HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI.

HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI.

Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của trườngĐại học Bách Khoa, khoa Điện Tử Viễn Thông, nay em đã hoàn thành khoá học củamình Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Quý thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã tận tình chỉ bảo emtrong suốt quá trình học tập

- Quý thầy cô ở các khoa có liên quan đã cung cấp cho em những kiếnthức cần thiết cho một sinh viên

- Trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện cho em học tập trong suốtthời gian qua

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy NGUYỄNTẤN HƯNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ

Đồ án này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu cácnguồn tài liệu đã học, sách báo chuyên ngành cũng như các thông tin trên mạng màtheo em là hoàn toàn tin cậy Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong quá trìnhnghiên cứu và tìm hiểu còn gặp nhiều thiếu sót Em xin cam đoan đồ án này khônggiống với bất kỳ công trình nghiên cứu hay đồ án nào trước đây mà em đã biết.

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2006.

Người thực hiện

VÕ DŨNG

MỤC LỤC C BẢNG TỪ VIẾT TẮT F LỜI MỞ ĐẦU H

CHƯƠNG1 1

HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI 1

1.1 Giới thiệu chương 1

1.2 Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam 1

1.2.1 Truyền dẫn Quốc Tế 1

1.2.2 Truyền dẫn Quốc Gia 1

1.2.3 Truyền dẫn nội tỉnh 2

1.3 Sự phát triển của lưu lượng 2

1.4 Xu hướng phát triển hiện nay 3

1.5 Mạng truy nhập thế hệ sau 4

1.6 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 5

Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008 5

1.7 Kết luận chương 7

MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON 8

2.1 Giới thiệu chương 8

2.2 Tổng quang về công nghệ PON 8

2.2.1 Bộ tách / ghép quang 9

2.2.2 Các đầu cuối mạng PON 11

2.2.3 Mô hình PON 11

2.2.4 WDM và TDM PON 13

2.3 Kết luận chương 15

CÔNG NGHỆ ETHERNET 16

3.1 Giới thiệu chương 16

3.2 Tổng quan về Ethernet 17

3.3 Các phần tử của mạng Ethernet 18

3.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 18

3.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI 19

3.6 Lớp con MAC Ethernet 21

3.6.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet 21

3.6.2 Sự truyền khung dữ liệu 23

3.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD 23

3.6.2.2 Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu quả mạng cao hơn 24

3.7 Lớp vật lý Ethernet 25

3.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO 25

4.3 Mạng truy cập quang thụ động EPON 28

4.3.1 Nguyên lý hoạt động 28

4.3.2 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control Protocol) 30

4.3.3 EPON với kiến trúc 802 34

4.3.3.1 Point to Point Emulation 35

4.3.3.2 Share Medium Emulation 36

4.4 Kết luận chương 37

KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG TRONG EPON 39

5.1 Giới thiệu chương 39

5.2 Mô hình của EPON 39

5.3 Thuật toán Interleaved Polling 41

5.4 Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại) 44

5.5 Các thành phần của trể gói 45

5.6 Cấp phát băng thông cố định 47

5.7 Cấp phát băng thông cân đối 47

5.8 Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên 48

5.9 SLA aware p-DBA 49

5.10 SLA aware Adaptive DBA 51

5.11 Kết luận chương 52

GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 54 6.1 Giới thiệu chương 54

6.2 Giao diện chính của chương trình mô phỏng 54

6.3 Giao diện thể hiện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ OLT đến các ONU (hướng xuống) 55

6.4 Giao diện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ các ONU đến OLT (hướng lên) 56

6.5 Cấp phát băng thông truyền tải theo tỷ lệ lượng bytes có trong hàng đợi cho từng ONU 56

6.6 Tỷ lệ cấp phát băng thông cho các ONU 58

6.7 Thuật toán phân bổ băng thông theo tỷ lệ bytes có trong hàng đợi dựa trên tính ưu tiên của dịch vụ 58

6.8 Thuật toán tính toán trễ trong mạng truy nhập quang – EPON 63

6.9 Kết luận chương 65

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 69

A-DBA Adaptive Dynamic Bandwidth

Allocation

Cấp phát băng thông thíchứng dữ liệu

with Collision Detect Đa truy nhập cảm nhậnsóng mang có phát hiện

xung đột

Ethernet

đủ

bao

bao

Electronics Engineers Hiệp hội các kỹ sư điện vàđiện tử thế giới

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

quang

không gian

khung

Dynamic Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông độngtheo mức dịch vụ cam kết

định

Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông độngtheo chế độ ưu tiên

thời gian

Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20Gbps Các mạng liên tỉnh sử dụng các hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622Mbps và 2,5 Mbps Vào cuối năm 2004, mạng NGN đã chính thức được đưa vào khai

thác với khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ cả thoại, video và dữ liệu, nhưng

mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển nào đáng kể.Tuy nhiên mạngtruy nhập lại chủ yếu sử dụng cáp đồng, do đó không khai thác hết tính năng củamạng NGN Vấn đề đặt ra là làm thế nào để mạng truy nhập phát triển tương xứngvới mạng đường trục đặc biệt là mạng NGN đồng thời đáp ứng ngày càng nhiều cácdịch vụ mới đòi hỏi băng thông cao cho người dùng Trong khi đó, với những ưuđiểm vượt trội của mình, EPON (Ethernet Passive Optical Network) đã tạo ra một sựchuyển biến rõ rệt trong mạng truy nhập Đây cũng là giải pháp mà đề tài này đề cậpcho mạng truy nhập tại Việt Nam Nội dung của đề tài này được chia làm sáu chươngtheo cơ cấu như sau:

Chương 1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XUHƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI

Chương này cho ta biết một cách tổng quan về mạng truyền dẫn hiện tại củaViệt Nam, phân tích xu hướng phát triển mạng truy nhập trên thế giới dựa trên nhucầu về dịch vụ Trên cơ sở đó, mục đích của chương này là nói lên tính tất yếu phảinâng cấp mạng truy nhập hiện nay và mạng truy nhập quang thụ động là giải phápđược lựa chọn

cơ bản của mạng, phân tích các thành phần tồn tại chủ yếu trong mạng là OLT vàONU Chương này cũng đưa ra hai kỹ thuật được sử dụng trong việc truyền tải củamạng PON đó là WDM và TDM Từ đó đưa ra ưu nhược từng kỹ thuật để đi đến lý

do chọn kỹ thuật TDM

Chương 3 CÔNG NGHỆ ETHERNET

Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về kỹ thuật Ethernet, quan hệ giữa

mô hình Ethernet với mô hình 7 lớp OSI , kiến trúc khung của Ethernet, các phươngthức phát dữ liệu của Ethernet cũng như các chuẩn của nó Từ đó cho thấy được thếmạnh của công nghệ này trong mạng truy nhập quang thụ động

Chương 4 MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG EHTERNET –EPON

Chương này nói lên những ích lợi của việc sử dụng mạng truy nhập EPON,phân tích nguyên lý hoạt động của nó, phân tích về chuẩn IEEE 802 Chương cũngphân tích hai mô hình Share Medium và song công Từ đó cho thấy quá trình truyền

dữ liệu trong mạng EPON

Chương 5 KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐIBĂNG THÔNG TRONG EPON

Chương này đưa ra các phương pháp phân phối băng thông cơ bản được sửdụng trong mạng EPON và phân tích tính toán các thành phần trễ ảnh hưởng đến quátrình truyền tải của mạng

Chương 6 GIAO DIỆN MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Chương này đưa ra giao diện mô phỏng và hình ảnh đồ thị cũng như ma trậncủa quá trình tính toán của chương trước, cũng như đưa ra các thuật toán sử dụng đểtính toán Thuật toán được viết dựa trên ngôn ngữ MathCad, giao diện mô phỏng viếttrên ngôn ngữ Visual Basic

được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN TẤN HƯNG người đã tận tình hướngdẫn và giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài này Em cũng chân thành cảm ơn cácthầy cô trong khoa đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoànthành đề tài tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện

VÕ DŨNG

CHƯƠNG1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT

TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI

1.1 Giới thiệu chương

Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tinquang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay Mụcđích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùngviễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú, đặc

biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục

hiện nay Bên cạnh đó, chiến lược phát triển viễn thông phụ thuộc rất nhiều vào hiệntrạng mạng viễn thông và định hướng phát triển viễn thông ở mỗi nước Ở Việt Nam

thì đây cũng không phải là một ngoại lệ Chương này sẽ trình bày về hiện trạng mạng

truyền dẫn của Việt Nam, xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới và tổng quan

về mạng truy nhập quang thụ động

1.2 Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam

Mạng viễn thông Việt Nam hiện tại được chia thành ba thành phần chính: CấpQuốc Tế, cấp Quốc Gia và cấp nội tỉnh (hình 1.1)

Minh-• Ngoài ra còn có các trạm thông tin vệ tinh mặt đất

1.2.2 Truyền dẫn Quốc Gia

• Tuyến trục Bắc-Nam sử dụng mạng Ring cáp quang 2,5Gb/s (trên cápquang quốc lộ 1A và cáp quang 500Kv) và tuyến vi ba PDH (Plesiochoronous DigitalHierachy) 140Mb/s (có cấu hình 2+1), ngoài ra còn có tuyến cáp quang dọc đườngTrường Sơn

1

• Cuối năm 2004, mạng NGN (Next Generation Network) đã được đưa vàokhai thác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng và nhanhchóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định và di độngvới Internet băng rộng.

1.2.3 Truyền dẫn nội tỉnh

• Các tuyến vi ba số PDH

• Các tuyến cáp quang nội tỉnh

• Mạng truy nhập thuê bao sử dụng cáp đồng

1.3 Sự phát triển của lưu lượng

Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy Có thểchứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ những năm

1990 Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế đã làm chotốc độ tăng lên rất cao ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng 1000% Xu hướng online

và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiều thời gian và sử dụng những ứng dụng đòihỏi băng thông lớn Việc nghiên cứu thị trường cho thấy, sau khi nâng cấp lên băng

TOLL quốc gia

TOLL quốc gia

Gateway Quốc Tế

Hình 1.1: Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam hiện tại

rộng người dùng đã online nhiều hơn 35% so với trước Lưu lượng thoại cũng tăngnhưng tốc độ chậm hơn 8% mỗi năm Theo như hầu hết các nhà phân tích thì lưulượng dữ liệu đã vượt trội lưu lương thoại Nhiều dịch vụ và ứng dụng sẽ trỡ thànhhiện thực khi mà băng thông mỗi người dùng được tăng lên Cả DSL( DigitalSubscriber Line) và cáp modem đều không thể theo kịp nhu cầu Cả hai công nghệnày đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàng đầu hiện nay nhưngkhông tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu Trong mạng cáp Modem, chỉ một vài kênh

RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băng thông dành cho video tương

tự Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ dữ liệu ở khoảng cách yêu cầu

do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu Hầu hết các nhà hoạt động mạng đều nhận thức

rõ rằng sự cần thiết của một giải pháp tập trung dữ liệu, các dịch vụ truyền thống nhưthoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy đủ các dịch vụ sẽ ra đời

1.4 Xu hướng phát triển hiện nay

Trong những năm gần đây, mạng đường trục ( mạng xương sống:backbone)

đã có một sự phát triển vượt bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi Sự pháttriển kinh khủng của lưu lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của

dung lượng mạng truy cập Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và

mạng đường trục Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL vàmạng cáp Modem Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up56Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video,tró chơi tương tác hay hội nghị truyền hình Một công nghệ mới đã được đưa ra, cóchi phí đầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng cấp, có khả năng hội tụ các dịch vụthoại dữ liệu và video đến người dùng trên một mạng đơn Đó là EPON (EthernetPassive Optical Network), là giải pháp truy nhập quang sử dụng mạng quang thụđộng (PON: Passive Optical Network) kết hợp với giao thức Ethernet (EPON) Giảipháp này mang ưu diểm của cả hai công nghệ PON với băng rộng và Ethernet đượcthiết kế phù hợp tải mang lưu lượng IP (Internet Protocol) Đây là một công nghệ truy

3

nhập được kỳ vọng trong những năm tới và cũng được xem như là một trong nhữngcông nghệ động lực để tiến đến mạng toàn quang.

N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L Km thì mô hình PtP yêu cầu2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợi quang

Để giảm chiều dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ xa,làm giảm chiều dài sợi quang chỉ còn L km (khoảng cách giữa chuyển mạch và ngườidùng không đáng kể) nhưng sẽ làm tăng số lượng bộ thu phát lên 2N+2 (hình 1.2b)

Ngoài ra, kiến trúc mạng chuyển mạch cụm thuê bao (Curb-Switched) yêu cầu nănglượng điện cũng như năng lượng sao lưu tại Curb-switch.

Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các nhà cung cấp tổng đài nộihạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội hạt Cho nên, thật hợp lýkhi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang thụ động rẽ tiền (hình1.2c)

PON là một kỷ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các bộ thuphát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít PON là mạng quang điểm đađiểm( PtMP: Point to MultiPoint) với các phần tử không kích hoạt trong đường dẫntín hiệu từ nguồn đến đích Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là cáclinh kiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang Một mạng truynhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi quang

1.6 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động toàn cầu

Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008

5

Bảng 1.2 So sánh giữa các giải pháp truy nhập

Từ hai bảng trên, triển vọng của EPON được minh chứng qua dự báo thịtrường sản phẩm mạng PON và phẩm chất kỹ thuật so với các giải pháp truy nhậpkhác Tốc độ phát triển trung bình 39,3% trong giai đoạn 2003-2008 cho thấy mộttương lai đầy hứa hẹn với thị trường PON trong bối cảnh suy thoái của thị trường

Đánh giáTốc độ Khoảng

cách

Chia

sẽ môitrường

Chiphí

Cônglaođộng

Độ tincậy

>10 100000 Cao Xa Không T/bình Cao Cao

Vô

tuyến

Satellite <1 N/A Thấp T/bình Có Cao Thấp T/bình

Blue

Tooth

6

viễn thông trong thời gian qua Đây được xem là một trong những thị trường hấp dẫnnhất đối với các nhà đầu tư trong giai đoạn tới.

DSL đã giảm bớt phần nào vấn đề “nút cổ chai” tuy nhiên vẫn chưa giải quyết triệt

để vấn đề này Như vậy, sự nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu vào lúc này.Tuy nhiên, kỹ thuật nào được lựa chọn ? Theo như xu hướng trên thế giới và những

ưu điểm mà nó đem lại, EPON đã chứng tỏ là giải pháp hữu hiệu nhất cho mạng truynhập hiện nay EPON là sự kết hợp giữa mạng quang thụ động PON và công nghệEthernet Sự kết hợp này sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo

7

CHƯƠNG2 MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

2.1 Giới thiệu chương

Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive OpticalNetwork) là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập Trong chương này

sẽ nói về PON là như thế nào, hoạt động ra sao, cấu trúc của nó cũng như phươngthức được sử dụng để truyền dữ liệu WDM và TDM PON Từ đó đưa ra ưu và nhượccủa từng phương thức

2.2 Tổng quang về công nghệ PON

Mạng quang thụ động PON (hình 2.1) sử dụng phần tử chia quang thụ độngtrong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền quang (OLT) và thiết bị kếtcuối mạng quang (ONU) Hoạt động của mạng PON được điều khiển bởi giao thứctruy nhập theo địa chỉ MAC (lớp 2)

8

Hình 2.1: Mô hình mạng quang thụ động

Hình 2.2: Cấu hình cơ bản các loại Coupler

a)

c)b)

O2O2

O3

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còngọi là mạng quang ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghépquang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tích cực như OLT

và các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON Tín hiệu trong PON có thể đượcphân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên mộtsợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hayxuống của PON

2.2.1 Bộ tách / ghép quang

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệuquang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại Thiết bị này là Couplerquang Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau Tỷ số tách của bộtách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số

9

a) Coupler 4 ngăn 8x8 b) Coupler 3 ngăn 8x8

Hình 2.3: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler

Hình 2.2a có chức năng tách tia cào thành 2 tia ở đầu ra, đây là CouplerY.Hình 2.2b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tạiđầu ra Hình 2.2c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler phânhướng 2x2 Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi làCoupler hình sao Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2

Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:

• Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler sovới năng lượng đầu vào (db) Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình2.3 minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler Trong mô hình 4 ngăn(hình a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra Hình (b) đưa ra mô hìnhhiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn Trong mô hình này mỗi đầu ra nhậnđược 1/8 năng lượng đầu vào

• Insertion loss(tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảocủa quá trình xử lý Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB

• Directivity (định hướng): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ mộtcổng đầu vào đến các cổng đầu vào khác Coupler là thiết bị định hướng cao vớithông số định hướng trong khoảng 40-50dB

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc mộtCombiner (bộ kết hợp) Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đốixứng cao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90) Các Coupler loại này được sử dụng để

10

tách một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng Các thiết bị nhưthế này được gọi là “tap coupler”.

2.2.2 Các đầu cuối mạng PON

• Optical Line Terminal (OLT thiết bị đường truyền quang ): OLT cungcấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động EPON và mạng quangđường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video OLT cũng kết nốiđến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS(ElementManagement System)

• Optical Network Unit (ONU: thiết bị kết cuối mạng quang): ONUcung cấp giao tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON.Chức năng cơ bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phùhợp với người dùng như Ethernet, POST,T1

• Element Management System (EMS :hệ thống quản lý ): EMS quản lýcác phần tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng lõi của cácnhà cung cấp dịch vụ EMS có chức năng quản lý về cấu hình, đặc tính và bảo mật

2.2.3 Mô hình PON

Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây, vòng hoặcbus Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong bất kỳ mô hình nàonhờ sử dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N

11

Mô hình cây ( sử dụng splitter 1:N)(a)

Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong cấu hình Redundantnhư là vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được gọi làtrung kế cây.

Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và cácONU PLT ở tại tổng đài (Central Office), kết nối truy nhập quang đến mạng đườngtrục (có thể là mạng IP, ATM hay SONET) ONU ở tại đầu cuối người sử dụng(trong giải pháp FTTH_Fiber To The Home, FTTB_Fiber To The Building) hoặc ởtại Curb trong giải pháp FTTC_Fiber To The Cur và có khả năng cung cấp các dịch

vụ thoại, dữ liệu và video băng rộng

Tuỳ theo điểm cuối của tuyến cáp quang xuất phát từ tổng đài mà các mạngtruy nhập thuê bao quang có tên gọi khác nhau như sợi quang đến tận nhà FTTH, sợiquang đến khu dân cư FTTC

2.2.4 WDM và TDM PON

Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mạng PON là mạng điểm-đa điểm OLTchiếm toàn bộ băng thông hướng xuống Trong hướng lên, mạng PON là mạng đađiểm-điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT Đặc tính hướngcủa các bộ tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽ không đượcnhận biết bởi các ONU khác Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhauđược truyền cùng một lúc cũng có thể bị xung đột Vì vậy trong hướng lên, PON sẽ

sử dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽcông bằng tài nguyên và dung lượng trung kế

Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênhphân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ởmột bước sóng khác nhau Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc

là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau Thậm chí nhiều vấn đề khókhăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có

13

một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser của nó MỗiONU sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền.Mặc khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trongmạng PON Việc sử dụng Laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề nàynhưng quá đắt cho công nghệ hiện tại Với những khó khăn như vậy thì WDM khôngphải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.

Một số giải pháp khác dựa trên WDM cũng được đề xuất nhưng giá cả khácao Do vậy, TDM PON đã ra đời Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vàiONU sẽ gây ra xung đột khi đến bộ kết hợp Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗiONU phải truyền trong cửa sổ (khe thời gian) truyền của nó Một thuận lợi lớn củaTDM PON là tất cả các ONU có thể hoạt động cùng một bước sóng, OLT cũng chỉcần một bộ thu đơn Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chíbăng thông có thể dùng của ONU thấp hơn Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phépTDM PON đạt hiệu quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cáchthay đổi kích cở khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống

kê để tận dụng hết băng thông được dùng của mạng PON

Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuốngkhông phải là Peer to Peer (user to user) Vì vậy điều này dường như là hợp lý đểtách kênh lên và xuống Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghépkênh phân chia không gian(SDM) mà nó tách PON được cung cấp theo hướng truyềnlên xuống Để tiết kiệm cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa và bảo quảng, mộtsợi quang có thể được sử dụng cho truyền theo hai hướng Trong trường hợp này, haibước sóng được dùng là: hướng lên λ1=1310nm, hướng xuống λ2=1550nm Dunglượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa các ONU

14

Hình 2.5: Mạng PON sử dụng một sợi quang

Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay choviệc chia sẽ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn

ở hướng lên và bộ thu pháp đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế hơn vềchi phí đầu tư

2.3 Kết luận chương

Nội dung trên đã trình bày cho ta biết tổng quan về mạng truy nhập quang thụđộng PON Và cũng cho ta thấy cấu trúc cơ bản của nó Chương tiếp theo sẽ trìnhbày một công nghệ được sử dụng trong mạng PON, nhằm khai thác khả năng tốt nhấtcủa mạng truy nhập quang thụ động Đó là công nghệ Ethernet và được gọi là mạngtruy nhập quang thụ động Ethernet – EPON

15

CHƯƠNG3 CÔNG NGHỆ ETHERNET

3.1 Giới thiệu chương

FASN (Full Service Access Network) (theo ITU G.983) định nghĩa một mạngtruy nhập quang dựa trên công nghệ PON sử dụng ATM (Asynchronous TransferMode) như là giao thức lớp hai của nó Vào năm 1995, khi mà việc khởi xướng đượcbắt đầu, ATM có hy vọng cao để trỡ thành công nghệ thịnh hành trong mạng LAN(Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network) và mạng đường trục

(backbone) Tuy nhiên, cũng từ thời gian đó, công nghệ Ethernet đã đẩy lùi ATM.

Ethernet đã trở thành một chuẩn được chấp nhận phổ biến với trên 320 triệu cổngtriển khai trên toàn thế giới Việc triển khai Gigabit Ethernet tốc độ cao và họ sảnphẩm 10 Gigabit Ethernet đã trở nên hiện thực Ethernet dễ dàng triển khai và quản

lý, đang chiến thắng vùng đất mới trong MAN và WAN Suy cho cùng thì 95% LAN

sử dụng Ethernet nên ATM-PON không thể là lựa chọn tốt nhất cho việc kết nốimạng Ethernet

Một thiếu sót của ATM là việc hư hỏng và sai lệch của các cell ATM sẽ làmmất hiệu lực hoàn toàn khung IP Tuy nhiên các cell còng lại sẽ mang mức của cùngkhung IP sẽ được truyền xa hơn, vì vậy việc chi phối tìa nguyên mạng là không cầnthiết Ngoài ra, có lẽ điều quan trọng nhất là ATM không thể đạt được một công nghệchi phí thấp như mong muốn Các chuyển mạch ATM và Card mạng là khá đắt so vớichuyển mạch Ethernet và Card mạng Ethernet

16

Nói một cách khác, Ethernet là một lựa chọn hợp lý cho mạng truy nhập IPđược tối ưu hoá dữ liệu.

Kỹ thuật QoS được chấp nhận mới đã làm cho mạng Ethernet có khả năngcung cấp thoại, data và video Kỹ thuật này bao gồm mô hình truyền dẫn song công

và sự ưu tiên (P802.1p) Ethernet là công nghệ với chi phí thấp, phổ biến và phù hợpvới nhiều thiết bị cũ khác nhau Vì vậy, trong chương này sẽ trình bày tổng quan về

kỹ thuật Ethernet, kiến trúc khung của Ethernet và quan hệ giữa Ethernet với mô hình

7 lớp OSI

3.2 Tổng quan về Ethernet

Thuật ngữ Ethernet được quy vào họ sản phẩm của mạng LAN thuộc chuẩn802.3 và được định nghĩa như là một giao thức CSMA/CD (Carrier Sence MultipleAccess/Collision Detect) Hiện tại có 4 tốc độ dữ liệu được định nghĩa cho hoạt độngtrên cáp sợi quang:

• Dễ hiểu, dễ thực hiện, dễ quản lý và bảo dưỡng

• Cho phép triển khai mạng với chi phí thấp

• Cung cấp nhiều mô hình linh hoạt cho việc cài đặt mạng

• Bảo đảm kết nối thành công và hoạt động theo tiêu chuẩn của sảnphẩm, bất chấp nhà chế tạo

17

3.3 Các phần tử của mạng Ethernet

Mạng LAN Ethernet bao gồm các node mạng và phương tiện liên kết Cácnode mạng nằm trong hai lớp chính:

• DTE (Data Terminal Equipment): là thiết bị nguồn hay đích của khung

dữ liệu Các thiết bị DTE điển hình như PC, trạm làm việc, file server hoặc printserver như là một nhóm ở trạm đầu cuối

• DCE (Data Communication Equipment): là các thiết bị mạng trunggian có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dữ liệu thông qua mạng DCE cóthể là các thiết bị Standalone như là bộ lặp, bộ chuyển mạch hay các thiết bị giao tiếptruyền thông như là Card giao tiếp

Các thiết bị mạng trung gian Standalone được xem như là một node trung gianhoặc DCE Card giao tiếp mạng được xem như là một NIC (Network Interface Card)

3.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet

Mạng LAN có nhiều mô hình kiến trúc khác nhau, nhưng bất chấp sự rắc rối

và kích cở của nó, tất cả đều kết hợp từ ba kiến trúc kết nối cơ bản:

Kiến trúc đơn giản nhất là kết nối điểm-điểm (hình 3.1) Chỉ 2 đơn vị mạngđược kết nối với nhau và kết nối này có thể là DTE với DTE, DTE với DCE, DCEvới DCE Dây cáp trong kết nối điểm điểm được gọi là network link Chiều dài chophép lớn nhất của cáp phụ thuộc vào kiểu cáp và phương thức truyền được sử dụng

Mạng Ethernet cơ sở được thực hiện với kiến trúc bus cáp đồng trục (hình3.2) Chiều dài của Segment (đoạn) được giới hạn ở 500m và có thể kết nối 100 trạmvào một Segment Từng Segment có thể kết nối với các trạm lặp, miễn là nhiều

18

Hình 3.1: Mô hình kết nối điểm-điểm

Hình 3.2: Mô hình kết nối Bus đồng trục

đường không tồn tại giữa hai trạm bất kỳ trên mạng và số lượng DTE không vượtquá giá trị qui định

Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus nhưng mộtvài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích

Từ đầu thập niên 90, cấu hình mạng được lựa chọn là mô hình kết nối sao(hình 3.3) Đơn vị mạng trung tâm là bộ lặp đa cổng (còn gọi là Hub) hoặc là mộtchuyển mạch mạng Tất cả kết nối trong mạng sao là kết nối điểm điểm được thực

hiện với cáp sợi quang

3.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI

HHiiiiiiiiiiiiiii

19

Hình 3.3: Mô hình kết nối sao

Hình 3.4: Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI

Hình 3.4 mô tả các lớp vật lý của IEEE802.3 và quan hệ của nó với mô hìnhtham chiếu OSI Với giao thức IEEE802, lớp liên kết dữ liệu trong OSI được chiathành hai lớp con IEEE802: lớp con MAC (Media Access Control) và lớp con MAC-Client Lớp vật lý IEEE802.3 tương đương với lớp vật lý OSI.

Lớp con MAC-Client có thể là một trong các lớp con sau:

• Là lớp con LLC (Logical Link Control) nếu đầu cuối là một DTE.Lớp con này cung cấp giao tiếp giữa Ethernet MAC và lớp trên trong ngăn giao thứccủa trạm đầu cuối Lớp con LLC được định nghĩa trong chuẩn IEEE802.2

• Là thực thể cầu nối (Bridge Entity) nếu đầu cuối là DCE Thực tế cầunối cung cấp giao tiếp LAN to LAN giữa các mạng LAN sử dụng cùng giao thức (ví

dụ Ethernet to Ethernet) và cũng cung cấp giữa các giao thức khác nhau (ví dụEthernet với Token Ring) Thực thể cầu nối được định trong chuẩn IEEE802.1

Bởi vì đặc điểm kỹ thuật của LLC và thực thể cầu nối là chung cho tất cả cácgiao thức LAN IEEE802, tính tương thích của mạng là cơ sở của các giao thức mạngđặc biệt Hình 3.5 minh hoạ các yêu cầu tương thích khác nhau được lợi dụng bởi lớpvật lý và lớp MAC trong truyền thông dữ liệu cơ sỏ trên kết nối Ethernet

20

Hình 3.5 Lớp vật lý và lớp MAC tương thích với các yêu cầu cho truyền thông dữ liệu cơ sở

Lớp MAC điều khiển sự truy nhập của một node đến phương tiện truyềnthông của mạng và đặc biệt là đến các giao thức riêng biệt Tất cả lớp MAC phải cóthiết lập cơ bản về các yêu cầu vật lý, bất chấp liệu có phải chúng bao gồm một haynhiều giao thức mở rộng được lựa chọn định nghĩa Chỉ những nhu cầu cho truyềnthông cơ sở (truyền thông không có nhu cầu lựa chọn giao thức mở rộng) giữa hainode mạng thì cả hai lớp MAC phải hổ trợ cùng tốc độ truyền.

Lớp vật lý 802.3 qui định rõ tốc độ truyền dữ liệu, mã hoá tín hiệu, và kiểu kếtnối phương tiện giữa hai node Ví dụ, Gigabit Ethernet định nghĩa hoạt động trên cápxoắn đôi hoặc cáp sợi quang, nhưng tuỳ theo mỗi thủ tục mã hoá tín hiệu hoặc từngkiểu cáp riêng biệt mà yêu cầu một sợi thi hành lớp vật lý khác nhau

3.6 Lớp con MAC Ethernet

Lớp con MAC có hai chức năng chính:

• Đóng gói dữ liệu kể cả đóng khung trước khi truyền, phân tích và dòlỗi trong suốt và sau khi nhận khung

• Điều khiển truy nhập phương tiện bao gồm khởi tạo một sự truyềnkhung và phục hồi lại sự truyền bị hỏng

3.6.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet

Chuẩn 802.3 định nghĩa dạng khung dữ liệu cơ bản được yêu cầu cho tất cả sựthi hành của MAC, cộng thêm một vài khuôn dạng để chọn bổ sung mà được sử dụng

để mở rộng giao thức Dạng khung dữ liệu cơ sở gồm có 7 trường:

• PRE (Preamble): gồm có 7 byte PRE là các mức logic 0 và 1 xen kẻnhau để báo cho trạm nhận khung dữ liệu đang đến và cung cấp phương tiện để đồng

bộ mức thu nhận khung của lớp vật lý bên nhận với luồng bit đến

• DA (Destination Address): trường DA xác định trạm sẽ nhận khung.Một bit ngoài cùng bên trái chỉ định có phải là địa chỉ của một địa chỉ cá nhân ( chỉđịnh bởi 0) hoặc của một nhóm địa chỉ (chỉ định bởi 1) Bit thứ hai kể từ bên trái chỉđịnh có phải DA là điều hành toàn bộ (globally administered) được chỉ định mứt 0hoặc điều hành nội bộ (chỉ định mứt 1), 46 bit còn lại là một nhóm các trạm hoặc tất

• Data: Là sự nối tiếp của n byte giá trị bất kỳ với n ≤ 1500 Nếu chiềudài của trường dữ liệu nhỏ hơn 46, trường dữ liệu phải được mở rộng bằng cách thêmmột filler thích hợp để mang trường dữ liệu dài 46 byte

• FCS(Frame Check Sequence): 4 byte: trường này chứa một giá trị 32bit kiểm tra độ dư vòng được tạo bởi lớp MAC bên gởi và được tính toán lại ở lớpMAC bên thu để kiểm tra độ hư hại của khung FCS được phát trên các trườngDA,SA, Length/Type và Data

22

3.6.2 Sự truyền khung dữ liệu

Bất cứ lúc nào, một trạm MAC đầu cuối nhận một yêu cầu truyền khung kèmtheo địa chỉ và thông tin dữ liệu từ lớp con LLC, lớp MAC bắt đầu truyền một cáchtuần tự bằng cách truyền thông tin LLC vào bộ đệm khung lớp MAC

• Việc định ranh giới mào đầu khung được chèn vào trường PRE vàSOF

• Địa chỉ nguồn và đích được chèn vào trường địa chỉ

• Số byte dữ liệu LLC được tính và chèn vào trường Length/Type

• Số byte dữ liệu LLC được chèn vào trường dữ liệu Nếu lượng byte

dữ liệu LLC nhỏ hơn 46 thì phải đệm thêm để trường dữ liệu dài 46byte

• Một giá trị FCS được phát trên trường DA, SA, Length/Type, data vàđược gán vào phần sau của trường dữ liệu

Sau khi khung được tập hợp, quá trình phát khung phụ thuộc vào lớp MAChoạt động ở chế độ đơn công hay song công

Chuẩn IEEE 802.3 hiện tịa yêu cầu tất cả các lớp MAC Etherhet hỗ trợ hoạtđộng ở chế độ đơn công, trong chế độ này lớp MAC có thể truyền và nhận khungnhưng không thể thực hiện cả hai Ở chế độ hoạt động song công cho phép lớp MAC

có thể đồng thời truyền và nhận khung

3.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD

Giao thức CSMA/CD được bắt đầu phát triển như là một phương thức để haihoặc nhiều trạm có thể chia sẽ chung một phương tiện trong một môi trường khôngchuyển mạch khi giao thức không yêu cầu xử lý tập trung, truy nhập Token hoặc ấnđịnh khe thời gian để cho biết khi nào một trạm sẽ được phép truyền Mỗi EthernetMAC tự quyết định khi nó sẽ được phép gởi khung dữ liệu

23

• Carrier sense: mỗi trạm liên tục lắng nghe lưu lượng trên cáp để xácđịnh khi nào khoảng trống giữa các khung truyền xãy ra.

• Multiple Access: các trạm có thể bắt đầu truyền bất cứ lúc nào nó dòthấy mạng rỗi

• Collision detect: nếu hai hoặc nhiều trạm trong cùng mạng CSMA/CDbắt đầu truyền cùng một lúc, thì các luồng bit này sẽ bị xung đột xãy ra trước khi nóhoàn thành việc gởi dữ liệu Nó phải ngưng truyền ngay khi phát hiện xung đột vàphải đợi đến một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi sẽ thử truyền lại

3.6.2.2 Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu quả mạng cao hơn

Sự hoạt động song công là một khả năng lựa chọn MAC cho phép truyền đồngthời theo hai hướng tông qua kết nối điểm điểm Truyền song công về mặt chức năng

là đơn giản hơn truyền đơn công bởi vì nó không tranh chấp phương tiện truyềnthông, không xung đột, không phải truyền lại và không caan fbit mở rộng trong cáckhung ngắn Kết quả là không những chỉ có nhiều thời gian cho việc truyền tải dữliệu mà còn gấp đôi hiệu quả băng thông vì mỗi đường có thể hổ trợ tốc độ cao nhất

và truyền đồng thời theo hai hướng

Quá trình truyền thường bắt đầu ngay khi khung sẵn sàng để gởi Chỉ có mộtgiới hạn là phải có một khoảng trống IFG(InterFrame Gap) giữa các khung liên tiếp(hình 3.7) và mỗi khung phải phù hợp với dạng khung Ethernet chuẩn

24

Hình 3.7: Khuôn dạng truyền dữ liệu song công

3.7 Lớp vật lý Ethernet

Các thiết bị Ethernet chỉ được sử dụng ở dưới của lớp 2 trong ngăn giao thứcOSI, thiết bị điển hình được sử dụng như Card giao tiếp mạng (NIC) Các NIC khácnhau được xác định dựa trên thuộc tính lớp vật lý

Việc đặt tên qui ước là một sự sâu chuỗi của ba thuật ngữ xác định tốc độtruyền, phương pháp truyền và phương tiện mã hoá tín hiệu Ví dụ:

• 10 Base-T = 10 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

• 100 Base-T2 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

• 100 Base-T4 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 4 cáp xoắn đôi

• 1000 Base-LX = 1000 Mbps, bước sóng dài trên cáp sợi quang

3.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO

Mặc dầu mô hình vật lý cụ thể của lớp vật lý có thể thay đổi từ phiên bản nàysang phiên bản khác nhưng tất cả Ethernet NIC nói chung đều tương thích với môhình được minh hoạ trong hình 3.8

Lớp vật lý đối với từng tốc độ truyền được phân thành các lớp con độc lập vớikiểu phương tiện truyền thông riêng biệt và lớp con theo kiểu phương tiện truyềnthông hay mã hoá tín hiệu

• Lớp con Reconciliation (hoà giải ) và MII (Media IndependentInterface) cung cấp kết nối logic giữa lớp con MAC và tập hợp khác nhau của lớpphụ thuộc phương tiện MII và GMII được định nghĩa với các đường dẫn dữ liệu thu

và phát riêng biệt ở tốc độ dữ liệu là 10 Mbps (độ rộng là 1 bit), với tốc độ 100Mbps(độ rộng là 4 bit), với tốc độ là 1000 Mbps(độ rộng là 8 bit) Giao tiếp độc lậpphương tiện (MII) và lớp con Reconciliation có chung từng tốc độ truyền của nó vàđược cấu hình cho hoạt động song công

25

• Lớp con mã hoá vật lý phụ thuộc phương tiện(PCS): cung cấp logiccho mã hoá, ghép kênh và đồng bộ của luồng dữ liệu đi cũng như sựu liên kết mãtách kênh và giải mã cho dữ liệu đến.

• Lớp con PMA(Physical Medium Attachment): chứa tín hiệu thu vàphát cũng như phục hồi đồng hồ cho luồng dữ liệu thu

• MDI (Medium Dependent Interface): là bộ kết nối cáp giữa tín hiệuthu nhận và đường truyền

• Auto-negotiation Sublayer cho phép NIC ở mỗi đầu cuối đườngtruyền trao đổi thông tin về khả năng riêng có của nó, sau đó thương lượng và chọnlựa mô hình hoạt động thuận lợi nhất mà cả hai mô hình đều có thể hổ trợ Auto-negotiation là một tuỳ chọn trong Ethernet trước đây và được uỷ thác phiên bản sau

Phụ thuộc vào kiểu mã hoá tín hiệu được sử dụng và cấu hình đường truyềnnhư thế nào mà PCS và PMA có thể hoặc không thể hổ trợ hoạt động song công

26

Hình 3.8: Mô hình tham chiếu lớp vật lý Ethernet

3.9 Kết luận chương

Với mô hình linh hoạt, kiến trúc đơn giản đặc biệt là chi phí thấp, Ethernet đãvượt qua ATM và trở thành công nghệ phổ biến hiện nay Ethernet được chuẩn hoátheo chuẩn IEEE802.3 với các tốc độ hoạt động đa dạngvà tương tích với mô hìnhbảy lớp là điều kiện thuận lợi để ứng dụng vào mạng truy cập Ngoài ra, Ethernet còntương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau nên trở thành một sự lựa chọn lý tưởngcho mạng truy nhập để truyền tải lưu lượng IP và hổ trợ hiệu quả lưu lượng đaphương tiện Ethernet đã chứng tỏ là lựa chọn thích hợp nhất cho mạng quang thụđộng để ứng dụng cho mạng truy nhập

27

CHƯƠNG4 MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON

4.1 Giới thiệu chương

Việc vượt trội về khả năng truyền dữ liệu của mạng quang thụ động PON làkhông phủ nhận, nhưng để khai thác tối đa khả năng của nó thì còn tuỳ thuộc vàocông nghệ được lựa chọn trong truyền tải Chương này trình bày sự kết hợp cộngnghệ Ethernet trong mạng truy nhập quang thụ động gọi tắt EPON, và đưa ra nguyên

lý truyền,lợi ích của nó và EPON với kiến trúc IEEE 802, giao thức điều khiển đađiểm MPCP(Multi Point Control Protocol)

4.2 Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON

EPON là sự kết hợp giữa mạng truy cập quang thụ động PON và kỷ thuậtEthernet nên nó mang ưu điểm của cả hai công việc này Việc triển khai EPON manglại lợi ích rất to lớn bao gồm:

• Băng thông cao hơn: EPON sẽ cung cấp băng thông cao nhất cho ngườidùng trong bất kỳ hệ thống truy cập quang thụ động nào Tốc độ lưu lượng hướngxuống là 1Gbps và lưu lượng lên từ 64 ONU có thể vượt quá 800 Mbps Với khảnăng cung cấp băng thông rất lớn như vậy, EPON có một số lợi ích sau:

o Số lượng thuê bao trên một mạng PON lớn

o Băng thông trên mỗi thuê bao nhiều

o Khả năng cung cấp video

o Chất lượng dịch vụ tốt hơn

• Chi phí đầu tư thấp hơn: Hệ thống EPON đang khắc phục giữa chi phí

và hiệu suất bằng sợi quang và các lênh kiện Ethernet EPON cung cấp các chức năng

và đặc tính sợi quang với giá có thể so sánh được với DSL và cáp đồng T1s Hơnnữa, việc giảm chi phí đạt được nhờ kiến trúc đơn giản, hiệu quả hoạt động cao vàchi phí bảo dưỡng thấp EPON chuyển giao những cơ hội giảm giá sau:

o Loại trừ những phần tử ATM và SONET phức tạp và đắc đỏ

o Các lênh kiện quang thụ động sống lâu đã giảm được chi phí bảo dưỡng.

o Những giao diện Ethernet chuẩn loại trừ nhu cầu cho DSL và Modem cáp

bổ sung

Nhiều lợi nhuận hơn: EPON có thể hổ trợ đồng thời các dịch vụ thoại, dữ liệu

và video, cho phép nhà cung cấp nâng cao dịch vụ băng rộng và linh hoạt Ngoài ra,

nó cũng cung cấp các dịch vụ truyền thống như POST, T1, 10/100 Base-T, hổ trợ cácdịch vụ trên nền ATM, TDM(Time Division Multiplexing) và SONET

4.3 Mạng truy cập quang thụ động EPON

EPON là mạng dựa trên mạng PON mà nó mang lưu lượng dữ liệu được đónggói vào khung Ethernet Nó sử dụng chuẩn mã đường truyền 8b/10b (8 bit ngườidùng được mã hoá như 10 bit đường truyền ) và hoạt động ở tốc độ chuẩn củaEthernet

cả hai

Ở hướng xuống, EPON hoạt động như một mạng quảng bá Khung Ethernetđược truyền bởi OLT qua bộ chia quang thụ động đến từng ONU ( với N trongkhoảng từ 4 đến 64) ONU sẽ lọc bỏ các gói tin không phải là của nó nhờ vào địa chỉMAC(Media Access Control) trước khi truyền các gói tin còn lại đến người dùng.Hình 4.1

Ở hướng lên, vì đặc tính định hướng của bộ kết hợp quang thụ động, khung

dữ liệu từ bất kỳ ONU nào chỉ đến OLT và không đến các ONU khác Trong trườnghợp đó, ở hướng lên: đặc tính của EPON giống như kiến trúc điểm- điểm Tuy nhiên,không giống như mạng điểm - điểm thật sự, các khung dữ liệu trong EPON từ cácONU khác nhau được truyền đồng thời vẫn có thể bị xung đột Vì vậy, ở hướng lên(từ người dùng đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh xung đột dữ liệu

và chia sẽ dung lượng kênh quang hợp lý Ở đây, luồng dữ liệu hướng lên được phân

bố theo thời gian Hình 4.2

Nếu không có khung nào trong bộ đệm để điền vào khe thời gian thì 10 bit đặctính rỗng sẽ được truyền Sự sắp xếp định vị khe thời gian hợp lý có thể định vị tĩnh(TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức thời trong từng ONU (thực hiệnthống kê ) Có nhiều mô hình định vị như là định vị dựa vào quyền ưu tiên của dữliệu, dựa vào chất lượng dịch vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết (SLAs:Service Level Agreements)

Hình 4.1: Lưu lượng hướng xuống trong EPON

Hình 4.2: Lưu lượng hướng lên trong EPON