tìm hiểu mạng truy nhập quang GPON

Tuy nhiên, cả DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập Trong bối cảnh đó, công nghệ truy nhập quang thụ động PON Passive Optical Network đượ

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI TP HỒ CHÍ MINH khoa viễn thông

chuyên đề thông tin quang

đề tài:

tìm hiểu mạng truy nhập quang GPON

1

1 Tổng quan về mạng quang thụ động PON

2 Tìm hiểu mạng truy nhập quang GPON

TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON

 Giới thiệu về mạng quang thụ động PON: Việc bùng nổ lưu lượng internet

trong thời gian qua càng làm trầm trọng thêm các vấn đề của mạng truy nhập

tốc độ thấp Đứng trước tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra

nhằm đáp ứng những đòi hỏi về băng thông như DSL hay cáp modem Tuy

nhiên, cả DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu cầu về băng

thông cho mạng truy nhập Trong bối cảnh đó, công nghệ truy nhập quang thụ

động PON (Passive Optical Network) được cho là một giải pháp tối ưu cho

mạng truy nhập băng rộng

3

 Kiến trúc của PON:

 Mô hình mạng thụ động quang:

TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON

 Các phần tử tích cực:

 Các bảng mạch CO(chính là OLT):CO cung cấp dao diện hệ thống PON và mạng lõi của các 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

 Kết cuối mạng ONU: ONU cung cấp giao diện giữa thuê bao sử dụng dịch vụ số liệu, video,

thoại với PON Chức năng chủ yếu của ONU là tiếp nhận lưu lượng dưới dạng các gói tin quang

và chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu phù hợp với từng thuê bao, ONU còn có các chức

năng chuyển mạch lớp 2 và lớp 3 cho phép định tuyến lưu lượng tại ONU

 ESM: EMS quản lý các phần tử của mạng PON và cung cấp các giao diện kết nối với hệ thống

quản lý mạng cung cấp dịch vụ.Các chức năng quản lý của nó bao gồm kiểm soát lỗi, thiết lập

cấu hình, tính cước và bảo mật.

5

TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON

 Các kiểu kiến trúc của PON:

7

 Kĩ thuật truy nhập cúa PON:

 TMA PON

 WDM PON

 Các chuẩn của PON:

 APON (ATM Passive Optical Network)

 BPON (Broadband PON)

 GPON (Gigabit PON)

 EPON (Ethernet PON hay GEPON – gigabit Ethernet PON)

TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON

 Kết luận: Công nghệ PON là một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề

tắc nghẽn băng thông trong mạng Là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để

triển khai các dịch vụ băng rộng (thoại, dữ liệu, video) giữa các kết cuối đường

dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng (OLT) Một mạng PON hỗ trỡ nhiều kiểu kiến

trúc mạng: hình cây, bus hoặc ring, do đó có thể linh hoạt trong việc tổ chức

mạng

9

 Giới thiệu chung về mạng GPON: GPON(Gigabit passive Optical Network)

được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON

G.983 bằng cách tăng cường băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử

dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý GPON hỗ trợ nhiều

mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Mbit/s của băng thông luồng

xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên GPON hỗ trợ tốc độ cao,

tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ với chi phí thấp cũng như cho phép

khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Kiến trúc GPON:

11

 Các khối chức năng của GPON: OLT, ONU, ODN

 Kết cuối đường quang OLT:

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Khối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện

ODN và chức năng PON TC

 Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông

giữa khối lõi PON và phần dịch vụ

 Khối dịch vụ (Service shell): Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện

dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON

13

 Chức năng của OLT:

 OLT là thiết bị kết cuối quang tích cực đặt tại nhà trạm

 OLT giao tiếp với các ONT, mini DSLAM của mạng PON

 OLT thực hiện truyền thông tin đi và đến nhiều người sử dụng qua một tuyến sợi

quang

 OLT có thể thực hiện chức năng chuyển mạch để tạo các cổng dịch vụ cho đường lên

hoặc đường xuống

 OLT cung cấp kết nối quang P2P và P2MP

 OLT là thiết bị thuộc lớp access của mạng MANE Giao diện đa dịch vụ kết nối với

mạng lõi Tập trung lưu lượng

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Khối mạng quang ONU:

15

 Chức năng của ONU:

 Là thiết bị đầu cuối đặt phía người sử dụng

 Cung cấp các luồng dữ liệu với tốc độ từ 64 Kb/s đến 1 Gb/s.

 Giao diện đường lên có tốc độ và giao thức hoạt động tương thích với cổng

xuống của OLT

 ONU có dung lượng vừa và nhỏ và có cung cấp đa dịch vụ như POST,

ADSL, LAN…

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Mạng phân phối quang ODN: Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với

một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang

thuê bao

 Mạng cáp quang thuê bao:

17

 Mạng cáp được cấu thành bởi:

o Cáp quang gốc (Feeder cable)

o Điểm phân phối sợi quang (DP)

o Cáp quang phối (Distribution Optical Cable)

o Cáp quang thuê bao (Drop Cable)

o Điểm quản lý quang FMP(Fiber management Point)

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Đặc tính cơ bản của GPON:

 Tốc độ truyền dẫn:

o Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s;

o Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 1.2 Gbit/s;

o Đường lên 1.2 Gbit/s up, đường xuống 1.2 Gbit/s;

o Đường lên 155 Mbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;

o Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;

o Đường lên 1.2 Gbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;

o Đường lên 2.4 Gbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s

19

 Khoảng cách:

• Khoảng cách lôgic: Khoảng cách logic là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT

Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km.

• Khoảng cách vật lý: khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT Trong mạng

GPON, có hai khoảng cách vật lý là 10 km và 20 km Đối với vận tốc truyền lớn nhất

là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10 km.

 Tỉ lệ chia: Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay

Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử

dụng

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 GPON dùng kĩ thuật truy nhập TDMA:

21

• GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt

động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được

lưu lượng của từng ONU OLT cũng chỉ có cần một bộ thu

• Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về

đồng bộ và lưu lượng đường lên để tránh xung đột dữ liệu Dễ dàng lắp đặt

thêm các ONU nếu có nhu cầu mở rộng mạng

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Phương thức ghép kênh trong GPON: Phương thức ghép kênh là ghép kênh

song hướng.Hiện nay các hệ thông GPON đều sử dụng ghép kênh phân chia

không gian Nó thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng biệt cho truyền dẫn

đường lên và đường xuống

Ưu điểm: -Tăng được quỹ công suất trong mạng

-Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mềm dẻo hơn

-Khả năng mở rộng trong tương lai

-Chi phí giảm do sủ dụng cùng bước sóng ,bộ phát và bộ thu

Nhược điểm : cần gấp đôi số lượng sợi, connector

23

 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC:

 Một số khái niệm cơ bản:

o Hội tụ truyền dẫn GPON GTC (GPON Transmission Convergence): là lớp giao thức

chính trong ngăn xếp giao thức của GPON.

o Các khối truyền dẫn T-CONT (Transmission Containers)

o Lớp hội tụ truyền dẫn được xếp ở vị trí giữa môi trường vật lý và các đối tượng

của GPON (ATM client, GEM client,…).

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Ngăn xếp giao thức:

25

 Cấu trúc khung:

 Cấu trúc khung đường xuống: Mỗi khung GTC xuống dài 125µs, chứa khối điều khiển

vật lý luồng xuống PCBd và phần tải dữ liệu.

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Cấu trúc khung đường xuống: Khung đường lên có độ dài 125µs, gồm các khung ảo

hướng lên Các khung ảo hướng lên được tạo bởi các burst từ các ONU khác nhau

27

 Phương thức đóng gói dữ liệu: GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói dữ

liệu ATM và GEM

Phương thức đóng gói GEM sử dụng đóng gói qua mạng GPON, cung cấp khả

năng đóng gói tương tự ATM.Hỗ trợ nhiều dịch vụ khác nhau, khách hàng ATM

được sắp xếp trong suốt vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM Lưu

lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet, gói tin IP, IPTV, VoiIP, và các loại

khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Thủ tục định cỡ pha của GPON: Có hai cách xác định ONU cho quá trình định

cỡ Một phương pháp xác định duy nhất ONU đã đăng ký và phương pháp

khác định tất cả các ONU chưa đăng ký Trong phương pháp thứ nhất, một

ONU với số ID riêng được xác định trong hệ thống vận hành Trong phương

pháp thứ hai, OLT không biết số ID riêng của mỗi ONU, khi đó sẽ có vài ONU có

thể truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ diễn ra liên tục Một phương pháp

giảm xung đột trong quá trình định cỡ là truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ

với một khoảng cách thời gian chờ ngẫu nhiên

29

Thủ tục định cỡ pha thứ nhất:Thủ tục định cỡ của GPON được chia làm 2 pha Ở pha

thứ nhất (hình 1-22)đăng ký số sêri cho ONU chưa đăng ký và cấp phát ONU-ID cho

ONU đã thực hiện Số sêri ID xác định ONU và phải là duy nhất, đồng thời ONU-ID

được sử dụng để điều khiển, theo dõi và kiểm tra ONU

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

o Các bước trong pha thứ nhất:

1. OLT xác định tất cả các ONU hiện đang hoạt động để cho dừng quá trình truyền

dần (các ONU ngừng truyền dẫn –(1) ONU halt)

2. OLT xác định ONU không có ONU-ID để yêu cầu truyền số sêri (bản tin yêu cầu số

sêri –(2) serial_number request)

3. Sau khi nhận được yêu cầu truyền số sêri, ONU không có ONU-ID sẽ truyền số sêri

(quá trình truyền số sêri –(3) SN transmission) sau khi chờ một khoảng thời gian

ngẫu nhiên (tối đa 50ms)

4. OLT chỉ định một ONU-ID tới ONU chưa đăng ký mà OLT đã được nhận số sêri (bản

tin chỉ định ONU-ID –(4) asign ONU-ID).

31

 Trong pha tiếp theo RTD được đo cho mỗi ONU đã đăng ký mới Thêm vào đó pha này

cũng được áp dụng Cho các ONU bị mất tín hiệu trong quá trình thông tin

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

o Các bước trong pha thứ hai:

5 OLT xác định tất cả các ONU đang thông tin để cho dừng quá trình truyền dẫn luồng

lên (các ONU ngừng truyền dẫn –(5) ONU halt )

6 Sử dụng các số sêri, OLT xác định một ONU nhất định và chỉ ONU đó được truyền tín

hiệu cho quá trình đo trễ (bản tin yêu cầu ranging –(6) ranging request)

7 ONU có số sêri trùng với số sểi OLT đã xác định sẽ truyền tín hiệu cho quá trình đo

trễ (quá trình truyền ranging –(7) ranging transmission), bao gồm cả ONU-ID đã chỉ

định trong pha 1.

8 OLT đo RTD phụ thuộc vào thời gian mà tín hiệu sử dụng cho phép đo trễ thu được

Hơn nữa, sau khi xác nhận sự kết hợp giữa số sêri và ONU-ID là đúng, OLT thông

báo trễ cân bằng (Equalization Delay = Tept - RTD) tới ONU (bản tin thời gian

ranging –(8) Ranging-time mesage) Trong đó Tept là hằng số và giá trị RTD lớn

nhất được xác định trong mạng PON Ví dụ với khoảng cách 20km thì Pted=200ms.

ONU lưu giá trị trễ cân bằng và tạo trễ định thời cho chuỗi dữ liệu truyền dẫn

luồng lên với giá trị này

33

 Thủ tục cấp phát băng thông:

G: gán băng thông R: yêu cầu

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 Các bước tiến hành như sau:

1. ONU lưu lưu lượng upstream nhận được từ người dùng vào bộ đệm.

2. Tiếp theo, kích cỡ dữ liệu lưu trong bộ đệm được thông báo cho OLT như một yêu

cầu tại thời điểm OLT quy định.

3. OLT xác định thời gian bắt đầu truyền và khoảng thời gian khả dụng (= cửa sổ

truyền dẫn) tới ONU, xác định đặc tính dịch vụ và kích cỡ được thông báo.

4. ONU đợi tới thời gian được cấp phát và sau đó truyền kích cỡ dữ liệu đặc trưng cho

OLT.

Trong tiến trình thứ 3, đặc tính dịch vụ được đề cập ở đó liên quan tới băng

tần nhỏ nhất 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 nhau sẽ đòi hỏi thiết kế khác

nhau hoàn toàn

35

 Bảo mật và mã hóa:

 Do mạng GPON là mạng điểm – đa điểm nên dữ liệu hướng xuống có thể được nhận

bởi tất cả các ONU Công nghệ GPON sử dụng bảo mật hướng xuống với chuẩn mật

mã tiên tiến AES (Advenced Encrytion Standard) Chỉ phần tải lưu lượng trong khung

được mã hóa Với hướng lên xem như liên kết điểm – điểm và không sử dụng mã hóa

bảo mật.

 Công nghệ GPON sử dụng phương pháp sửa lỗi tiến FEC FEC mang lại kết quả tăng

quỹ tích đường truyền 3÷4 dB (độ lợi mã hóa) vì vậy cho phép tăng tốc độ bit và

khoảng cách giữa OLT và ONU cũng như hỗ trợ tỉ số chia lớn hơn trong mạng FEC

được tùy chọn sử dùng trong cả hướng lên và hướng xuống

TÌM HIỂU MẠNG TRUY NHẬP QUANG GPON

 ứng dụng của GPON:

 GPON được ứng dụng trong các mạng truy cập FTTx để cung cấp các dịch vụ như

IPTV, VoD, RF Video (chồng lấn), Internet tốc độ cao VoIP, Voice TDM với tốc độ dữ

liệu / thuê bao có thể đạt 1000 Mbit/s, hỗ trợ QoS đấy đủ.

 Giải trí – CATV, HDTV, PPV, PDVR, IPTV – Hệ thống đường lên Video hoàn thiện cho

modem DOCSIS và dịch vụ Video tương tác, truyền hình vệ tinh, tất cả các dịch vụ

trên cap quang GPON.

 Thông tin liên lạc – Các đường thoại, thông tin liên lạc, truy cập Internet, Intranet tốc

độ cao, truy cập Internet không dây tại những địa điểm công cộng Đường băng

thông lớn (BPLL) và 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 năng giám sát, backup dữ liệu

37

 Khả năng cung cấp dich vụ: GPON được triển khai để đáp ứng tỉ lệ dung lượng dịch

vụ/chi phí khi so sánh với mạng cáp đồng/DSL và các mạng SDH/SONET cũng như giải

pháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao

 Các dịch vụ cho hộ gia đình: GPON được phát triển để mang đến các, truyền hình theo yêu

cầu, game trực tuyến, Internet tốc độ cao và VoIP

 Với các doanh nghiệp vừa và nhỏ: GPON là sự lựa chọn hoàn hảo cho các doanh nghiệp

vừa và nhỏ có yêu cầu về thoại, truy nhập Internet, VPN và các dịch vụ T1/E1 với chi phí

hợp lý

 Với Chính phủ, giáo dục và y tế: thị trường các cơ quan chính phủ yêu cầu các dịch vụ dữ

liệu và thoại có chất lượng cao và băng thông lớn với chi phí thấp

The End

Thanks for your listening!