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

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG 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 TRƢỜNG 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 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Trần Xuân Việt HẢI PHÕNG – 2016 LỜI CAM DOAN Tôi xin cam đoan luận văn thực đƣợc hƣớng dẫn khoa học thầy PGS TS Trần Xuân Việt Các nội dung đƣợc trình bày luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố hay bảo vệ hội đồng khoa học Những số liệu đƣợc sử dụng luận văn đƣợc em thu thập từ nguồn khác có ghi rõ nguồn Nếu phát gian lận xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung Hảiphòng, ngày 18 tháng 09 năm 2016 KS Chu Văn Vân i LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trƣờng ĐH Hàng Hải Việt Nam thầy cô khoa Điện- Điện Tử dạy bảo giúp em trình học tập Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Trần Xuân Việt, giảng viên khoa Điện- ĐiệnTử Trƣờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện giúp em hoàn thành đƣợc luận văn thạc sĩ Do kiến thức hạn hẹp nên chắn không tránh khỏi thiếu sót trình làm luận văn nên em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô để giúp em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn !!! ii Mục lục LỜI CAM DOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH v LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG (PON) 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Ƣu điểm mạng quang thụ động (PON) 1.1.2 Kiến trúc PON (Mạng quang thụ động) 1.2 Các hệ thống PON đƣợc triển khai 1.2.1 APON/ BPON 1.2.2 GPON 1.2.3 EPON- GEPON 1.2.4 WDM-PON 1.2.5 Nhận xét 1.3 Kết luận 10 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 11 2.1 Giới thiệu chung 11 2.2 Tổng quan mạng truy cập quang 11 2.3 Các tiêu chuẩn mạng kiến trúc GPON 12 2.4 Nguyên lý làm việc GPON tham số chất lƣợng mạng GPON 17 2.5 Các kiểu bảo vệ mạng GPON kiến trúc đóng gói GPON 20 2.6 Các công nghệ GPON 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 iii 2.6.4 Hai chế cấp phát băng thông tự động 28 2.6.5 Cơ chế quản lý chất lƣợng QoS ONU 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 thông qua mạng gpon số vấn đề cần lƣu ý thiết kế mạng GPON 32 CHƢƠNG 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 Phƣơng pháp quy hoạch thiết kế 41 3.5.1 Kiểm tra thực tế 46 3.5.2 Kiểm tra thiết kế 47 3.6 Hƣớng dẫn cài đặt cấu hình CHO ONU I-241 WS I- 240 WA 48 Phiên phần ONT Alcatel-Lucent cung cấp cho Viettel 48 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Bảng so sánh công nghệ GPON EPON 10 Bảng 1: Các loại băng thông 27 Bảng 2: Các khái niệm bƣớc sóng 32 Bảng 1: Quy mô mạng lƣới 40 Bảng 2: Bảng nội dung yêu cầu 46 Bảng 3: Bảng kiểm tra thiết kế 47 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Nhu cầu băng thông ngày cao Hình 2: Các thành phần PON Hình 3: Tốc độ dƣờng truyền công nghệ PON Hình 4: Cấu trúc mạng đơn giản Hình 5: Mô hình quang thụ động Hình 6: Các kiểu kiến trúc PON Hình 1: Sơ đồ tổng quan mạng truy cập quang 11 Hình 2: Các tiêu chuẩn GPON 13 Hình 3: Sơ đồ kiến trúc GPON 14 Hình 4: Sơ đồ khối chức OLT 16 Hình 5: Sơ đồ khối chức ONU 17 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý GPON 17 Hình 7: Downstream Date theo Broadcast Mode 18 Hình 8: Upstream Data theo chế truyền tin phân chia theo thời gian (TDMA) 18 Hình 9: Sơ đồ bảo vệ sợi cáp trục……… 20 Hình 10: Bảo vệ Port OLT 20 Hình 11: Sơ đồ bảo vệ toàn 21 Hình 12: Sơ đồ bảo vệ theo Matrix 21 Hình 13: Sơ đồ kiến trúc đóng gói GPON 22 Hình 14: Sơ đồ kiến trúc OLT 22 v Hình 15: Sơ đồ truyền dịch vụ TDM qua mạng GPON 23 Hình 16: Công nghệ Ranging 25 Hình 17: Cơ chế hoạt động DBA 26 Hình 18: T-CONT Bandwidth Terms 26 Hình 19: Sơ đồ khối DBA OLT 28 Hình 20: Cơ chế yêu cầu thông báo 29 Hình 21: Cơ chế quản lý GPON 30 Hình 22: Thuật toán WRR 30 Hình 23: Sơ đồ thuật toán mã hóa kênh truyền AES 31 Hình 24: Cơ chế sửa lỗi FEC 31 Hình 25: Các dịch vụ 32 Hình 1: Mô hình mạng BRCĐ Viettel 35 Hình 2: Các lớp mô hình mạng 35 Hình 3: Kiến trúc mạng IPBN 36 Hình 4: Lớp phân phối 37 Hình 5: Lớp truy cập 38 Hình 6: Quy hoạch dịch vụ mạng băng rộng cố định 40 Hình 7: Sơ đồ suy hao lớp mạng truy nhập quang 41 vi LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nhu cầu truyền thông ngày caocùng nhiều dịch vụ cần băng rộng chạy với tốc độ cao đa phƣơng tiện đời sống kinh tế – xã hội quốc gia nhƣ kết nối đến nơi giới Trƣớc vấn đề để phục vụ cho thúc đẩy phát triển kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông cần có khả tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng với khả phục vụ đa dịch vụ Các nhà nghiên cứu, công ty cung cấp thiết bị tập đoàn viễn thông… nghiên cứu để phát triển áp dụng giải pháp công nghệ băng rộng/tốc độ cao đa phƣơng tiện để phát triển mạng viễn thông Trong đó, giải pháp công nghệ Mạng truy nhập quang với ƣu điểm tốc độ cao, băng thông rộng đƣợc tập trung nghiên cứu, phát triển Do vậy, việc phát triển giải pháp công nghệ Mạng truy nhập quang ứng dụng cho mạng truy nhập để phát triển vànâng cao mạng viễn thông Viettel Hải Phòng giúp đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật với đáp ứng đƣợc nhu cầu trao đổi thông tin tƣơng lai Hải Phòng vấn đề cần thiết cấp bách Côngnghệ GPONđã đƣợcITUchuẩnhóa,tính đến thời điểm làmộttrongnhữngcôngnghệ đƣợchàng ởnhiềunƣớctrênthếgiới.GPONlàcôngnghệvới đầuchotriểnkhaimạngtruynhập mạng đầy đủ, với nótíchhợpthoại, hìnhảnhvàsố liệuvớibăng thông lớnvới tộc độ cực khủng Chính GPONchính làcôngnghệ truynhậplựachọntriểnkhaicho hiệntạivàtƣơnglai Qua sở khoa học thực tiễn đó, nên em định chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ GPON ứng dụng triển khai mạng viễn thông Viettel Hải Phòng” làm luận văn Thạc sỹ kĩ thuật- công nghệ Luận văn gồm chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan mạng truy nhập quang thụ động (PON) Chƣơng 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON Chƣơng 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng viễn thông Viettel Hải Phòng Ngƣời thực Chu Văn Vân  Bƣớc 1: - Kết nối Laptop với cổng Ethernet ONT - Cài đặt cổng Ethernet Laptop với địa IP động - Laptop nhận đƣợc địa IP từ ONT, với địa IP 192.168.2.1/24  Bƣớc 2: - Truy nhập vào ONT với địa URL: http://192.168.2.254/debugConfig.cmd User: admin Password: admin  Bƣớc Trong mục “Voice Managed Setup”, thay đổi chế quản lý từ OMCI sang TR69 (mặc định ban đầu OMCI) 49 CẤU HÌNH DỊC VỤ HSI:  Bƣớc Truy nhập vào giao diện Web GUI ONT với địa URL: http://192.168.2.254 User: admin Password: admin 50  Bƣớc Chọn mục “RWG” chọn “Add” để thêm cấu hình WAN cho HIS  Bƣớc Lựa chọn cấu hình cho WAN  - WAN Connection type Chọn PPP over Ethernet (PPPoE) - Select Service type  Chọn HSI - Enter Service Description  Mô tả dịch vụ (option) - Enter 802.1P Priority [0-7]  Điền giá trị - Enter 802.1Q VLAN ID [0-4094]  Điền giá trị 35 (Tùy thuộc vào cấu hình local VLAN OLT) - Các thông số khác giữ nguyên giá trị - Nhấn “Next” để tiếp tục 51  Bƣớc - Điền PPP username PPP Password - Các thông số khác giữ nguyên giá trị - Nhấn “Next” để tiếp tục  Bƣớc - Giữ nguyên thông số - Nhấn “Next” để tiếp tục 52 Nhấn “Next” để tiếp tục  Bƣớc - Nhấn “Apply/Save” để kết thúc cấu hình Nhấn “Apply/Save” để hoàn thành Sau đó, Kiểm tra trạng thái PPPOE WAN link Connected 53 CẤU HÌNH DỊCH VỤ VoIP  Bƣớc Truy nhập vào giao diện Web GUI ONT với địa URL: http://192.168.2.254 User: admin Password: admin  Bƣớc Chọn mục “RWG” chon “Add” đê thêm cấu hình WAN chodịch vụ Voice 54  Bƣớc Lựa chọn cấu hình cho WAN  - WAN Connection type Chọn PPP over Ethernet (PPPoE) - Select Service type  Chọn VoIP - Enter Service Description  Mô tả dịch vụ (option) - Enter 802.1P Priority [0-7]  Điền giá trị - Enter 802.1Q VLAN ID [0-4094]  Điền giá trị 20 (tùy thuộc vào cấu hình local VLAN OLT) - Các thông số khác giữ nguyên giá trị - Nhấn “Next” để tiếp tục Nhấn “Next” để tiếp tục  Bƣớc - Điền PPP username PPP Password - Các thông số khác giữ nguyên giá trị - Nhấn “Next” để tiếp tục 55  Bƣớc - Giữ nguyên thông số - Nhấn “Next” để tiếp tục  Bƣớc - Nhấn “Apply/Save” để hoàn thành cấu hình PPPoE cho Voice Nhấn “Apply/Save” để hoàn thành 56 Sau đó, Kiểm tra trạng thái PPPoE WAN link Connected nhƣ hình  Bƣớc - Chọn mục “VoIP” nhấn vào “SIP Setting”  Bƣớc - Điền thông số SIP Server IP address SIP account username/password - Các thông số khác giữ nguyên Nhấn “Apply/Save” để hoàn thành cấu hình PPPoE cho Voice 57  Bƣớc Vào mục “Voice” chọn “SIP status” để kiểm tra trạng thái Voice account Nếu thành công, Trạng thái SIP Line1 Line2 “Registered”  CÁC BƢỚC CẤU HÌNH CHO I-240W-A THAY ĐỔI CHẾ ĐỘ CỔNG  Bƣớc 1: - Kết nối Laptop với cổng Ethernet ONT - Cài đặt cổng Ethernet Laptop với địa IP động - Laptop nhận đƣợc địa IP từ ONT, với địa IP 192.168.2.1/24  Bƣớc 2: Truy nhập vào ONT với địa URL: http://192.168.1.254 User: adminadmin Password: “kiểm tra mặt sau ONT” 58  Bƣớc - Chọn mục “Network”  Nhấp vào “LAN” - Thay đổi cổng Eth2 Eth3 thành Bridge mode nhƣ yêu cầu (cổng Eth2 dành cho Voice ATA Eth3 dành cho IPTV/Multiscreen) 59 Nhấn vào “Apply/Save”, ONT tự động Reboot lại CẤU HÌNH DỊCH VỤ HIS Chọn mục “Network” Chọn “WAN” điền cấu hình WAN cho dịch vụ HSI - Nhấn vào “Save” để hoàn thành cấu hình cho HIS 60 Sau đó, bạn nhìn thấy trạng thái PPPoE WAN link Connected 61 KẾT LUẬN Công nghệ PON công nghệ phù hợp cho triển khai mạng truy nhậpquang tƣơng lai Thông qua khảo sát, đánh giá nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng địa bàn Hải Phòng kết hợp với định hƣớng triển khai PON tập đoàn đề xuất phƣơng án triển khai GPON cho Viettel Hải Phòng tới năm 2016 định hƣớng tới năm 2020 Mạng truy nhập quang đƣợc xem sở hạ tầng tốt cho mạng truy nhập băng rộng Việc nghiên cứu mô hình mạng truy nhập quang đƣợc quan tậm Mục tiêu hƣớng tới mềm dẻo, giảm giá thành, nâng cao hiệu sử dụng băng tần sợiquang Trong giải pháp PON giải pháp công nghệ GPON giải pháp hợp lý ba mục tiêu mà mạng truy nhập quang hƣớng tới Thứ nhất: thay đổi cấu hình xây lắp tuyến quang mà cần đặt chia điểm tập chung cáp; thứ hai: giảm đƣợc chi phí nhờ sử dụng chung đƣợc môi trƣờng truyền dẫn nhiều ngƣời sử dụng; thứ ba: phù hợp với loại hình truyền thông tin nhờ băng tần rộng sợquang Công nghệ GPON đời nhằm mục đích kết hợp điểm mạnh truyền tải TDM kết hợp với sở hạ tầng mạng cáp quang chi phí thấp, kết nối điểm đa điểm, hỗ trợ truyền tải TDM Ethernet Đây công nghệ hứa hẹn giải đƣợc vấn đề tắc nghẽn băng thông cho phép xây dựng mạng cáp quang truy nhập băng rộng có tính tƣơng tác cao Hiện GPON đƣợc ITU chuẩn hoá, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu thực tế thị trƣờng Việt Nam nói chung Hải Phòng nói riêng 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].CredicF.Lam(2007),PassiveOpticalNetworksprinceiplesandpractice, pp.215-264 [2].PaulE.Green,Jr.(2006),Fibertothehomethenewempowerment [3].ITUG.984.1(2003),GigabitcapablePassiveOpticalNetworks(GPON):General characteristics [4].ITUG.984.2(2003),GigabitcapablePassiveOpticalNetworks(GPON):Physical MediaDependent(PMD)layerspecification [5].ITUG.984.3(2004),GigabitcapablePassiveOpticalNetworks(GPON): Transmissionconvergencelayerspecification [6].ITUG.984.4(2004),GigabitcapablePassiveOpticalNetworks(GPON):ONT managementandcontrolinterfacespecification [7] ITU G.983.1 (1998), Broadband Optical Access Systems Based on Passice Optical Networks (PON) www.alcatel-lucent.com [8] Báo cáo thiết kế tập đoàn viễn thông Viettel Hải Phòng 63 ...BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG 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... GPONchính làcôngnghệ truynhậplựachọntriểnkhaicho hiệntạivàtƣơnglai Qua sở khoa học thực tiễn đó, nên em định chọn đề tài: Nghiên cứu công nghệ GPON ứng dụng triển khai mạng viễn thông Viettel Hải Phòng ... băng thông rộng đƣợc tập trung nghiên cứu, phát triển Do vậy, việc phát triển giải pháp công nghệ Mạng truy nhập quang ứng dụng cho mạng truy nhập để phát triển vànâng cao mạng viễn thông Viettel