nghiên cứu công nghệ truy nhập quang thụ động gpon

Thuật ngữ viết tắt Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AES Advanced Encryption Standar Chuẩn mã hóa tiên tiến Alen ATM(partition) length Chiều dài phần ATM Alloc- ID Allocation Identifier Bộ nhận dạng phân định APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng BCH Bose- Chaudhuri- Hocquengham Mã BCH BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BIP Bit Interleaved Parity Bit kiểm tra chẵn lẻ Blen Bwmaplenght Chiều dài đồ băng thông B-PON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng BW Bandwith Băng thông BWmap Bandwith map Bản đồ băng thơng CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vịng dư DBA Dynamic BandwithAssigment Phân định băng thông động DBR Deterministic Bit Rate Tốc độ bit danh định DBRu Dynamic BandwithAssigment Báo cáobăng thông động luồng lên DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng Ethernet FCS Frame Check Sequence Dãy bít kiểm tra khung FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FTTB Fiber To The Building Cáp quang nối đến tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Cáp quang nối đến cụm dân cư FTTH Fiber To The Home Cáp quang nối tới nhà GEM G-PON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON GPM G-PON Physical Media Mơit rường vậtl ý GPON GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit GTC G-PON Transmission Convergence Hội tụt ruyền dẫn GPON HEC Header Error Control Điều khiển lỗi mào đầu OAM Operations, Admintration and Maintenance Vận hành, quản lý bảo dưỡng ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối đường quang OMCI ONU Management and Control Interface Giao diện quản lý điều khiển ONU ONT Optical Network Termination Thiết bị kết cuối mạng quang ONU Optical Network Unit Thiết bị đầu cuối quang người dùng ONU-ID ONU Identifier Nhận dạng ONU PCBd Physical Control Block downstream Khối điều khiển vật lý hướng xuống PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức Plend Payload Length downstream Chiều dài tải hướng xuống PLI Payload Length Indicator Chỉ thị chiều dài tải PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM PLOAMd PLOAM down stream PLOAM đường xuống PLOAMu PLOAM upstream PLOAM đường lên PLOu Physical Layer Overhead upstream Mào đầu lớp vật lý hướng lên PLSu Power Levelling Sequence upstream Điều khiển công suấ thướng lên PMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động Port-ID Port Identifier Nhận dạng cổng PTI Payload Type Indicator Chỉ thị loại tải RTD Round trip Delay Trễ SDU Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ TC Tranmission Convergence Hội tụ truyền dẫn T-CONT Tranmission Container Khối truyền dẫn TDMA Time Divison Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDM Time Divison Multiplexing Ghép kênh theo thời gian VC Virtual Channel Kênh ảo VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng Chương 1: Tổng Quan Mạng Quang Thụ Động PON 1.1 Tổng Quan Mạng Quang Thụ Động PON 1.1.2 Kiến trúc PON Mơ hình mạng quang thụ động với phần tử biểu diễn hình 1-1 Hình 1-1: Mơ hình mạng quang thụ động Các phần tử thụ động PON nằm mạng phân bố quang (hay gọi mạng 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 PON Tín hiệu PON phân truyền theo nhiều sợi quang kết hợp lại truyền sợi quang thông qua ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu theo hướng lên hay hướng xuống PON PON thường triển khai sợi quang đơn mode, với cấu hình phổ biến, PON triển khai theo cấu hình vịng ring cho khu thương mại theo cấu hình bus triển khai trường sở,… Về mặt logic, PON sử dụng mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với CO phục vụ cho nhiều thuê bao.Có nhu cầu kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập cấu hình cây, nhánh, vịng ring, bus hình 2.2 Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc PON Bằng cách sử dụng ghép 1:2 chia quang 1:N, PON triển khai theo cấu hình cấu hình Ngồi PON thu gọn lại thành vịng ring kép, hay hình cây, hay nhánh Tất tuyến truyền dẫn PON thực OLT ONU OLT nằm CO kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), biết đến mạng đường trục ONU nằm vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB FTTC) Trong cấu hình trên, cấu hình 1:N hình 2.2 (a), hay cấu hình phân nhánh hình 2.2 (b) sử dụng phổ biến Đây cấu hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển thuê bao, địi hỏi ngày tăng băng thơng 1.2 Các Phần Tử Trong Mạng Quang Thụ Động PON 1.2.1 Các phần tử tích cực (CO, ONU, EMS) Các nhà cung cấp PON chủ yếu tập trung phát triển thiết bị tích cực, bảng mạch CO ONU để đặt đầu cuối PON Bảng mạch CO đặt nhà cung cấp, chứa đầu nối, điểm truy nhập POP, OLT, modul giao diện mạng (NIM) modul card chuyển mạch (SCM) PON kết nối card OLT tới nhiều ONU, đặt nhà thuê bao 1.2.1.1 Bảng mạch CO Bảng mạch CO cung cấp dao diện hệ thống PON mạng lõi nhà cung cấp dịch vụ.Các bảng mạch cung cấp kết nối với hệ thống quản lý mạng thông qua phần tử quản lý hệ thống EMS CO có giao diện kết nối với loại thiết bị như: ● Các nối chéo DCS, sử dụng để truyền tải luồng lưu lượng TDM tới mạng điện thoại.Các giao diện phổ biến DCS bao gồm DS-1, DS-3, tín hiệu truyền tải đồng STS1-1, OC-3 ● Các cổng thoại, sử dụng để truyền tải lưu lượng TDM thoại cục tới mạng điện thoại công cộng (PSTN) ● Các thiết bị mạng video sử dụng để truyền tải lưu lượng video tới mạng video lõi Các chức đặc điểm OLT bao gồm: ● Giao diện đa dịch vụ kết nối với mạng lõi WAN ● Các giao diện để kết nối với mạng PON ● Chuyển mạch định tuyến lớp lớp ● Tập trung lưu lượng ● Chứa OLT SCM 1.2.1.2 Kết cuối mạng ONU ONU cung cấp giao diện thuê bao sử dụng dịch vụ số liệu, video, thoại với PON Chức chủ yếu ONU tiếp nhận lưu lượng dạng gói tin quang chuyển đổi chúng thành dạng tính hiệu phù hợp với thuê bao (gói tin Ethernet, gói tin IP quảng bá, tín hiệu thoại, T1,…) Ngồi ra, ONU cịn có chức chuyển mạch lớp lớp cho phép định tuyến lưu lượng ONU Các chức đặc điểm ONU bao gồm: ● Cung cấp giao diện với khách hàng dịch vụ điện thoại truyền thống, luồng T1, DS-3, 10/100 BASE-T, gói tin quảng bá,… ● Có khả chuyển mạch định tuyến lớp lớp ● Cung cấp luồng liệu với tốc độ từ 64 Kb/s đến 1Gb/s ● Cung cấp giao diện chuẩn Ethernet Thông thường CO có chứa nhiều OLT 1.2.1.3 EMS EMS quản lý phần tử mạng PON cung cấp giao diện kết nối với hệ thống quản lý mạng cung cấp dịch vụ.Các chức quản lý bao gồm kiểm sốt lỗi, thiết lập cấu hình, tính cước bảo mật Các chức đặc điểm EMS bao gồm: ● Cung cấp chức quản lý thông qua giao diện với người sử dụng ● Có khả quản lý thiết bị mạng PON ● Có khả hỗ trợ đồng thời hàng trăm giao diện người sử dụng ● Cung cấp giao diện chuẩn với hệ thống quản lý mạng 1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, ghép tách quang, mối hàn, đầu nối) Các phần tử thụ động sợi quang bao gồm: ● Sợi quang ● Bộ tách/ghép quang ● Mối hàn ● Đầu nối quang 1.2.2.1 Sợi quang Sợi quang sử dụng PON phân thành hai loại : đơn mode (SM) đa mode (MM), khác biệt chủ yếu hai loại sợi tán sắc So với sợi đơn mode, sợi đa mode có hệ số tán sắc cao tín hiệu truyền sợi theo nhiều mode khác Hệ số tán sắc lớn dẫn đến giãn tín hiệu miền thời gian Một tham số khác sợi quang băng tần điều chế cực đại Đây đặc tính khác miền tần số, có lien quan trực tiếp đến độ tán sắc Sợi đa mode bị hạn chế băng tần khơng thích hợp với hệ thống truyền dẫn tốc độ cao khoảng cách truyền dẫn lớn PON Vì PON, người ta sử dụng sợi đơn mode Sợi đơn mode cho phép nâng cấp hệ thống tương lai công nghệ điều chế khác để đạt tốc độ truyền dẫn cao Trên thực tế, sợi đơn mode phân tán làm ba loại: ● Sợi đơn mode chuẩn (SSM – Standard single – mode) ● Sợi tán sắc dịch chuyển (DSSM – Dispersion shifted single – mode) ● Sợi tán sắc phẳng (DSM – Dispersion flattened single – mode) Trong ba loại sợi trên, sợi SSM có tán sắc gần khơng bước sóng 1300nm, bước sóng sợi lại có suy hao tương đối cao so với suy hao bước sóng 1550nm.Sợi DSSM có tán sắc gần khơng bước sóng 1550nm, độ tán sắc lại tăng đáng kể bước sóng 1300nm Chỉ có sợi DFSM có suy hao thấp hai bước sóng 1300nm 1550nm, có độ tán sắc gần khơng bước sóng 1550nm, coi sợi lý tưởng cho hệ thống sửu dụng bước sóng Tuy nhiên chi phí cho loại sợi cao nhiều sợi SSM.Hơn việc hàn nối sợi DFSM vào ghép mạng PON khó khăn nhiều so với sợi SSM.Chính vậy, sợi SSM sợi quang sử dụng nhiều mạng PON 2.2.2.2 Bộ tách ghép quang PON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ sợi để truyền nhiều sợi ngược lại, kết hợp tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu sợi.Thiết bị gọi tách/ghép quang Dạng đơn giản ghép quang bao gồm hai sợi quang hàn dính vào Tín hiệu nhận đầu vào bị chia thành hai phần đầu ra.Tỉ lệ phân chia tách/ghép điều khiển độ dài mối hàn coi tham số không đổi Các tách/ghép N*N chế tạo cách ghép tầng nhiều 2*2 với hình 2-3 sử dụng cơng nghệ ống dẫn sóng phẳng Hình 1-3 : Các ghép 8*8 tạo từ ghép 2*2 Các tách ghép đặc trưng tham số sau đây: Suy hao chia – tỷ lệ công suất đầu cơng suất đầu vào ghép, tính theo dB Với 2*2 lý tưởng, giá trị 3dB.Hình 2-3 a biểu diễn hai mơ hình 8*8 dựa 2*2.Trong mơ hình tầng (hình 2-3 a), có 1/16 cơng suất đầu vào đưa tới đầu ra.Hình 2-3 b biểu diễn mơ hình thiết kế hiệu hơn, đầu nhận 1/8 công suất đầu vào Suy hao ghép – Đây công suất bị tổn hao trình sản xuất, giá trị thông thường khoảng 0.1dB đến 1dB Điều Hướng–Đây mức cơng suất đo đầu vào bị dị từ đầu vào khác Với tách/ghép thiết bị có khả định hướng cao tham số điều hướng khoảng từ 40dB đến 50dB Thông thường, tách/ghép thường cấu tạo với đầu vào đầu Bộ tách/ghép có đầu vào ta goi chia(tách), cịn có đầu gọi kết hợp(ghép) Tuy nhiên có 2*2 chế tạo khơng đối xứng (với tỷ số chia khoảng 5/95 10/90).Loại tách/ghép chủ yếu dùng để trích phần tín hiệu quang cho mục đích kiểm tra, gọi ghép rẽ 2.2.2.3 Mối hàn Mối hàn sử dụng để kết nối vĩnh cửu sợi quang có độ dài sản xuất nhỏ độ dài yêu cầu lắp đặt mạng, để nối đầu sợi quang ghép với sợi quang mạng phân bố Có hai kiểu hàn nối sợi quang: hàn khí hàn nóng chảy Hàn khí (hay ghép khí) thực rãnh chữ V giữ cố định hai sợi cần hàn.Để có mối hàn đảm bảo chất lượng, ta cần phải đổ vào hai đầu sợi ghép chất lỏng có chiết suất phù hợp Kiểu hàn có ưu điểm đơn giản dễ thực hiện, có nhược điểm độ tin cậy thấp điểm yếu khí chúng Kiểu nóng chảy cần phải có thiết bị hàn nóng chảy đặc biệt, mối hàn có suy hao thấp độ tin cậy cao nhiều so với hàn khí, sử dụng nhiều mạng phân bố quang 2.2.2.4 Đầu nối quang Đầu nối quang sử dụng giao diện mà yêu cầu kết nối không cố định Những kết nối tạo điều kiện dễ dàng cho việc đo thử, chẳng hạn đo công suất quang đầu thiêt bị kết cuối Do đầu nối quang thường nằm mạng phân bố quang thiết bị đầu cuối Các đầu nối quang dung hệ thống tốc độ cao phải đáp ứng yêu cầu: suy hao xen thấp, phản xạ thấp, độ ổn định cao khả sử dụng nhiều lần cao Cách để đáp ứng yêu cầu thực tiếp xúc vật lý sợi.Một số kết nối vật lý đạt giá trị phản xạ từ -45dB đến -60dB suy hao xen 0.5dB 1.3 WDM TDM PON Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mạng PON mạng điểm – đa điểm OLT chiếm tồn băng thơng 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 vật hướng lên, PON sử dụng vài chế riêng biệt kênh để tránh xung đột liệu chia sẻ công tài nguyên dung lượng trung kế Một phương pháp chia sẻ 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.Mặt khác, bước sóng bị sai lệch gây nhiều cho khác mạng PON.Việc sử dụng laser điều khiển khắc phục vấn đề đắt cho công nghẹ tại.Với khó khăn WDM khơng phải giải pháp tốt cho môi 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 cỡ khe thời gian ấn định chí sử dụng ghép kênh thống kê tận dụng hết băng thông dùng mạng PON 1.4 Kết Luận Công nghệ PON giải pháp đầy hứa hẹn để giải vấn đề tắc nghẽn băng thông mạng Là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai dịch vụ băng rộng (thoại, liệu, video) kết cuối đường dây xa (ONU) kết cuối mạng (OLT) Một mạng PON hỗ trỡ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus ring, linh hoạt việc tổ chức mạng 10 Nhược điểm phương thức cần gấp đơi số lượng sợi, mối hàn connector GPON hình số lượng ghép quang cần gấp đơi.Tuy nhiên chi phí sợi quang, phần tử thụ động kỹ thuật hàn nối giảm tương lai chiếm tỷ lệ nhỏ tồn chi phí hệ thống 2.4 Lớp hội tụ truyền dẫn 2.4.1 Một số khái niệm Hội tụ truyền dẫn GPON GTC (GPON Transmission Convergence): lớp giao thức ngăn xếp giao thức GPON Các khối truyền dẫn T-CONT (Transmission Containers): sử dụng cho việc quản lý phân định bang thông luồng lên khối PON lớp hội tụ truyền dẫn TC (Transmission Convergence)  T-CONT mang thông tin ATM VPC/VCC và/hoặc cổng GEM thông báo trạng thái đệm chúng cho OLT tương ứng  T-CONT tự động thu nhận gói tin cho phép nhận dạng Alloc-ID từ OLT  Mỗi T-CONT mạng lưu lượng ATM GEM với nhiều lớp dịch vụ khác  Mỗi T-CONT cung cấp nhiều hàng đợi vật lý xếp chúng vào nhớ logic đơn Lớp hội tụ truyền dẫn xếp vị trí môi trường vật lý đối tượng GPON (ATM client, GEM client,…) 2.4.2 Ngăn xếp giao thức Hình 2-6 biểu diễn ngăn xếp giao thức toàn hệ thống lớp TC GPON (GTC) Lớp GTC gồm có lớp con, lớp tạo khung GTC (GTC framing sub- layer) lớp tương thích TC (TC adaption sub- layer) 18 Hình 2-6: Ngăn xếp giao thức GTC Theo quan điểm khác, GTC chứa mặt phẳng C/M quản lý luồng lưu lượng người dùng, an ninh, thuộc tính OAM, mặt phẳng U mang lưu lượng người sử dụng Trong lớp tạo khung GTC, phân vùng ATM, phân vùng GEM, phần quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical Layer Operations Administrations Maintenance) OAM nhúng nhận biết theo vị trí khung GTC Chỉ OAM nhúng kết cuối lớp để điều khiển qua lớp này, thông tin OAM nhúng nhúng trực tiếp vào khung GTC Thông tin PLOAM xử lý khối PLOAM định vị client lớp Các đơn vị chuyển từ/tới Đơn vị giao thức liệu PDU thông thường (Protocol Data Unit) ATM GEM lớp tương thích Ngồi ra, PDU chứa liệu kênh OMCI.Dữ liệu phân loại thành mặt phẳng C/M Các SDU ngoại trừ OMCI phân vùng ATM GEM phân loại vào mặt phẳng U Lớp tạo khung GTC có nhìn bao quát tới tất liệu phát, lớp tạo khung GTC OLT trực tiếp ngang hàng với tất lớp tạo khung GTC ONU Hơn nữa, khối điều khiển phân bổ băng thông động (DBA control) xem khối chức chung Hiện nay, khối có khả đáp ứng tồn DBA thông báo ONU Trong hệ thống GTC, OLT ONU không hoạt động đồng thời trạng thái.Chế độ hỗ trợ nhân biết thời điểm lắp đặt hệ thống ONU thông báo chế độ 19 hoạt động ATM hay GEM thơng qua tin Serial_ Number Nếu OLT có khả giao diện tới chế độ yêu cầu, xử lý để thiết lập kênh OMCI, thiết bị ONU nhận theo cách thông thường 2.4.4 Chức lớp GTC GTC gồm hai lớp lớp tạo khung GTC lớp tương thích TC 2.4.4.1 Lớp tạo khung GTC Lớp tạo khung GTC có ba chức sau: 1)Ghép kênh phân kênh: Các phần PLOAM, ATM GEM ghép vào khung TC đường xuống theo thông tin biên thị tiêu đề khung Mỗi phần tách từ đường lên theo thị tiêu đề 2)Tạo điều kiện để giải mã: Tiêu đề khung TC tạo định dạng khung đường xuống Tiêu đề khung đường lên giải mã.Ngoài thực OAM nhúng 3)Chức định tuyến sở Alloc-ID: Định tuyến sở Alloc-ID thực liệu từ/tới tương thích ATM GEM TC 2.4.4.2 Lớp tương thích GTC giao diện thực thể lớp Lớp tương thích hỗ trợ ba tương thích TC, là, tương thích ATM TC, tương thích GEM TC bột tương thích OMCI Các tương thích ATM GEM PDU ATM GEM từ phần lớp tạo khung GTC, ánh xạ PDU vào phần Các tương thích cung cấp giao diện cho phép thực thể lớp trên: 1)Giao diện ATM: Lớp tạo khung GTC ATM TC adapter liên tục cung cấp giao diện ATM chuẩn ITU-T 1.432.1 cho dịch vụ ATM Nhìn chung, thực thể lớp ATM ban đầu sử dụng ATM client 2)Các giao diện GEM: GEM TC adapter cấu hình để thích ứng khung tới nhiều giao diện truyền dẫn khung khác Ngồi ra, tương thích nhận kênh OMCI theo VPI/VCI trường hợp ATM theo Port-ID trường hợp GEM Bộ tương thích OMCI thay dổi liệu kênh OMCI tương thích ATM, GEM TC.Bộ tương thích OMCI nhận liệu từ TC tương thích chuyển tới thực thể OMCI ngược lại 20 2.5 Cấu trúc khung Hình 2-8 minh họa cấu trúc khung GTC TC cho hướng chiều xuống chiều lên Khung đường xuống bao gồm phần: khối điều khiển vật lý luồng xuống PCBd (physical control block downstream), phần ATM, phần GEM Khung đường lên gồm nhiều cụm truyền dẫn (transmission burst) Ngoài phần tải tin (payload), khung đường lên cịn chứa phần/đoạn PLOAMu, PLSu DBRu.Khung đường xuống cung cấp thông tin thời giant ham chiếu cho GPON thực hoạt động báo hiệu điều khiển cho đường lên 2.5.1 Cấu trúc khung đường xuống Sơ đồ cấu trúc khung đường xuống trình bày hình 2-9: Hình 2-9: Cấu trúc khung đường xuống Mỗi khung GTC xuống dài 125µs, chứa khối điều khiển vật lý luồng xuống PCBd phần tải liệu 21 Hình 2-10: Các trường thơng tin khung đường xuống Hình 2-10 chi tiết khuôn dạng khung đường xuống.Phần mào đầu PCBd gồm phần cố định phần thay đổi Phần cố định gồm trường: Physical Sync, Ident PLOAM Các trường bảo vệ byte kiểm tra BIP (Bit Interleaved Parity).Bốn byte đồng vật lý (Physical Sync) thị bắt đầu khung đường xuống Bốn byte trường Ident thị FEC sử dụng hay khơng, ngồi cịn thực nhóm đệm siêu khung, sử dụng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng tốc độ thấp 13 byte trường PLOAM PCBd sử dụng để thông tin tin OAM lớp vật lý với ONU Các chức PLOAM gồm đăng ký xóa ONU, định cỡ, điều chỉnh cơng suất, cập nhật khóa mã hóa, thơng báo lỗi lớp vật lý,v.v… Phần thay đổi PCBd gồm trường Plend thị độ dài đồ băng thông đường lên phần thông tin ATM T-CONT Mỗi ONU cấu hình với nhiều TCONT Bản đồ US BW xác định băng thông đường lên phân định cho thực thể truy nhập Mỗi thực thể byte truy nhập US BW bao gồm Alloc-ID T-CONT, thời gian bắt đầu kết thúc phát T-CONT hướng lên 12 bit cờ thị cách thức phân định băng tần sử dụng Vi khung có khoảng thời gian 125µs, nên với tốc độ khác chiều dài khung khác nhau, ví dụ với tốc độ 1,24416 Gbps khung có độ dài 19,9440 byte, với tốc độ 2,48832 Gbps khung có độ dài 38.880 byte Tuy nhiên khối PCBd giống hai hệ thống 22 2.5.2 Cấu trúc khung đường lên Khung đường lên có độ dài 125µs, gồm khung ảo hướng lên Các khung ảo hướng lên tạo burst từ ONU khác Mỗi burst bắt đầu với trường mào đầu lớp vật lý hướng lên (PLOu) Hình 2-11:Cấu trúc khung đường lên Mỗi khung chứa thông tin từ nhiều ONU BW map thị đồ xếp thơng tin Trong suốt q trình phân bố tương ứng với hoạt động điều khiển OLT, ONU truyền từ tới bốn byte mào đầu GPON liệu người dùng Bốn byte mào đầu bao gồm: Mào đầu vật lý (PLOu); Các hoạt động vận hành quản trị tham số vật lý đường lên (PLOAMu); điều khiển công suất đường lên (PLSu) thông báo băng thông động (DBRu) 23 Hình 2-12: Cấu trúc trường thơng tin khung đường lên PLOu bắt đầu với tiền tố (Preamble) giúp cho máy thu chế độ burst OLT đồng với máy chủ phát ONU Trường phân định (Delimiter) xác định bắt đầu burst hướng lên Chiều dài khuôn dạng trường tiền tố phân định xác định OLT sử dụng tin PLOAM Trường Ind cung cấp bào cáo trạng thái ONU với OLT Mỗi ONU gán nhiều T-CONT Nếu ONU phân định khe thời gian kề cho T-CONT với Alloc-ID khác nhau, PLOu cần phát lần Tiếp theo trương PLOu, có ba lựa chọn trường mào đầu burst: • Vận hành lớp vật lý, quản trị, quản lý luồng lên (PLOAMu) • Điều chỉnh cơng suất luồng lên (PLSu) • Báo cáo băng thông động luồng lên (DBRu) Việc phát trường phân định OLT qua cờ đồ phân định băng thông đường lên (US BW map) trường PCB Khi yêu cầu OLT, 120 byte trường PLSu gửi ONU để đo công suất Trường DBRu ghép vào T-CONT để báo cáo trạng thái lưu lượng hướng lên T-CONT tương ứng DBRu gồm báo cáo DBA thị chiều dài hàng đợi cho việc phân định băng thơng rộng 2.6 Phương Thức Đóng Gói Dữ Liệu GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM GEM (GPON Encapsulation Method).Các ONU OLT hỗ trợ T-CONT ATM GEM.Phương thức đóng gói liệu GPON (GPON Encapsulation Method – GEM).Sử dụng để đóng gói liệu qua mạng GPON.GEM cung cấp khả thông tin kết nối định hướng tương tự ATM GPON cho phép hỗ trỡ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng khác nhau.Khách hàng ATM xếp suốt vào khung GEM hai hướng.Khách hàng TDM xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM.Các gói liệu bao gồm khung Ethernet xếp sử dụng thủ tục đóng gói GEM GEM hỗ trợ việc phân mảnh chia nhỏ khung lớn phân mảnh nhỏ ghép lại đầu thu nhằm giảm trễ cho lưu lượng thời gian thực Lưu lượng liệu bao gồm khung Ethernet, gói tin IP, IPTV, VoIP loại khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu đơn giản GPON sử dụng GEM mang lại hiệu cai truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thông cho phép kênh truyền dẫn 24 2.7 Định cỡ phân định băng thông GPON 2.7.1.Định cỡ 2.7.1.1.Mục đích định cỡ Định cỡ (Ranging) thực để loại bỏ việc phát lại không cần thiết, sử dụng băng tần hiệu làm cho thời gian trễ cực đại nhỏ nhờ việc ngăn tín hiệu từ ONU khỏi xung đột Khi khối mạng quang nối tới giao diện đầu cuối đường dây quang (OLT) hệ thống mạng quang thụ động (PON) đặt nhu cầu cần phương pháp ghép tín hiệu cho ONU Trong phân tích [mục 2.3], phân tích kỹ thuật truy nhập phương thức ghép kênh sử dụng cho hệ thống GPON Phương pháp TDMA có chi phí thấp nay, nên hệ thống PON nói chung GPON nói riêng sử dụng TDMA chuẩn hóa thương mại hóa Vì vậy, tìm hiểu cụ thể phương pháp TDMA gắn liền với việc định cỡ GPON (hình 2-20) 2.7.1.2.Cửa sổ định cỡ Khoảng cách OLT ONU thường khác với ONU với ONU Nếu không xác định xác RTD khơng thể thiết lập thời gian phát Nếu kết nối với ONU, ta phải đo RTD Với yêu cầu hệ thống vận hành (OPS), OLT tự động đặn sử dụng cửa sổ định cỡ để đo trễ (như minh họa hình 2-21) xác định OLU để phát tín hiệu phép đo trễ Chiều dài cửa sổ định cỡ thiết lập theo khoảng cách OLT ONU Nếu ONU đặt cách OLT khoảng 5-10 km, chiều dài cửa sổ định cỡ cần nhỏ (10-5 km)x2/(300 000 km/s/1,5) = 50 ms Trong 1,5 hệ số khúc xạ sợi quang Sau đo RTD, thời gian phát ONU phải điều chỉnh Đó khoảng thời gian (thời gian bảo vệ) tín hiệu đo ONU ONU khác phát Thời gian bảo vệ phải đủ lớn để tín hiệu từ ONU khác không xung đột Khoảng thời gian bảo vệ gọi Burst OverHead (BOH) Khi BOH tăng lên, làm giảm hiệu suất rút ngắn, chi phí thiết bị tăng lên 2.7.1.3.Thủ tục định cỡ GPON Có hai cách xác định ONU cho trình định cỡ Một phương pháp xác định ONU đăng ký phương pháp khác định tất ONU chưa đăng ký Trong phương pháp thứ nhất, ONU với số ID riêng xác định hệ thống vận hành 25 Trong phương pháp thứ hai, OLT số ID riêng ONU, có vài ONU truyền tín hiệu cho q trình đo trễ diễn liên tục Một phương pháp giảm xung đột q trình định cỡ truyền tín hiệu cho trình đo trễ với khoảng cách thời gian chờ ngẫu nhiên, gần giống phương pháp sử dụng Ethernet (CDMA/CD) Cửa sổ định cỡ Data#1 OLT (1) ONU ngừng truyền Data#2 (2)Yêu cầu SN Time (4)Gán ONU-ID ONU#1 Time ONU#2 Time (3)Phát SN ONU Time Trễ ngẫu nhiên Hình 2-22: Thủ tục định cỡ pha Thủ tục định cỡ GPON chia làm pha Ở pha thứ (hình 1-22)đăng ký số sêri cho ONU chưa đăng ký cấp phát ONU-ID cho ONU thực Số sêri ID xác định ONU phải nhất, đồng thời ONU-ID sử dụng để điều khiển, theo dõi kiểm tra ONU Các bước pha thứ nhất: OLT xác định tất ONU hoạt động dừng trình truyền dần (các ONU ngừng truyền dẫn –(1) ONU halt) OLT xác định ONU khơng có ONU-ID để u cầu truyền số sêri (bản tin yêu cầu số sêri –(2) serial_number request) Sau nhận yêu cầu truyền số sêri, ONU ONU-ID truyền số sêri (q trình truyền số sêri –(3) SN transmission) sau chờ khoảng thời gian ngẫu nhiên (tối đa 50ms) 26 OLT định ONU-ID tới ONU chưa đăng ký mà OLT nhận số sêri (bản tin định ONU-ID –(4) asign ONU-ID) Trong pha RTD đo cho ONU đăng ký Thêm vào pha áp dụng Cho ONU bị tín hiệu q trình thơng tin Cửa sổ định cỡ RDT ONU Data#1 OLT Data#1 (5) ONU ngừng truyền (6)Yêu cầu định cỡ Time (8)Bản tin định cỡ ONU#1 Time ONU#2 Time (7)Phát định cỡ ONU Time (9) Trễ cân Hình 2-23: Thủ tục định cỡ pha Các bước pha thứ hai bao gồm: OLT xác định tất ONU thơng tin dừng q trình truyền dẫn luồng lên (các ONU ngừng truyền dẫn –(5) ONU halt ) Sử dụng số sêri, OLT xác định ONU định ONU truyền tín hiệu cho q trình đo trễ (bản tin u cầu ranging –(6) ranging request) ONU có số sêri trùng với số sểi OLT xác định truyền tín hiệu cho q trình đo trễ (q trình truyền ranging –(7) ranging transmission), bao gồm ONU-ID định pha OLT đo RTD phụ thuộc vào thời gian mà tín hiệu sử dụng cho phép đo trễ thu Hơn nữa, sau xác nhận kết hợp số sêri ONU-ID đúng, OLT thông báo trễ cân (Equalization Delay = Tept - RTD) tới ONU (bản tin thời gian ranging –(8) Ranging-time mesage) Trong Tept số giá trị RTD lớn xác định mạng PON Ví dụ với khoảng cách 20km Pted=200ms 27 ONU lưu giá trị trễ cân tạo trễ định thời cho chuỗi liệu truyền dẫn luồng lên với giá trị 2.7.2.Phân định băng thông động 2.7.2.1.Tổng quan phân định băng thông động Trong phần này, tìm hiểu việc phân định băng tần GPON Có hai phương thức phân định băng thơng phân định băng thông cố định FBA phân định băng thông động DBA FBA phương pháp phân định cửa sổ truyền dẫn cố định chu kỳ cố định với ONU Với FDA, băng thông độ trễ cố định khơng đổi, điều khơng hiệu tiêu tốn băng tần dù khơng có lưu lượng đường lên Ngược lại, DBA phân định băng thông cho ONU theo yêu cầu nhu cầu lưu lượng luồng lên Vì vậy, băng thơng sử dụng hiệu Để có khái niệm DBA, xem xét ví dụ đơn giản hoạt động DBA hình 2-24: R OLT G R Data G Time R ONU R Data Time Data User Time G Băng thông gán R u cầu Hình 2-24: Phân định băng thơng động Tiến trình diễn sau: ONU lưu lưu lượng upstream nhận từ người dùng vào đệm Tiếp theo, kích cỡ liệu lưu đệm thông báo cho OLT yêu cầu thời điểm OLT quy định 28 OLT xác định thời gian bắt đầu truyền khoảng thời gian khả dụng (= cửa sổ truyền dẫn) tới ONU, xác định đặc tính dịch vụ kích cỡ thơng báo ONU đợi tới thời gian cấp phát sau truyền kích cỡ liệu đặc trưng cho OLT Trong tiến trình thứ 3, đặc tính dịch vụ đề cập liên quan tới băng tần nhỏ đảm bảo, băng tần tối đa, thời gian trễ tối đa DBA liên quan trưc tiếp với đặc tính dịch vụ Các dịch vụ khác địi hỏi thiết kế khác hồn tồn 2.8 Bảo mật mã hóa Do mạng GPON mạng điểm – đa điểm nên liệu hướng xuống nhận tất ONU Công nghệ GPON sử dụng bảo mật hướng xướng với chuẩn mật mã tiên tiến AES (Advenced Encrytion Standard) Dữ liệu thuê bao khung luồng xuống đựơc bảo vệ thông qua lược đồ mật mã hóa AES phần tải lưu lượng khung mã hóa Với hướng lên xem liên kết điểm – điểm không sử dụng mã hóa bảo mật Cơng nghệ GPON sử dụng phương pháp sửa lỗi tiến FEC FEC mang lại kết tăng quỹ tích đường truyền 3÷4 dB (độ lợi mã hóa) cho phép tăng tốc độ bit khoảng cách OLT ONU hỗ trợ tỉ số chia lớn mạng FEC tùy chọn sử dùng hướng lên hướng xuống, dùng mã Reed Solomon thường RS(255,239) 2.9 Khả cung cấp băng thông a Hướng xuống: Yêu cầu băng thông dịch vụ bản:  Băng thông yêu cầu kênh HDTV = 18Mbit/s  Băng thông yêu cầu kênh SHTV = 3Mbit/s  Truy nhập Internet tốc độ cao = 100 Mbit/s thuê bao với tỷ lệ dùng chung 20:1  Voice IP tốc độ 100 Kbit/s Trong tốc độ hướng xuống GPON = 2,488 Mbit/s x hiệu suất 92% = 2289 Mbit/s Trong ứng dụng nhiều nhóm người sử dụng (MDU: Multiple Dwelling Unit), với 29 tủy lệ chia 1:32, GPON cung cấp dịch vụ bao gồm truy cập internet tốc độ cao Voice đến 32 ONU, ONU cung cấp cho thuê bao b Hướng lên ITU G 984 GPON khơng có khả hỗ trợ tất yêu cầu hệ thống mạng mà cung cấp chế QoS riêng cho lớp PON vượt phương thức Ethernet lớp phân loại dịch vụ (CoS: Class of Service) IP lớp để đảm bảo việc phân phát thông tin voice, video TMD chất lượng cao thông 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 ý nghĩa Đối với TDMA PON, dung lượng cung cấp QoS hướng lên bị hạn chế tất ONU PON sử dụng hết băng thông hướng lên ưu tiên TDMA Hướng lên GPON có thơng lượng đến 1,25 Gbit/s GPON sử dụng băng thơng ngồi 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 8kHz (125µs), dịch vụ đóng gói vào khung theo nguyên thơng qua q trình mơ đóng gói GPON (GEM) Giống SONET/SDH, GPON cung cấp khả chuyển mạch bảo vệ với thời gian nhỏ 50ms Điều làm cho GPON có trễ thấp tất lưu lượng hướng lên TDMA từ ONU phép vào khung 8KHz 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 thơng c Băng thơng hữu ích: Cơng nghệ GPON hỗ trợ tốc độ lên tới 1,25 Gbit/s 2,5 Gbit/s hướng xuống hướng lên, hỗ trợ nhiều mức tốc độ khoảng từ 155 Mbit/s đến 2,5 Gbit/s Hiệu suất sử dụng băng thông đạt 90% 2.10 Khả cung cấp dịch vụ Đặc điểm dịch vụ: GPON triển khai để đáp ứng tỉ lệ dung lượng dịch vụ/chi phí so sánh với mạng cáp đồng/DSL mạng HFC có dung lượng nhỏ mangh SDH/SONET giải pháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao Vì phù hợp với hộ gia đình, doanh nghiệp vừa nhỏ, phủ quan công sở 30 Các dịch vụ ba dành cho hộ gia đình: GPON phát triển để mang đến dịch vụ hệ ITTV, truyền hình theo yêu cầu, game trực tuyến, Internet tốc độ cao VoIP với chi phí hiệu quả, băng thông lớn chất lượng đảm bảo cho thuê bao hộ gia đình IP quảng bá qua cấu hình điểm – đa điểm cho phép luồng video truyền tới nhiều thuê bao cách đồng thời Khả cấp phát băng thông động phục vụ tải cho phép nhà cung cấp dịch vụ tối ưu hóa băng thơng quang, tạo nhiều lợi nhuận Băng thông lớn dịch vụ linh hoạt GPON giúp cho GPON trở thành lựa chọn hoàn hảo cho việc cung cấp dịch vụ tới nhiều hộ thuê bao MDU (Multiple Dwelling Units) tòa nhà, khách sạn, chung cư GPON ONU khắc phục DSLAM VDL2 Với doanh nghiệp vừa nhỏ: GPON lựa chọn hoàn hảo cho doanh nghiệp vừa nhỏ có yêu cầu thoại, truy nhập Internet, VPN dịch vụ T1/E1 với chi phí hợp lý GPON có băng thơng đủ lớn có tính QoS cho dịch vụ lớp doanh nghiệp cung cấp sở hạ tằng dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừ yêu cầu xây dựng sở hạ tầng Với Chính phủ, giáo dục y tế: thị trường quan phủ yêu cầu dịch vụ liệu thoại có chất lượng cao băng thơng lớn với chi phí thấp Khả GPON cho phép phục vụ có hiệu số lượng lớn thuê bao khu vực trung tâm văn phịng phủ, cá trường học, bệnh viện khu vui chơi giải trí, khu cơng nghiệp Chính quyền số quốc gia thiết lập mangj GPON để cung cấp dịch vụ thoại liệu tốc độ cao cho lực lượng cảnh sát, văn phịng phủ, tòa án lực lượng cứu hỏa, đặc nhiệm để nâng cao chất lượng phục vụ cộng đồng GPON cách tốt để mang đến trường học Internet tốc độ cao dịch vụ băng rộng khác Các ứng dụng mạng: GPON ứng dụng chủ yếu mạng sau:  GPON ứng dụng mạng truy cập FTTx để cung cấp dịch vụ IPTV, VoD, RF Video (chồng lấn), Internet tốc độ cao VoIP, Voice TDM với tốc độ liệu / thuê bao đạt 1000 Mbit/s, hỗ trợ QoS đủ  Giải trí – CATV, HDTV, PPV, PDVR, IPTV – Hệ thống đường lên Video hoàn thiện cho modem DOCSIS dịch vụ Video tương tác, truyền hình vệ tinh, tất dịch vụ cap quang GPON 31  Thông tin liên lạc – Các đường thoại, thông tin liên lạc, truy cập Internet, Intranet tốc độ cao, truy cập Internet không dây địa điểm công cộng Đường băng thông lớn (BPLL) làm backhaul cho mạng không dây  Bảo mật – Camera, báo cháy, báo đột nhập Báo động an ninh, trung tâm điều khiển 24/7 với khả giám sát, backup liệu, SANs 2.11 Kết luận Qua nghiên cứu trên, rút số đặc điểm công nghệ GPON sau:  Công nghệ GPON ITU chuẩn hóa tiêu chuẩn ITU G984.x  Kỹ thuật truy nhập sử dụng GPON TDMA  Hỗ trợ nhiều loại tốc độ truy nhập đường lên từ 155 Mbit/s đến 2.5 Gbit/s, hỗ trợ hai tốc độ truy nhập đường xuống 1,25 Gbit/s 2,5 Gbit/s  Hướng tới mạng cung cấp dịch vụ đầy đủ, hỗ trợ dịch vụ TDM Ethernet với hiệu suất sử dụng băng thông cao  Vấn đề tắc nghẽn lưu lượng vấn đề liên quan mạng truy nhập quang tốc độ cao giải thủ tục định cỡ phân định băng tần tốc độ với phương pháp kiểm sốt vịng với chu ký thích ứng, chế lập lịc quay vịng khơng đầy đủ đặc biệt chế phân định băng tần sử dụng tập thông báo nhiều hàng đợi  Các thủ tục điều khiển báo hiệu GPON đơn giản đảm bảo giải vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật dịch vụ, điều khiến cho GPON cơng nghệ sử dụng băng thông hiệu loại cơng nghệ PON có 32 ... Quang Thụ Động PON 1.1 Tổng Quan Mạng Quang Thụ Động PON 1.1.2 Kiến trúc PON Mơ hình mạng quang thụ động với phần tử biểu diễn hình 1-1 Hình 1-1: Mơ hình mạng quang thụ động Các phần tử thụ động. .. bao GPON ngày khẳng định công nghệ mạng truy nhập hệ Chương 2: Công Nghệ Mạng Quang Thụ Động GPON Giới Thiệu Chung GPON( Gigabit passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON. .. phần tử thụ động (sợi quang, ghép tách quang, mối hàn, đầu nối) Các phần tử thụ động sợi quang bao gồm: ● Sợi quang ● Bộ tách/ghép quang ● Mối hàn ● Đầu nối quang 1.2.2.1 Sợi quang Sợi quang sử