỂU LUẬN MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - TIỂU LUẬN MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON Giáo viên hướng dẫn: Th.S Chu Tiến Dũng Nhóm SV thực hiện: Phan Nguyễn Tấn Hậu Trương Châu Tuấn Lê Minh Diệu Nha Trang, 09/2015 Phần 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON Giới thiệu chung PON, viết tắt từ tên Passive Optical Network, nghĩa "mạng quang thụ động", hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nối Điểm - Đa điểm (P2M), sợi quang làm sở tạo kiến trúc mạng Mỗi khách hàng kết nối tới mạng quang thông qua chia quang thụ động khơng cần nguồn cấp, khơng có thiết bị điện chủ động mạng phân chia băng thông chia sẻ từ nhánh đến người dùng, cho phép sợi quang đơn phục vụ nhiều nhánh sở, thường từ 16-128 PON bao gồm thiết bị đầu cuối dây quang (OLT - Optical Line Terminal) văn phòng trung tâm nhà cung cấp dịch vụ thiết bị mạng quang học (ONUs - Optical Network Units) nơi gần người dùng cuối Công nghệ PON làm giảm yêu cầu số lượng dây dẫn thiết bị văn phòng trung tâm so với kiến trúc điểm - điểm Tín hiệu đường xuống truyền chia sẻ đến tất nhánh sợi sở Tín hiệu download tới hộ gia đình, tín hiệu mã hóa để ngăn ngừa bị "câu móc" trộm Tín hiệu upload kết hợp việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) OLT điều khiển ONU sử dụng khe thời gian cho việc truyền liệu đường xuống Tổng quang cơng nghệ PON Mạng quang thụ động PON (hình 2.1) sử dụng phần tử chia quang thụ động phần mạng phân bố nằm thiết bị đường truyền quang (OLT) thiết bị kết cuối mạng quang (ONU) Hoạt động mạng PON điều khiển giao thức truy nhập theo địa MAC (lớp 2) Hình 2.1: Mơ hình mạng quang thụ động Các phần tử thụ động PON nằm mạng phân bố quang (hay gọi mạng quang ngoại vi) bao gồm phần tử sợi quang, tách /ghép quang thụ động, đầu nối mối hàn quang Các phần tử tích cực OLT ONU nằm đầu cuối mạng PON Tín hiệu PON phân truyền theo nhiều sợi quang kết hợp lại truyền sợi quang thông qua ghép quang, phụ thuộc tín hiệu theo hướng lên hay xuống PON 2.1 Bộ tách / ghép quang Một mạng quang thụ động sử dụng thiết bị thụ động để tách tín hiệu quang từ sợi quang sang vài sợi quang ngược lại Thiết bị Coupler quang Để đơn giản, Coupler quang gồm hai sợi nối với Tỷ số tách tách điều khiển chiều dài tầng nối số I O2 a) O3 I O2 I I O2 O3 ` Hình 2.2: Cấu hình loại Coupler Hình 2.2a có chức tách tia cào thành tia đầu ra, Coupler Y.Hình 2.2b Coupler ghép tín hiệu quang hai đầu vào thành tín hiệu đầu Hình 2.2c vừa ghép vừa tách quang gọi Coupler X Coupler phân hướng 2x2 Coupler có nhiều hai cổng vào nhiều hai cổng gọi Coupler hình Coupler NxN tạo từ nhiều Couper 2x2 a) Coupler ngăn b) Coupler ngăn 8x8 Hình 2.3: Coupler 8x8 8x8 tạo từ nhiều CouplerCoupler đặc trưng thông số sau: Splitting loss (tổn hao tách): Mức lượng đầu Coupler so với lượng đầu vào (db) Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị 3dB Hình 2.3 minh hoạ hai mơ hình 8x8 Coupler dựa 2x2 Coupler Trong mơ hình ngăn (hình a), 1/6 lượng đầu vào chia đầu Hình (b) đưa mơ hình hiệu gọi mạng liên kết mạng đa ngăn Trong mơ hình đầu nhận 1/8 lượng đầu vào Insertion loss(tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao chưa hoàn hảo trình xử lý Giá trị nằm khoảng 0,1dB đến 1dB Directivity (định hướng): Lượng lượng đầu vào bị rò rỉ từ cổng đầu vào đến cổng đầu vào khác Coupler thiết bị định hướng cao với thông số định hướng khoảng 40-50dB Thơng thường, Coupler chế tạo có cổng vào Combiner (bộ kết hợp) Đôi Coupler 2x2 chế tạo có tính khơng đối xứng cao ( với tỷ số tách 5/95 10/90) Các Coupler loại sử dụng để tách phần lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng Các thiết bị gọi “tap coupler” 2.2 Các đầu cuối mạng PON Optical Line Terminal (OLT thiết bị đường truyền quang ): OLT cung cấp giao tiếp hệ thống mạng truy cập quang thụ động EPON mạng quang đường trục nhà cung cấp dịch vụ thoại, liệu video OLT kết nối đến mạng lõi nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS(Element Management System) Optical Network Unit (ONU: thiết bị kết cuối mạng quang): ONU cung cấp giao tiếp mạng thoại, video liệu người dùng với mạng PON Chức ONU nhận liệu dạng quang chuyển sang dạng phù hợp với người dùng Ethernet, POST,T1 Element Management System (EMS :hệ thống quản lý ): EMS quản lý phần tử khác mạng PON cung cấp giao diện đến mạng lõi nhà cung cấp dịch vụ EMS có chức quản lý cấu hình, đặc tính bảo mật 2.3 Mơ hình PON Có vài mơ hình thích hợp cho mạng truy cập mơ hình cây, vịng bus Mạng quang thụ động PON triển khai linh động mơ hình nhờ sử dụng tapcoupler quang 1:2 tách quang 1:N Mô hình ( sử dụng splitter 1:N)(a) Mơ hình vịng (c) Mơ hình bus sử dụng tapcoupler(b) Mơ hình với ređunant trunk (d) Hình 2.4: Các mơ hình mạng PON Ngồi mơ hình trên, PON triển khai cấu hình Redundant vịng đơi đơi phần mạng PON gọi trung kế Tất truyền dẫn mạng PON thực OLT ONU PLT tổng đài (Central Office), kết nối truy nhập quang đến mạng đường trục (có thể mạng IP, ATM hay SONET) ONU đầu cuối người sử dụng (trong giải pháp FTTH_Fiber To The Home, FTTB_Fiber To The Building) Curb giải pháp FTTC_Fiber To The Cur có khả cung cấp dịch vụ thoại, liệu video băng rộng Tuỳ theo điểm cuối tuyến cáp quang xuất phát từ tổng đài mà mạng truy nhập thuê bao quang có tên gọi khác sợi quang đến tận nhà FTTH, sợi quang đến khu dân cư FTTC WDM TDM PON Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mạng PON mạng điểm-đa điểm OLT chiếm toàn băng thông hướng xuống Trong hướng lên, mạng PON mạng đa điểm-điểm: nhiều ONU truyền tất liệu đến OLT Đặc tính hướng tách ghép thụ động việc truyền thông ONU không nhận biết ONU khác Tuy nhiên luồng liệu từ ONU khác truyền lúc bị xung đột Vì hướng lên, PON sử dụng vài chế riêng biệt kênh để tránh xung đột liệu chia công tài nguyên dung lượng trung kế Một phương pháp chia kênh hướng lên ONU sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp ONU hoạt động bước sóng khác Giải pháp WDM yêu cầu thu điều khiển mảng thu OLT để nhận kênh khác Thậm chí nhiều vấn đề khó khăn cho nhà khai thác mạng kiểm kê bước sóng ONU: thay có loại ONU, có nhiều loại ONU dựa bước sóng Laser Mỗi ONU sử dụng laser hẹp độ rộng phổ điều khiển đắt tiền Mặc khác, bước sóng bị sai lệch gây nhiễu cho ONU khác mạng PON Việc sử dụng Laser điều khiển khắc phục vấn đề đắt cho cơng nghệ Với khó khăn WDM khơng phải giải pháp tốt cho mơi trường Một số giải pháp khác dựa WDM đề xuất giá cao Do vậy, TDM PON đời Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU gây xung đột đến kết hợp Để ngăn chặn xung đột liệu, ONU phải truyền cửa sổ (khe thời gian) truyền Một thuận lợi lớn TDM PON tất ONU hoạt động bước sóng, OLT cần thu đơn Bộ thu phát ONU hoạt động tốc độ đường truyền, chí băng thơng dùng ONU thấp Tuy nhiên, đặc tính cho phép TDM PON đạt hiệu thay đổi băng thông dùng cho ONU cách thay đổi kích cở khe thời gian ấn định chí sử dụng ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng thông dùng mạng PON Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết luồng lưu lượng lên xuống Peer to Peer (user to user) Vì điều dường hợp lý để tách kênh lên xuống Một phương pháp tách kênh đơn giản dựa ghép kênh phân chia khơng gian(SDM) mà tách PON cung cấp theo hướng truyền lên xuống Để tiết kiệm cho sợi quang giảm chi phí sửa chữa bảo quảng, sợi quang sử dụng cho truyền theo hai hướng Trong trường hợp này, hai bước sóng dùng là: hướng lên 1=1310nm, hướng xuống 2=1550nm Dung lượng kênh bước sóng phân phối linh động ONU Hình 2.5: Mạng PON sử dụng sợi Ghép kênh phân chia theo thời gian phương pháp ưu tiên cho việc chia kênh quang mạng truy cập mà cho phép bước sóng đơn hướng lên thu pháp đơn OLT làm cho giải pháp có ưu chi phí đầu tư Phần 2:PHÂN LOẠI MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT GPON 1.1 Tổng quan cơng nghệ G-PON Hình 1: Mạng truy nhập quang thụ động GPON • Tốc độ liệu: 1,244/2,488 Gbit/s hướng xuống 0,155/0,622/1,244/ 2,488 Gbit/s hướng lên • Bước sóng: 1260 - 1360nm đường lên; 1480 - 1500nm đường xuống • Đa truy nhập hướng lên: TDMA • Cấp phát băng thơng động DBA (Dynamic Bandwith Allocation) • Loại lưu lượng: liệu số • Khung truyền dẫn: GEM • Dịch vụ: hỗ trợ đầy đủ dịch vụ có (Ethernet, TDM, POTS, …) • Tỷ lệ chia chia thụ động: tối đa 1:128 • Giá trị tỷ lệ bit lỗi (BER) lớn nhất: 10 - 12 • Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10 Km ODN) +2 đến +7 dBm (20 Km ODN) • Phạm vi cơng suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10 Km 20 Km ODN) • Loại cáp: Tiêu chuẩn ITU-T Rec G.652 • Suy hao tối đa ONU:15 dB • Cự ly cáp tối đa: 20 Km với lade DFB luồng lên, 10 Km với Fabry-Perot a Khả cung cấp băng thông  Hướng xuống Tốc độ hướng xuống GPON = 2,488 Mbit/s × hiệu suất 92% = 2289 Mbit/s Trong ứng dụng nhiều nhóm người sử dụng (MDU: multiple-dwelling-unit), với tỷ lệ chia 1:32, GPON cung cấp dịch vụ bao gồm truy cập Internet tốc độ cao (100 Mbit/s thuê bao với tỷ lệ dùng chung 20:1) Voice (tốc độ 100 Kbit/giây) đến 32 ONU, ONU cung cấp cho thuê bao  Hướng lên Tiêu chuẩn việc đưa yêu cầu hệ thống mạng đưa yêu cầu QoS riêng cho lớp PON vượt phương thức Ethernet lớp phân loại dịch vụ (CoS) IP lớp để đảm bảo việc phân phát dịch vụ thoại, video TDM chất lượng cao qua môi trường chia sẻ TDMA Tuy nhiên, chế CoS lớp lớp đạt mức tối đa QoS lớp truyền tải Nếu lớp truyền tải có độ trễ dung sai lớn việc phân chia mức ưu tiên dịch vụ khơng cịn ý nghĩa Đối với TDMA PON, việc dung lượng cung cấp QoS hướng lên bị hạn chế tất ONT PON sử dụng hết băng thơng hướng lên ưu tiên TDMA Hướng lên GPON có thơng lượng đến 1,25 Gbit/s cao 20% so với GEPON khác biệt đáng kể giúp cho chế QoS hoạt động tốt GPON sử dụng băng thông băng để cấp phát đồ với khái niệm khối lưu lượng (T-CONT) cho hướng lên Khung thời gian hướng lên hướng xuống sử dụng khung tiêu chuẩn viễn thơng kHz, dịch vụ đóng gói vào khung theo ngun thơng qua q trình mơ hình đóng gói GPON (GEM) Giống SONET/SDH, GPON cung cấp khả chuyển mạch bảo vệ với thời gian nhỏ 50 ms Điều làm cho GPON có trễ thấp có nhiều lưu lượng hướng lên TDMA từ nhiều ONU ghép vào khung KHz (125 µs) Mỗi khung hướng xuống bao gồm đồ cấp phát băng thông hiệu gửi quảng bá đến tất ONU hỗ trợ tính tinh chỉnh cấp phát băng thơng Cơ chế ngồi băng cho phép GPON DBA hỗ trợ việc điều chỉnh cấp phát băng thông nhiều lần mà không cần phải xếp lại để tối ưu hóa tận dụng băng thông  Băng thông Công nghệ GPON hỗ trợ 1,25 Gbit/s 2,5 Gbit/s hướng xuống, hướng lên xê dịch từ 155 Mbit/s đến 2,5 Gbit/s Hiệu suất băng thông đạt lớn 90% b Khả cung cấp dịch vụ  Khoảng cách OLT - ONU Giới hạn cự ly công nghệ GPON quy ước khoảng 20 km với hệ số chia tách/ghép quang lên tới 1:128 (hiện thường sử dụng tỷ lệ 1:32)  Chi phí khách hàng Hiện giá thiết bị GPON tương đối cao Tuy nhiên với việc xuất tách/ghép quang có hệ số tách/ghép quang lớn giúp giảm chi phí khách hàng Ngồi lưu lượng sử dụng lớn chi phí Mbps rẻ so với công nghệ GEPON  Khả hỗ trợ cấu trúc xếp chồng CATV GPON có khả hỗ trợ cấu trúc mạng xếp chồng dịch vụ CATV, đáp ứng đòi hỏi cho dịch vụ hướng xuống tốc độ cao Các hệ thống sử dụng bước sóng 1490 nm hướng xuống 1310 nm hướng lên, bước sóng 1550 nm dành riêng cho CATV mặt 16,5 triệu gia đình Mỹ, có thêm 735.000 kết nối FiOS internet lên 4,8 triệu thuê bao internet FiOS 701.000 kết nối FiOS Video lên 4,2 triệu thuê bao FiOS Video d Châu Á – Thái Bình Dương:  Top 15 thị trường dịch vụ băng rộng cố định : Australia, Trung Quốc, Hong Kong, Ấn Độ, Indonesia, Nhật Bản, Malaysia, New Zealand, Pakistan, Philippines, Singapore, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan Việt Nam  Theo báo cáo nghiên cứu thị trường dịch vụ băng rộng vào cuối năm 2011 : Khu vực Châu Á-Thái Bình Dương có khoảng 187 triệu thuê bao băng rộng cố định,  DSL công nghệ truy nhập dịch vụ băng rộng sử dụng phổ biến nhất,  Nhật Bản : quốc gia thuộc khu vực Châu Á có tốc độ tăng trưởng dịch vụ băng rộng đạt mức hai số năm Tính đến cuối năm 2009 có 31,7 triệu thuê bao Hiện Nhật Bản sử dụng chủ yếu công nghệ FTTH/FTTB theo công nghệ truy nhập quang thụ động EPON, song có quan tâm nghiên cứu thử nghiệm triển khai GPON  Hàn Quốc : Năm 2007, Hanaro Telecom đưa vào triển khai giải pháp mạng truy nhập quang thụ động GPON – Alcatel-Lucent Hàn Quốc, hệ thống hỗ trợ phân phối dịch vụ băng rộng tiên tiến IPTV, truyền hình độ nét cao HDTV, truyền hình theo yêu cầu VoD qua HanaTV, dịch vụ Internet tốc độ cao dịch vụ truyền hình tương tác, khởi đầu hệ thống hỗ trợ 110.000 thuê bao Hiện dịch vụ băng rộng FTTH/FTTB/GPON dịch vụ chiếm thị phần chủ yếu Hàn Quốc, FTTH/GPON chiếm 70% số kết nối dịch vụ băng rộng  Đài Loan : Chunghwa Telecom bắt đầu tiến hành triển khai FTTH/FTTB dựa công nghệ GPON vào năm 2007 Hiện dịch vụ băng rộng sử dụng FTTH/FTTB/GPON dịch vụ chiếm thị phần lớn Đài Loan chiếm 30% kết nối dịch vụ năm 2009,  Trung Quốc : Các nhà cung cấp dịch vụ băng rộng lớn Trung Quốc China Mobile, China Telecom, China Unicom tiến hành hợp tác với Cơng ty, Tập đồn cơng nghệ Huawei, ZTE, Alcatel-Lucent, Ericsson để triển khai GPON Trung Quốc Các dịch vụ băng rộng truyền qua GPON có mặt Bắc Kinh, An Huy, Quảng Động, Thẩm Quyến,… Hiện Huawei ZTE trở thành nhà cung cấp giải pháp triển khai GPON hàng đầu giới Nhưng dịch vụ băng rộng Trung Quốc truyền chủ yếu qua DSL với 120 triệu thuê bao (2009) dịch vụ FTTH/GPON phát triển với tốc độ phát triển thuê bao vào khoảng 20-50% năm e Các khu vực khác Nam Mỹ Châu Phi : - Khu vực Nam Mỹ : Hiện có Argentina, Chile có động thái quan tâm nghiên cứu thử nghiệm GPON - Khu vực Châu Phi : Nước triển khai GPON khu vực Kenya qua nhà cung cấp KDN với hỗ trợ từ ITU AlcatelLucent 1.2.1.2 Tình hình triển khai Việt Nam Tính đến cuối năm 2009, Việt Nam có khoảng triệu thuê bao dịch vụ băng rộng với nhà cung cấp dịch vụ internet lớn VNPT, Viettel FPT Dự kiến đến năm 2015 có khoảng triệu thuê bao với doanh thu năm 2015 DSL công nghệ sử dụng phổ biến Việt Nam Dịch vụ băng rộng dựa công nghệ truy nhập quang thụ động GPON bắt đầu triển khai Việt Nam vào đầu năm 2011, có nhà cung cấp dịch vụ FTTH/GPON Netnam, VNPT CMC, dịch vụ triển khai hai trung tâm kinh tế lớn đất nước TP.Hà Nội TP Hồ Chí Minh Hiện có khoảng 12 nghìn th bao dịch vụ FTTH/GPON 1.2.1.3 Nhận xét tình hình triển khai công nghệ GPON giới Việt Nam  Qua nghiên cứu tìm hiểu thực trạng triển khai cơng nghệ GPON thấy cơng nghệ GPON triển khai phổ biến trở thành xu hướng công nghệ phát triển mạnh tương lai; loại hình truy nhập băng rộng chủ yếu cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng  Công nghệ nhà cung cấp dịch vụ nước triển khai theo mô hình truy nhập FTTx để cung cấp dịch vụ băng rộng với nhiều chủng loại thiết bị nhiều hãng cung cấp thiết bị khác 2.1.1 Tình hình chuẩn hóa G-PON ITU-T G-PON ITU-T chuẩn hóa theo họ khuyến nghị G.984.x, mở rộng từ họ khuyến nghị BPON G.983.x • ITU-T G.984.1 ( 03/2008) “G-PON: General characteristics”: Phát triển phần khuyến nghị ITU-T G.984.2 kế thừa đặc tính có từ họ khuyến nghị G.983.x (BPON) • ITU-T G.984.2 (03/2003) “G-PON: PMD layer specification”: Các tiêu kỹ thuật yêu cầu lớp PMD (Physical Media Dependent) mạng truy nhập quang OAN (Optical Access Network) • ITU-T G.984.3 (03/2008) “G-PON: TC layer specification”: Mô tả lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission convergence – TC) cho mạng G-PON • ITU-T G.984.4 (02/2008) “G-PON: ONT management and control interface specification”: Cung cấp chi tiết kỹ thuật giao diện điều khiển (OMCI) quản lý ONT (quản lý cấu hình, quản lý lỗi, quản lý hiệu năng) hệ thống GPON • ITU-T G.984.5 (09/2007): “G-PON: Enhancement band” đưa dải bước sóng dành cho tín hiệu dịch vụ áp dụng cho WDM mạng quang thụ động GPON • ITU-T G.984.6 (03/2008): “G-PON : Reach Extension”, bổ sung thêm nghiên cứu bước sóng quang tốc độ chia tách • ITU-T G.984.7 (07/2010): “Long reach”, đưa yêu cầu lớp PMD lớp hội tụ truyền dẫn hệ thống G-PON có cự ly truyền dẫn từ 20km đến 40km 2.2 Tình hình tiêu chuẩn hóa G-PON Việt Nam Hiện Việt Nam chưa có tiêu chuẩn cụ thể mạng truy nhập quang thụ động Bộ Thông tin – Truyền thơng Tập đồn Bưu viễn thơng Việt Nam tiến hành nghiên cứu thông qua đề tài nghiên cứu cấp cấp tập đồn như: “Nghiên cứu phương án triển khai cơng nghệ quang thụ động Gigabit (GEPON GPON) phù hợp với yêu cầu mạng VNPT giai đoạn 2007-2010” – Tập đoàn Bưu viễn thơng Việt Nam năm 2008 “023-2011-TĐ-KHCN&CN – Tiêu chuẩn kỹ thuật cho cáp sợi quang nhà/ngoài trời sử dụng mạng FTTx” năm 2011 Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam (TCCS-VNPT) 2.3 Nhận xét tình hình tiêu chuẩn hóa GPON giới Việt Nam - Hiện công nghệ GPON ITU hoàn chỉnh thành khuyến nghị ITU-T G.984.x Sự hoàn thiện khuyến nghị sở quan trọng cho việc lựa chọn tiêu chuẩn tham chiếu nhằm hướng đến xây dựng tiêu chuẩn quốc gia hệ thống truy nhập quang thụ động GPON Việt Nam - Công nghệ GPON triển khai Việt Nam việc chưa có tiêu chuẩn quốc gia cơng nghệ GPON Việt Nam đặt yêu cầu cần sớm xây dựng tiêu chuẩn công nghệ GPON Việt Nam - Khuyến nghị G.984.2 (03/2003) khuyến nghị nằm khuyến nghị G.984.x ITU với hai sửa đổi bổ sung gần G.984.2 Amendment (02/2006) G.984.2 Amendment (03/2008) mô tả đầy đủ rõ ràng yêu cầu kỹ thuật cho phân lớp tiện ích truyền tải vật lý PMD Đây sở cức cho việc đề xuất xây dựng tiêu chuẩn hệ thống truy nhập quang thụ động G-PON – Phần tiện ích truyền tải PMD II MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON 1.Giới thiệu chung Việc vượt trội khả truyền liệu mạng quang thụ động PON không phủ nhận, để khai thác tối đa khả cịn tuỳ thuộc vào công nghệ lựa chọn truyền tải Chương trình bày kết hợp cộng nghệ Ethernet mạng truy nhập quang thụ động gọi tắt EPON, đưa ngun lý truyền,lợi ích EPON với kiến trúc IEEE 802, giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control Protocol) 1.1 Lợi ích mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON EPON kết hợp mạng truy cập quang thụ động PON kỷ thuật Ethernet nên mang ưu điểm hai công việc Việc triển khai EPON mang lại lợi ích to lớn bao gồm: Băng thông cao hơn: EPON cung cấp băng thông cao cho người dùng hệ thống truy cập quang thụ động Tốc độ lưu lượng hướng xuống 1Gbps lưu lượng lên từ 64 ONU vượt 800 Mbps Với khả cung cấp băng thơng lớn vậy, EPON có số lợi ích sau: o Số lượng thuê bao mạng PON lớn o Băng thông thuê bao nhiều o Khả cung cấp video o Chất lượng dịch vụ tốt Chi phí đầu tư thấp hơn: Hệ thống EPON khắc phục chi phí hiệu suất sợi quang lênh kiện Ethernet EPON cung cấp chức đặc tính sợi quang với giá so sánh với DSL cáp đồng T1s Hơn nữa, việc giảm chi phí đạt nhờ kiến trúc đơn giản, hiệu hoạt động cao chi phí bảo dưỡng thấp EPON chuyển giao hội giảm giá sau: o Loại trừ phần tử ATM SONET phức tạp đắc đỏ o Các lênh kiện quang thụ động sống lâu giảm chi phí bảo dưỡng o Những giao diện Ethernet chuẩn loại trừ nhu cầu cho DSL Modem cáp bổ sung Nhiều lợi nhuận hơn: EPON hổ trợ đồng thời dịch vụ thoại, liệu video, cho phép nhà cung cấp nâng cao dịch vụ băng rộng linh hoạt Ngoài ra, cung cấp dịch vụ truyền thống POST, T1, 10/100 BaseT, hổ trợ dịch vụ ATM, TDM(Time Division Multiplexing) SONET Mạng truy cập quang thụ động EPON 1.2 EPON mạng dựa mạng PON mà mang lưu lượng liệu đóng gói vào khung Ethernet Nó sử dụng chuẩn mã đường truyền 8b/10b (8 bit người dùng mã hoá 10 bit đường truyền ) hoạt động tốc độ chuẩn Ethernet Nguyên lý hoạt động 1.2.1 Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hình cho mạng Ethernet Một cấu hình trạm sử dụng chung mơi trường truyền dẫn với giao thức đa truy cập sóng mang có phát xung đột (CSMA/CD) cấu hình cịn lại, trạm giao tiếp với thông qua chuyển mạch sử dụng tuyến kết nối điểm- điểm song cơng Tuy nhiên, EPON có số đặc tính mà khiến cho khơng thể triển khai hai cấu hình mà thay vào ta phải kết hợp hai Ở hướng xuống, EPON hoạt động mạng quảng bá Khung Ethernet truyền OLT qua chia quang thụ động đến ONU ( với N khoảng từ đến 64) ONU lọc bỏ gói tin khơng phải nhờ vào địa MAC(Media Access Control) trước truyền gói tin cịn lại đến người dùng Hình 4.1 Ở hướng lên, đặc tính định hướng kết hợp quang thụ động, khung liệu từ ONU đến OLT khơng đến ONU khác Trong trường hợp đó, hướng lên: đặc tính EPON giống kiến trúc điểm- điểm Tuy nhiên, không giống mạng điểm - điểm thật sự, khung liệu EPON từ ONU khác truyền đồng thời bị xung đột Vì vậy, hướng lên (từ người dùng đến mạng), ONU cần sử dụng vài chế tránh xung đột liệu chia dung lượng kênh quang hợp lý Ở đây, luồng liệu hướng lên phân bố theo thời gian Hình 4.2 Hình 4.2: Lưu lượng hướng lên EPON Nếu khơng có khung đệm để điền vào khe thời gian 10 bit đặc tính rỗng truyền Sự xếp định vị khe thời gian hợp lý định vị tĩnh (TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức thời ONU (thực thống kê ) Có nhiều mơ hình định vị định vị dựa vào quyền ưu tiên liệu, dựa vào chất lượng dịch vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết (SLAs:Service Level Agreements) 1.2.2 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control Protocol) Để hổ trợ việc định vị khe thời gian OLT, giao thức MPCP nhóm IEEE 802.3ah phát triển MPCP không xây dựng chế phân bổ băng tần cụ thể, mà thay vào đó, chế hổ trợ thiết lập thuật toán phân bổ băng tần khác EPON Giao thức dựa vào hai tin Ethernet: Gate Report Bản tin Gate gởi từ OLT đến ONU để ấn định khe thời gian truyền Bản tin Report ONU sử dụng để truyền đạt thơng tin trạng thái (như mức chiếm đệm) đến OLT, giúp OLT phân bổ khe thời gian cách hợp lý Cả hai tin Gate Report khung điều khiển MAC (loại 88-08) xử lý lớp điều khiển MAC Có hai mơ hình hoạt động MPCP: tự khởi tạo hoạt động bình thường Trong mơ hình tự khởi tạo dùng để dò kết nối ONU mới, nhận biết trễ Round-trip địa MAC ONU Trong mơ hình bình thường dùng để phân bổ hội truyền dẫn cho tất ONU khởi tạo Từ nhiều ONU yêu cầu khởi tạo lúc, mơ hình khởi tạo tự động thủ tục dựa vào cạnh tranh Ở lớp cao làm việc sau: OLT định khe khởi tạo, khoảng thời gian mà khơng có ONU khởi tạo trước phép truyền Chiều dài khe khởi tạo phải tối thiểu là: + - ; với chiều dài cửa sổ truyền mà ONU khơng khởi tạo dùng OLT gởi tin khởi tạo Gate báo hiệu thời gian bắt đầu khe khởi tạo chiều dài Trong chuyển tiếp tin từ lớp cao đến lớp MAC, MPCP gán nhãn thời gian lấy theo đồng hồ Chỉ ONU chưa khởi tạo đáp ứng tin khởi tạo Gate Trong lúc nhận tin khởi tạo Gate, ONU thiết lập thời gian đồng hồ theo nhãn thời gian đến tin khởi tạo Gate Khi đồng hồ ONU đến thời gian bắt đầu khe thời gian khởi tạo (cũng phân phối tin Gate), ONU truyền tin (khởi tạo Report) Bản tin Report chứa địa nguồn ONU nhãn thời gian tượng trưng cho thời gian bên ONU tin Report gởi Khi OLT nhận tin Report từ ONU chưa khởi tạo, nhận biết địa MAC thời gian Round-trip Như minh họa hình 4.3, thời gian Round-trip ONU thời gian sai biệt thời gian tin Report nhận OLT nhãn thời gian chứa tin Report Hình 4.3: Thời gian Round-trip Từ nhiều ONU chưa khởi tạo, đáp ứng tin khởi tạo Gate, tin Report xung đột Trong trường hợp đó, tin Report ONU bị xung đột không thiết lập khe cho hoạt động bình thường Nếu ONU khơng nhận khe thời gian khoảng thời gian đó, kết luận xung đột xãy thử khởi tạo lại sau bỏ qua số tin khởi tạo Gate ngẫu nhiên Số tin bỏ chọn ngẫu nhiên từ khoảng thời gian gấp đôi sau lần xung đột Dưới mơ tả hoạt động bình thường MPCP: Từ lớp cao (MAC control client), MPCP OLT đưa yêu cầu để truyền tin Gate đến ONU cụ thể với thông tin sau: thời điểm ONU bắt đầu truyền dẫn thời gian trình truyền dẫn (hình 4.4) Hình 4.4: Giao thức MPCP-hoạt động tin Gate Trong lớp MPCP (của OLT ONU) trì đồng hồ Trong truyền tin Gate từ lớp cao đến lớp MAC, MPCP gán vào tin nhãn thời gian lấy theo đồng hồ Trong tiếp nhận tin Gate có địa MAC phù hợp (địa tin Gate nhất), ONU ghi lên ghi thời gian bắt đầu truyền khoảng thời gian truyền ONU cập nhật đồng hồ theo thời gian lưu nhãn tin Gate nhận Nếu sai biệt vượt ngưỡng định trước ONU cho rằng, đồng tự chuyển vào mode chưa khởi tạo Ở mode này, ONU khơng phép truyền Nó chờ đến tin Gate khởi tạo để khởi tạo lại Nếu thời gian tin Gate nhận gần giống với thời gian đượclưu nhãn tin Gate, ONU cập nhật đồng hồ theo nhãn thời gian Khi đồng hồ ONU đến thời điểm bắt đầu khe thời gian truyền dẫn, ONU bắt đầu phiên truyền dẫn Q trình truyền dẫn chứa nhiều khung Ethernet ONU đảm bảo khơng có khung bị truyền gián đoạn Nếu phần lại khe thời gian khơng đủ cho khung khung để lại cho khe thời gian truyền dẫn để trống phần không sử dụng khe thời gian Bản tin Report ONU gởi cửa sổ truyền dẫn gán cho với khung liệu Các tin Report gởi cách tự động hay theo yêu cầu OLT Các tin Report tạo lớp lớp điều khiển MAC (MAC Control Client) gán nhãn thời gian lớp điều khiển MAC (Hình 4.5) Thơng thường Report chứa độ dài yêu cầu cho khe thời gian dựa độ dài hàng đợi ONU Khi yêu cầu khe thời gian, ONU có tính đến phần mào đầu tin, khung mào đầu 64 bit khung mào đầu IFG 96 bit ghép vào khung liệu Hình 4.5: Giao thức MPCP-hoạt động tin Report Khi tin Report gán nhãn thời gian đến OLT, qua lớp MAC (lớp chịu trách nhiệm phân bổ băng tần) Ngoài ra, OLT tính lại chu trình với nguồn ONU hình 3.8 Sẽ có số chênh lệch nhỏ RTT RTT tính từ trước bắt nguồn từ thay đổi chiết suất sợi quang nhiệt độ thay đổi Nếu chênh lệch lớn OLT cảnh báo ONU đồng OLT không cấp phiên truyền dẫn cho ONU khởi tạo lại Hiện giao thức MPCP tiếp tục xây dựng phát triển nhóm 802.3ah IEEE Đây nhóm có nhiệm vụ phát triển đưa giải pháp Ethernet cho thuê bao mạng truy nhập 1.2.3 EPON với kiến trúc 802 Kiến trúc IEEE 802 định nghĩa hai phương thức: Share Medium song công Trong phuơng thức chia trung gian (Share Medium), tất trạm kết nối đến miền truy nhập đơn, phần lớn trạm phát lúc tất trạm nhận lúc Trong phương thức song công, kết nối PtP kết nối hai trạm hai trạm phát nhận đồng thời Dựa vào định nghĩa đó, cầu khơng chuyển tiếp khung quay trở lại cổng vào Nói khác, cho tất trạm kết nối đến cổng cầu truyền thơng với mà khơng cần thơng qua cầu Phương thức tạo khả người dùng kết nối đến ONU khác mạng PON truyền thơng với mà liệu không cần xử lý lớp lớp cao Để giải vấn đề đảm bảo thích hợp với mạng Ethernet khác, thiết bị gắn liền với EPON có lớp thêm vào, dựa cấu hình chọn Share Medium Point to Point Medium Lớp xem lớp Share Medium Emulation (PtPE) Lớp phải lớp MAC để đảm bảo hoạt động Ethernet MAC định nghĩa chuẩn P802.3 IEEE Hoạt động lớp Emulation dựa vào tagging Ethernet với tag cho ONU( hình 4.6) Những tag gọi LinkID đặt vào mào đầu trước khung Hình 4.6: Trường LinkID nhúng mào đầu Để bảo đảm cho LinkID, OLT ấn định nhiều tag cho ONU suốt trình đăng ký lúc đầu 1.2.4 Point to Point Emulation Trong mô hình này, OLT phải có N cổng MAC, cổng cho ONU( hình 4.7a) Khi khung gửi xuống (từ OLT đến ONU), lớp PtPE OLT chèn LinkID kết hợp với cổng MAC cụ thể vào khung liệu Các khung chia cho ONU lớp MAC Ở lớp MAC ONU cịn lại khơng nhận khung Trong khả này, xuất khung gửi theo kết nối PtP cho ONU Chèn LinkID kết hợp với cổng MAC Chấp nhận khung LinkID phù hợp Từ chối khung LinkID khơng phù hợp Hình 4.7 a): Hướng xuống PtPE Ở hướng lên, ONU chèn LinkID ấn định vào mào đầu khung chuyển Lớp PtPE OLT tách khung để nhận biết cổng MAC xác dựa vào LinkID cho ONU.(hình 4.7b) Tách khung theo cổng LinkID Chèn LinkID ấn định cho ONU Hình 4.7 b): Hướng lên PtPE Cấu hình PtPE thích hợp với cầu ONU kết nối đến cổng độc lập cầu Cầu đặt OLT chuyển tiếp lưu lượng vào ONU cổng Hình 4.8: Cầu ONU PtPE 1.2.5 Share Medium Emulation Trong SME, Node (OLT hay ONU) chuyển khung liệu nhận tất Node (OLT ONU) Trong hướng xuống, OLT chèn LinkID quảng bá mà ONU chấp nhận (hình 4.9a) Để đảm bảo hoạt động Share Medium cho hướng lên, lớp SME OLT phải nhản ánh tất khung trở lại hướng xuống để tất ONU nhận khung liệu lớp SME ONU thừa nhận khung LinkID khung khác với LinkID Chèn Link ID quảng bá Chấp nhận tất khung ngoại trừ khung Hình 4.9a) Hướng truyền xuống SME Chấp nhận tất khung phản hồi lại hướng xuống Khi truyền khung, chèn LinkID Khi nhận khung, từ chối LinkID Hình 4.9 b): Hướng truyền lên SME SME yêu cầu cổng MAC OLT Chức vật lý lớp (lớp SME) cung cấp truyền thông ONU đến ONU, không cần cầu liên kết Kết luận Nội dung cho thấy kết hợp mạng truy nhập quang thụ động PON công nghệ Ethernet tạo khuynh hướng mạng triển vọng cho mạng truy nhập hệ sau EPON bước phát triển tiến trình cáp quang hoá mạng truy nhập hệ sau để xây dựng mạng truy nhập băng rộng Với quan tâm đặc biệt đến mạng EPON, mạng truy nhập hệ sau giống mơ hình kết hợp Ethernet điểm-điểm điểm-đa điểm, tối ưu hoá cho truyền tải liệu IP dịch vụ thoại video theo thời gian thực Nhưng chất lượng mạng điều cốt lõi ... kiến trúc GPON ITU Và tiến hành bước xây dựng mạng quang thụ động G -PON, song song xây dựng mạng truy nhập quang thụ động XG -PON, hướng đến xây dựng mạng truy nhập quang thụ động 40G -PON tương...Phần 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON Giới thiệu chung PON, viết tắt từ tên Passive Optical Network, nghĩa "mạng quang thụ động" , hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nối... đầu tư Phần 2:PHÂN LOẠI MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT GPON 1.1 Tổng quan công nghệ G -PON Hình 1: Mạng truy nhập quang thụ động GPON • Tốc độ liệu: 1,244/2,488