Nghiên cứu về công nghệ GPON và ứng dụng triển khai trên mạng viễn thông viettel hải phòng

Các nhà nghiên cứu, các công ty cung cấp thiết bị cùng các tập đoàn viễn thông… đã và đang nghiên cứu để phát triển và áp dụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phươ

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

CHU VĂN VÂN

NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ GPON VÀ ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG

VIETTEL HẢI PHÕNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HẢI PHÕNG – 2016

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

CHU VĂN VÂN

NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ GPON VÀ ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG

VIETTEL HẢI PHÕNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ;MÃ SỐ : 60520203

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Xuân Việt

HẢI PHÕNG – 2016

i

LỜI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn do chính tôi thực hiện và được sự hướng dẫn khoa học của thầy PGS TS Trần Xuân Việt Các nội dung được trình bày trong luận văn đều là trung thực và chưa được công bố hay bảo vệ ở bất kì hội đồng khoa học nào Những số liệu được sử dụng trong luận văn được em thu thập

từ các nguồn khác nhau có ghi rõ nguồn

Nếu phát hiện bất kì gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung của mình

Hảiphòng, ngày 18 tháng 09 năm 2016

KS Chu Văn Vân

ii

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy các cô trường ĐH Hàng Hải Việt Nam cùng các thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử đã dạy bảo giúp em trong quá trình học tập Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy PGS.TS Trần Xuân Việt, giảng viên khoa Điện- ĐiệnTử Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện giúp em có thể hoàn thành được luận văn thạc sĩ của mình

Do kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình làm luận văn nên em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các quý thầy cô để giúp em có thể hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !!!

iii

Mục lục

LỜI CAM DOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH v

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG (PON) 3

1.1 Giới thiệu 3

1.1.1 Ưu điểm của mạng quang thụ động (PON) 4

1.1.2 Kiến trúc PON (Mạng quang thụ động) 6

1.2 Các hệ thống PON hiện đang được triển khai 7

1.2.1 APON/ BPON 7

1.2.2 GPON 8

1.2.3 EPON- GEPON 8

1.2.4 WDM-PON 8

1.2.5 Nhận xét 9

1.3 Kết luận 10

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 11

2.1 Giới thiệu chung 11

2.2 Tổng quan về mạng truy cập quang 11

2.3 Các tiêu chuẩn mạng và kiến trúc của GPON 12

2.4 Nguyên lý làm việc của GPON và tham số chất lượng cơ bản của mạng GPON 17

2.5 Các kiểu bảo vệ mạng GPON và kiến trúc đóng gói trong GPON 20

2.6 Các công nghệ chính trong GPON và các cơ chế hoạt động 24

2.6.1 Ranging 24

2.6.2 DBA (Dynamic Bandwidth Assignment) 25

2.6.3 T-CONT Bandwidth Terms 26

iv

2.6.4 Hai cơ chế cấp phát băng thông tự động 28

2.6.5 Cơ chế quản lý chất lượng QoS của ONU trong GPON 30

2.6.6 Thuật toán mã hóa kênh truyền AES 31

2.6.7 Cơ chế sửa lỗi FEC 31

2.7 Các dịch vụ cơ bản thông qua mạng gpon và một số vấn đề cần lưu ý khi thiết kế mạng GPON 32

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG VÀO VIETTEL HẢI PHÕNG 35

3.1 Mô hình mạng BRCĐ(Băng rộng cố định) VIETTEL 35

3.2 Quy hoạch thiết kế mạng băng rộng cố định 39

3.3 Tính toán quỹ công suất mạng BRCĐ 41

3.4 Phương pháp quy hoạch thiết kế 41

3.5.1 Kiểm tra thực tế 46

3.5.2 Kiểm tra thiết kế 47

3.6 Hướng dẫn cài đặt cấu hình CHO ONU I-241 WS và I- 240 WA 48

Phiên bản phần của ONT do Alcatel-Lucent cung cấp cho Viettel 48

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1: Bảng so sánh giữa công nghệ GPON và EPON 10

Bảng 2 1: Các loại băng thông 27

Bảng 2 2: Các khái niệm cơ bản về bước sóng 32

Bảng 3 1: Quy mô mạng lưới 40

Bảng 3 2: Bảng nội dung và yêu cầu 46

Bảng 3 3: Bảng kiểm tra thiết kế 47

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 1: Nhu cầu băng thông ngày càng cao 3

Hình 1 2: Các thành phần cơ bản của PON 4

Hình 1 3: Tốc độ dường truyền của công nghệ PON 5

Hình 1 4: Cấu trúc mạng đơn giản 5

Hình 1 5: Mô hình quang thụ động 6

Hình 1 6: Các kiểu kiến trúc của PON 7

Hình 2 1: Sơ đồ tổng quan về mạng truy cập quang 11

Hình 2 2: Các tiêu chuẩn trong GPON 13

Hình 2 3: Sơ đồ kiến trúc của GPON 14

Hình 2 4: Sơ đồ khối chức năng của OLT 16

Hình 2 5: Sơ đồ khối chức năng trong ONU 17

Hình 2 6: Sơ đồ nguyên lý của GPON 17

Hình 2 7: Downstream Date theo Broadcast Mode 18

Hình 2 8: Upstream Data theo cơ chế truyền tin phân chia theo thời gian (TDMA) 18 Hình 2 9: Sơ đồ bảo vệ sợi trên cáp trục……… 20

Hình 2 10: Bảo vệ Port trên OLT 20

Hình 2 11: Sơ đồ bảo vệ toàn bộ 21

Hình 2 12: Sơ đồ bảo vệ theo Matrix 21

Hình 2 13: Sơ đồ kiến trúc đóng gói trong GPON 22

Hình 2 14: Sơ đồ kiến trúc OLT 22

vi

Hình 2 15: Sơ đồ truyền dịch vụ TDM qua mạng GPON 23

Hình 2 16: Công nghệ Ranging 25

Hình 2 17: Cơ chế hoạt động của DBA 26

Hình 2 18: T-CONT Bandwidth Terms 26

Hình 2 19: Sơ đồ khối DBA trong OLT 28

Hình 2 20: Cơ chế yêu cầu thông báo 29

Hình 2 21: Cơ chế quản lý trong GPON 30

Hình 2 22: Thuật toán WRR 30

Hình 2 23: Sơ đồ thuật toán mã hóa kênh truyền AES 31

Hình 2 24: Cơ chế sửa lỗi FEC 31

Hình 2 25: Các dịch vụ cơ bản 32

Hình 3 1: Mô hình mạng BRCĐ Viettel 35

Hình 3 2: Các lớp trong mô hình mạng 35

Hình 3 3: Kiến trúc mạng IPBN 36

Hình 3 4: Lớp phân phối 37

Hình 3 5: Lớp truy cập 38

Hình 3 6: Quy hoạch dịch vụ trên mạng băng rộng cố định 40

Hình 3 7: Sơ đồ suy hao lớp mạng truy nhập quang 41

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, do nhu cầu truyền thông ngày càng caocùng nhiều dịch vụ mới cần băng rộng chạy với tốc độ cao và đa phương tiện trong đời sống kinh tế – xã hội của từng quốc gia cũng như kết nối đến mọi nơi trên thế giới Trước những vấn đề

đó để phục vụ cho sự thúc đẩy cùng sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông chúng ta cần có khả năng tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng cùng với khả năng phục vụ đa dịch vụ Các nhà nghiên cứu, các công ty cung cấp thiết bị cùng các tập đoàn viễn thông… đã và đang nghiên cứu để phát triển và áp dụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện để phát triển mạng viễn thông Trong đó, các giải pháp công nghệ Mạng truy nhập quang với ưu điểm về tốc độ cao, băng thông rộng đang được tập trung nghiên cứu, phát triển

Do vậy, việc phát triển giải pháp công nghệ Mạng truy nhập quang và ứng dụng cho mạng truy nhập để phát triển vànâng cao mạng viễn thông của Viettel Hải Phòng giúp đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật cùng với đó đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin hiện tại và trong tương lai của Hải Phòng là một vấn đề cần thiết

và cấp bách

Côngnghệ GPONđã đượcITUchuẩnhóa,tính đến thời điểm hiện tại làmộttrongnhữngcôngnghệ đượchàng đầuchotriểnkhaimạngtruynhập ởnhiềunướctrênthếgiới.GPONlàcôngnghệvới mạng đầy đủ, cùng với đó nótíchhợpthoại, hìnhảnhvàsố liệuvớibăng thông lớnvới tộc độ cực khủng Chính vì thế GPONchính làcôngnghệ truynhậplựachọntriểnkhaicho hiệntạivàtươnglai

Qua những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, nên em đã quyết định chọn đề tài:

“Nghiên cứu về công nghệ GPON và ứng dụng triển khai trên mạng viễn thông Viettel Hải Phòng” làm luận văn Thạc sỹ kĩ thuật- công nghệ Luận văn gồm 3

chương:

2

Chương 1: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động (PON)

Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON

Chương 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng viễn thông tại Viettel Hải Phòng

Người thực hiện

Chu Văn Vân

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG

(PON) 1.1 Giới thiệu

Mạng viễn thông gồm : mạng truy nhập, mạng đường trục và mạng phía khách

Mạng truy nhập:là mạng ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối với thuê bao, bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được lắp đặt giữa trạm chuyển mạch nội hạt với thiết bị đầu cuối của thuê bao Có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu đến thuê bao Có đặc điểm: thực hiện chức năng ghép kênh, nối chéo và truyền dẫn Nó cung cấp đa dịch vụ: chuyển mạch, số liệu, hình ảnh, thuê kênh… Ngày nay mạng đường trục phát triển nhày vọt với nhiều công nghệ mới như WDM (công nghệ ghép kênh theo bước sóng) Mạng Lan cũng được cải tiến và nâng cấp Tốc độ mạng Lan hiện giờ có thể lên tới 1Gb/s thậm chí là 10GB/s Nó dẫn đến sự chênh lệch rất lớn về băng thông giữa mạng LAN tốc độ cao, mạng đường trục và mạng truy cập tốc độ thấp Do vậy nhu cầu về băng thông ngày càng tăng Trước vấn đề đó một số công nghệ mới được mang rađể đáp ứng những nhu cầu về băng tần

Hình 1 1: Nhu cầu băng thông ngày càng cao

Đến nay các nhà công ty đã triển khai cung cấp các dịch vụ Internet bằng

4

công nghệ đường dây thuê bao số DSL Cho dù tốc độ dữ liệu đã tăng đáng kể dẫu vậy vẫn khó có thể được coi là băng thông rộng do nó không cung cấp được các dịch vụ video, thoại, và dữ liệu cho các thuê bao ở xa Trong hoàn như vậy công nghệ PON chính là giải pháp tốt nhất cho mạng truy cập băng thông rộng Vậy công nghệ PON là gì? PON là mạng thụ động điểm – đa điểm PON viết tắt của Passive Optical Network.Mạng PON không chứa bất kì một phần tử tích cực nào

mà cần phải có sự chuyển đổi điện- quang PON chỉ bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc,…Nó giúp cho PON có rất nhiều ưu điểm : không cần nguồn điện cung cấp do đó không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, tất nhiên độ tin cậy của nó rất cao và hoàn toàn không cần phải bảo dưỡng

vì tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực

PON bao gồm các thành phần cơ bản : OLT(Optical Line Terminal), ONU(Optical Network Unit), Splitter( các bộ chia quang tự động)

Hình 1 2: Các thành phần cơ bản của PON

1.1.1 Ưu điểm của mạng quang thụ động (PON)

Mạng PON ngoài việc giải quyết được vấn đề băng thông nó còn ưu điểm về vấn đề lắp đặt với kinh phí thấp do tận dụng được những sợi quang trong mạng có

từ trước Ngoài ra nó còn có thể hoạt động với chế độ không đối xứng do đó sẽ

5

giảm chi phí ONU đi rất nhiều do chỉ phải sử dụng bộ thu phát giá thành thấp hơn

Hình 1 3: Tốc độ dường truyền của công nghệ PON

Công nghệ này có thể đảm bảo được mục tiêu > 100 Mbps/1 khách hàng và là công nghệ có băng thông cung cấp đến khách hàng lớn nhất hiện nay

Công nghệ PON hiện đang được tiếp tục phát triển với khả năng cung cấp băng thông đường truyền lên tới 40 Mbps và 100Mbps với WDM PON

Hình 1 4: Cấu trúc mạng đơn giản Cấu trúc mạng đơn giản , ngoài 2 thiết bị OLT và ONU/ONT là phần tử tích cực, các phần tử còn lại(là phần tử ngoài trời), thụ động( cáp quang, bộ chia quang,

6

ODF) không cần cấp nguồn

Căn chỉnh tín hiệu đơn giản, linh hoạt trong triển khai hạ tầng

1.1.2 Kiến trúc PON (Mạng quang thụ động)

Hình 1 5: Mô hình quang thụ động

Với kiểu sử dụng mạng truy nhập điểm- đa điểm mỗi CO có thể cung cấp mạng cho nhiều thuê bao Những cấu hình thường gặp như : cấu hình cây, vòng ring, cây và nhánh đều phù hợp cho mạng truy nhập

7

Hình 1 6: Các kiểu kiến trúc của PON PON có thể triển khai bất kì cấu hình nào theo các cấu hình trên bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N

1.2 Các hệ thống PON hiện đang được triển khai

1.2.1 APON/ BPON

Các nhà khai thác mạng hàng đầu trên thế giới đã họp với nhau và cho ra đời nhóm FSAN(Full Service Access Network ) vào năm 1995 để thống nhất các tiêu chí cho mạng truy nhập băng rộng Đến nay thì đã có hơn 40 thành viên gia nhập nhóm Họ đã đề ra tiêu chí cho mạng PON đó là dùng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó được gọi là APON(ATM PON) và về sau được thay thế bằng tên BPON để diễn đạt PON băng rộng Hệ thống này có thể cung cấp, phục vụ rất nhiều dịch vụ băng rộng khác nhau tiêu biểu như: Video, Ethernet….Năm 1997 các tiêu chuẩn ITU G.983.x được thông qua dành cho mạng BPON

Hệ thống này hỗ trợ tốc độ đối xứng 622 Mbps hoặc không đối xứng với 155 Mbps đường lên và 622Mbps cho đường xuống

8

1.2.2 GPON

Cấu trúc của hệ thống chỉ có thể hỗ trợ tốc độ cao nhất là 622Mbps và không thể nâng cấp cấp được Thêm vào đó lưu lượng IP của mạng PON trên nền ATM còn không tối ưu nên FSAN đã phát triển hệ thống mới tên GPON (PON Gigabit) vào năm 2001 với tốc độ 1Gbps và năm 2003-2004 nó được chuẩn hóa các tiêu chuẩn G.984.1, G.984.2 và G.984.3 cho mạng GPON Ngày nay nó được định nghĩa dựa trên các giao thức cơ bản của chuẩn SONET/SDH ITU Giao thức này khá đơn giản và nó đạt được gần 95% hiệu suất băng thông GPON hỗ trợ tốc độ bit với đường lên: 1,244Gbit/s và hướng xuống 2.488Gbit/s một tốc độ lớn chưa từng có từ trước tới nay Nó là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTB và FTTH Công nghệ này phù hợp cho việc truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ truyền video và tiếng nói hiện nay và cả trong tương lai dựa trên giao thức SONET/ SDH

1.2.3 EPON- GEPON

EPON được bắt đầu nghiên cứu từ năm 2001 với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet sang mạng truy nhập vùng EPON dựa trên cơ sở PON chứa lưu lượng dữ liệu nằm trong các khung Ethernet và được chuẩn hóa theo IEEE 802.3ah Nó sử dụng mã truyền 8b/10B và hoạt động tốc độ 1Gbps Nó sử dụng bước sóng quang dành cho data/voice là 1310/1490 và 1550nm dành cho video

1.2.4 WDM-PON

WDM-PON là công nghệ quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng có tên tiếng anh là: Wavelength Divison Multiplexing Passive Optical Network Đây là thế hệ tiếp theo của mạng quang, nó cho băng thông lớn nhất WDM-PON hoạt động dựa trên bộ tách và ghép sóng WDM thụ động

9

1.2.5 Nhận xét

Hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu khác như GPON hay EPON

Trong khi GPON cho phép đạt tới tốc độ 2,448 Gbit/s thì EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s Băng thông EPON chỉ đạt hiệu suất tối đa 70% và bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps Trong khi đó, GPON với việc tận dụng gần như tối đa băng thông với hiệu suất lên tới 93% và có khả năng cung cấp băng thông cho các nhà dịch vụ lên tới 2300Mbps, độ rộng băng tần lớn Đã được chuẩn hoá theo ITU–T G.984, Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah hỗ trợ

2 lớp ODN: lớp A và lớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn Lớp C cho phép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng cuối, đạt tới 64 thậm chí 128ONU/ONT

Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đối xứng 1,25/1,25 Gbps ITU- T G.984.2 GPON GEM linh hoạt và biến đổi được nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép 155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps Trong khi GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầu thựctế

Dưới đây là bảng so sánh giữa công nghệ GPON và EPON

10

Bảng 1 1: Bảng so sánh giữa công nghệ GPON và EPON

Từ những so sánh trên ta có thể rút ra kết luận công nghệ GPON chính là công nghệ phù hợp cho hiện tại lẫn tương lai cho việc phát triển lắp đặt hệ thống

và triển khai dịch vụ băng thông rộng

1.3 Kết luận

Với nhiều ưu điểm và thuận lợi nói trên như: Dung lượng rất lớn, trọng lượng cáp được giảm đi rất nhiều, tính bảo mật tốt, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện, thiết bị được đảm bảo an toàn, tốc độ truy nhập cực cao, và khả năng nâng cấp băng thông đơn giản Công nghệ PON là một lựa chọn rất tốt cho việc giải quyết vấn đề tắc nghẽn băng thông trong truy nhập và trở thành công nghệ cần thiết trong tương lai

11

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON

2.1 Giới thiệu chung

GPON hay còn gọi là Gigabit capable Passive Optical Network định nghĩa theo chuẩn ITU-TG.984 GPON hỗ trợ Triple- Play, ngoài ra hỗ trợ giải pháp cung cấp cho tất cả các dịch vụ GPON hỗ trợ băng thông truyền tải lớn nên phù hợp với các dịch vụ đang phát triển trong tương lai: IPTV, Line TV… GPON có thể cung cấp dịch vụ tới khách hàng với khoảng cách lên tới 20km và là con đường tốt nhất cho cung cấp đa dịch vụ

2.2 Tổng quan về mạng truy cập quang

Hình 2 1: Sơ đồ tổng quan về mạng truy cập quang

Hệ thống G-PON bao gồm 3 thành phần chính: OLT, ONT/ONU, ODN

Mạng phân phối quang (Optical Distribution Network = ODN) ODN gồm có 2

Trong mạng GPON chỉ có 2 loại phần tử là thiết bị tích cực (yêu cầu phải có nguồn điện) là OLT, ONT/ONU Các thành phần khác trong mạng (splitter, phụ kiện quang…) đều là thiết bị thụ động (không yêu cầu phải cấp nguồn) do đó giảm thiểu đƣợc rất nhiều sự cố có thể có đối với một phần tử tích cực.

2.3 Cáctiêu chuẩn mạng và kiến trúc của GPON

 Các tiêu chuẩn của GPON

 ITU-T G.984.1

Mô tả các thông số của mạng GPON

Mô tả các cơ chế bảo vệ mạng GPON

 ITU-T G.984.2

Các thông số mạng phân phối quang

Thông số của Port download 2.488Gbps

Thông số của port Upload 1.244Gbps

Vị trí mào đầu của lớp vật lý

 ITU-T G.984.3

GTC: giao thức

GTC: Cấu trúc khung

OMCI khung quản lý thiết bị

OMCI nguyên lý hoạt động

Hình 2 2: Các tiêu chuẩn trong GPON

 Kiến trúc của GPON

14

Hình 2 3: Sơ đồ kiến trúc của GPON

-ONU( Optical Network Unit): đơn vị mạng quang

-ONT(Optical Network Terminal) : thiết bị đầu cuối mạng quang

-ODN(Optical Distribution Network): mạng phân phối quang

-OLT(Optical Line Terminal): thiết bị đầu cuối đường dây

-WDM(Wavelength Division Multiple): ghép kênh theo bước sóng

-NE(Network Element): phần tử mạng

-SNI(Service Node Interface): giao diện dịch vụ node

-UNI(User Network Interface) giao diện người dùng mạng

Hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, bộ chia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT ở bộ chia quang và phân chia ra 64 sợi khác nhau và chúng được kết nối tới các ONU

OLT(Optical Line Terminal): Là thiết bị liên kết giữa mạng truyền dẫn và mạng quang thụ động, điều khiển và kết hợp các thiết bị đầu cuối của mạng quang thụ động (ONT)

ONT(Optical Network Terminal)/ ONU(Optical Network Unit): Là thiết bị đầu cuối trong mạng quang thụ động, có tác dụng chuyển đổi giữa tín hiệu quang

và tín hiệu điện Có thể làm việc với một hoặc nhiều bước sóng quang:

15

nhà cung cấp dịch vụ đi tới các thuê bao, khách hàng và ngược lại Nó giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý Bộ chia quang thường được đặt ở các điểm truy nhập quang và điểm phân phối quang

16

 Khối chức năng của OLT

Hình 2 4: Sơ đồ khối chức năng của OLT

PON core shell: Gồm 2 khối chức năng: Chức năng giao diện ODN và

PON-TC PON TC gồm:Framing, Media Access Control, OAM, DBA, phân định quản lý PDU (Protocol Data Unit) cho khối chức năng Cross-connection và quản

lý ONU.Mỗi PON TC có thể lựa chọn một trong các mode: ATM, GEM hoặc

Dual

Cross-connect shell: Cung cấp kênh kết nối giữa khối PON core shell với

khối Services shell Giao thức để kết nối 2 khối này phụ thuộc vào dịch vụ và kiến trúc nội bộ trong OLT Phổ biến hiện nay dùng giao thức GEM

Service shell: Cung cấp giao diện kết nối dịch vụ (có thể là router/switch,

thiết bị SDH hoặc WDM…) và giao diện khung TC của kết nối PON

17

 Khối chức năng trong ONU

Hình 2 5: Sơ đồ khối chức năng trong ONU

-Về cơ bản các khối chức năng của ONU giống với OLT

-Tuy nhiên do ONU chỉ có 1 hoặc tối đa 2 giao diện kết nối PON (trong trường hợp thiết kế đảm bảo dự phòng 1+1) do đó khối cross-connection được lược giản hóa thành khối Mux/Demux

 Mạng phân phối quangODN

MạngphânphốiquangkếtnốigiữaOLTvớimộthoặcnhiềuONU sử dụng thiếtbịtách/ghépquangvàmạngcápquangthuêbao

2.4 Nguyên lý làm việc của GPON và tham số chất lượng cơ bản của mạng GPON

 Nguyên lý làm việc

Hình 2 6: Sơ đồ nguyên lý của GPON

-GPON thông qua 2 kĩ thuật ghép kênh cơ bản

+Downstream: gói tin đƣợc truyền theo kĩ thuật broad cast

+Upstream: Gói tin đƣợc truyền thông qua kĩ thuật TDMA

Hình 2 7: Downstream Date theo Broadcast Mode

Hình 2 8: Upstream Data theo cơ chế truyền tin phân chia theo thời gian

(TDMA)

19

 Tham số chất lượng cơ bản của mạng GPON

GPON hỗ trợ 7 tốc độ truyền Up/Down như sau:

Truyền tải giữa OLT và ONU/ONT:

Sử dụng bước sóng riêng cho chiều downstream và upstream

Giao thức hoạt động: GTC (GPON Tranmission Convergence)

Truyền tải downstream:

OLT broadcasts data tới tất cả các ONU/ONT (λ = 1490nm)

Tốc độ phổ biến hiện nay 2.5 Gbps

ONU nhận diện data của nó bằng ONU-ID

Truyền tải upstream:

Các ONU chia sẻ băng thông dùng TDM (λ = 1310nm)

Tốc độ phổ biến hiện này 1.25 Gbps

OLT đóng vai trò điều phối

Các cơ chế hoạt động chính:

Activation Process

Dynamic Bandwidth Allocation (DBA)

20

2.5 Các kiểu bảo vệ mạng GPON và kiến trúc đóng gói trong GPON

 Các kiểu bảo vệ:

 Bảo vệ sợi trên cáp trục

Hình 2 9: Sơ đồ bảo vệ sợi trên cáp trục

Không bảo vệ trên thiết bị

Trên đoạn từ OLT tới bộ chia Khi sợi chính bị đứt, dịch vụ sẽ truyền trên sợi thứ 2 bằng cách chuyển sợi

Trên đoạn từ bộ chia tới khách hàng, không có bảo vệ về sợi Khi cáp đứt, dịch vụ

sẽ bị mất

 Bảo vệ Port trên OLT

Hình 2 10: Bảo vệ Port trên OLT OLT cung cấp 2 giao diện GPON

Trên đoạn từ OLT tới bộ chia Khi sợi chính bị đứt, dịch vụ sẽ truyền trên sợi thứ 2 một cách tự động

Trên đoạn từ bộ chia tới khách hàng, không có bảo vệ về sợi Khi cáp đứt, dịch vụ

sẽ bị mất

21

 Bảo vệ toàn bộ

Hình 2 11: Sơ đồ bảo vệ toàn bộ

Cả OLT và ONU cung cấp 2 giao diện GPON hoạt động 1:1

Thực hiện bảo vệ trên toàn bộ mạng GPON

Trong trạng thái bình thường, luôn có 1 interface rỗi, vì vậy hiệu suất sử dụng băng thông thấp

Giá thành cao

 Bảo vệ theo Matrix

Hình 2 12: Sơ đồ bảo vệ theo Matrix

22

Cả OLT và ONU cung cấp 2 giao diện GPON hoạt động 1+1

Thực hiện bảo vệ trên toàn bộ mạng GPON

Thực hiện bảo vệ cả đến thành phận thụ động là bộ chia quang

Giá thành rất cao

 Kiến trúc đóng gói trong GPON

Hình 2 13: Sơ đồ kiến trúc đóng gói trong GPON

Hình 2 14: Sơ đồ kiến trúc OLT

23

 GEM port: Là đơn vị nhỏ nhất mang dịch vụ

 Một GPON Interface của một ONU bao gồm 1 hoặc nhiều T-CON T-CON: Transmission Container là một loại của hàng đợi mang thông tin

Thường sử dụng để mang dữ liệu cho hướng Upstream

T-CON có liên quan tới việc phân chia băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Assignment)

Tối ưu việc sử dụng băng thông

Cơ bản của việc đóng gói trong GPON: Lưu lượng dịch vụ được mang trên các GEM-Port khác nhau Sau đó các GEM-port này được đóng vào các T-CON khác nhau

Lưu ý:

Một GEM-port có để đóng gói vào 1 T-CON

Nhiều GEM- port có thể đóng gói vào cùng 1 T-CON

 Truyền dịch vụ TDM qua mạng GPON

Hình 2 15: Sơ đồ truyền dịch vụ TDM qua mạng GPON

24

 Gói tín của TDM frames được đóng gói trong 1 loại GEM Frame đặc biệt có chiều dài cố định  Do kích thước cố định nên tính chất truyền tin gần giống TDM

 Cho phép truyền TDM qua mạng PON một cách trong suốt

 Truyền dịch vụ Ethernet qua GPON

 GPON cũng đóng gói 1 phần packet ethernet thành payload của GEM frame

 GEM frame tự động thay đổi phần header cho phù hợp mạng PON (bổ sung Payload ID, Port ID, PTI, CRC… gồm 5 byte)

2.6 Các công nghệ chính trong GPON và các cơ chế hoạt động

 OLT xác định khoảng cách tới ONU thông qua cơ chế Ranging từ đó cấp cho ONU đó thời gian chính xác để truyền gói tin  tránh va chạm trên cùng 1 sợi quang

 Để bắt đầu quá trình cấp phát, OLT yêu cầu toàn bộ ONU tạm dừng không gửi gói tin trong thời gian xác định (quiet time), sau đó thực hiện cơ chế Ranging để yêu cầu từng ONU phản hồi, từ đó sẽ xác định được khoảng cách tới ONU

25

Hình 2 16: Công nghệ Ranging

2.6.2 DBA(Dynamic Bandwidth Assignment)

DBA là cơ chế cấp phát băng thông cho ONU (upload) trong khoảng thời gian ns và us Trong hệ thống GPON bắt buộc cần phải có DBA vì: nó có thể tận dụng hiệu quả băng thông uplink, nó tăng số lƣợng user đồng thời sử dụng và cho phép 1 số user có yêu cầu băng thông cao theo đăng ký dịch vụ

Cơ chế hoạt động của DBA:

OLT

ONU in Ranging state

EqD 'Zero Distance' EqD

ONU Response Time

26

Hình 2 17: Cơ chế hoạt động của DBA

 Băng thông lớn nhất, nhỏ nhất là danh giới của sự phân chi băng thông cho mỗi ONU, đảm bảo sự ưu tiên khác nhau cho các dịch vụ khác nhau

 Thông thường thì băng thông Voice được ưu tiên nhất, sau đó đến Video và cuối cùng là Data

2.6.3 T-CONT Bandwidth Terms

 Transmission Containers (T-CONTs): được cấp phát động bởi OLT, cho phép

sử dụng hiệu quả kênh truyền chiều lên

 T-CONT gồm các nhóm FB, AB, NAB, and BE

 5 loại T-CONT: Type1, Type2, Type3, Type4, và Type5

Hình 2 18: T-CONT Bandwidth Terms

27

2.6.3.1 Mối quan hệ giữa T-CON và các loại hình dịch vụ

Bảng 2 1: Các loại băng thông

 Type 1: Là loại cố định băng thông, thường được sử dụng cho các dịch vụ nhạy

về delay và có độ ưu tiên cao như dịch vụ Voice

 Type 2 và Type 3: Là loại có băng thông được cam kết Thường được sử dụng cho dịch vụ Video và Data có độ ưu tiên cao

 Type 4: Là loại có băng thông không cam kết Thường được sử dụng cho loại dịch vụ Data (giống như Internet và email) và dịch vụ có độ ưu tiên thấp Những dịch vụ đó không yêu cầu băng thông cao

 Type 5: Là sự kết hợp của các loại T-CON