Đồ án về mạng cáp quang GPON

Xã hội ngày càng phát triển dẫn tới sự phát triển của các khu vực kinh tế như: khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư cao cấp… cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như: ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu. Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến, các dịch vụ đào tạo từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao. Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang (FTTx) là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới. Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT, Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang (FTTx Fiber To The X). Trong đó, có hai loại mạng chính là mạng quang chủ động AON và mạng thù động PON. Nhờ tính ưu việt của mình PON đang dần thay thế AON và chuẩn GPON (Giagabit PON) của PON với tốc độ đường lên và xuống lên tới 2,5Gbps đang là chuẩn công nghệ đang được triển khai trên mạng truy nhập quang. Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng. GPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai.

đồ án.docx

hinh anh A0.docx

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

1.1 Mạng truy nhập quang 1

1.1.1 Giới thiệu về mạng truy nhập 1

1.1.2 Mạng truy nhập quang ( OAN- Optical Access Network) 2

1.2 Cáp quang 2

1.2.1 Cấu trúc cáp quang 2

1.2.2 Phân loại sợi quang 3

a Phân loại theo vật liệu điện môi 4

b Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ 4

c Phân loại theo mode lan truyền 6

d Vật liệu chế tạo sợi quang 7

1.2.3 Phân loại cáp quang 10

a Cáp treo Error! Bookmark not defined b Cáp kéo trong cống Error! Bookmark not defined c Cáp chôn trực tiếp Error! Bookmark not defined d Cáp trong nhà và cáp nhảy Error! Bookmark not defined e Cáp ngập nước và cáp thả biển Error! Bookmark not defined 1.3 Cấu trúc mạng truy nhập quang 14

1.3.1 Hình tham chiếu mạng truy nhập quang 14

1.3.2 Các khối chức năng 15

1.4 Ưu nhược điểm của mạng truy nhập quang so với mạng sử dụng cáp đồng trục và các loại mạng khác 18

1.4.1 Ưu điểm của mạng truy nhập quang : 18

1.4.2 Nhược điểm 19

CHƯƠNG II: CÁC LOẠI MẠNG TRUY NHẬP QUANG Error! Bookmark not defined.

2.1.1 Cấu trúc mạng AON Error! Bookmark not defined 2.1.2 Các công nghệ AON Error! Bookmark not defined.

defined.

b Công nghệ SDH Error! Bookmark not defined.

c Công nghệ NG-SDH 25

2.2 Mạng quang thụ động PON 25

2.2.1 Mô hình mạng PON 28

2.2.2 Các chuẩn mạng PON Error! Bookmark not defined a TDMPON: Error! Bookmark not defined b WDM-PON: 38

c CDMAPON: 39

2.2.3 Ưu nhược điểm của mạng PON Error! Bookmark not defined 2.3 So sánh hai mạng AON và PON Error! Bookmark not defined 2.3.1 Về công nghệ Error! Bookmark not defined 2.3.2 Về tính kinh tế Error! Bookmark not defined CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ GPON VÀ CÁC THIẾT BỊ THAM GIA MẠNG ĐÁP ỨNG CÁC GIẢI PHÁP FTTx Error! Bookmark not defined 3.1 Tổng quan về GPON Error! Bookmark not defined 3.1.1 Đặc điểm: 45

a Khả năng cung cấp băng thông 46

b Khả năng cung cấp dịch vụ 47

3.1.2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON 48

a Chức năng của GTC 48

b Tốc độ bit của GPON 49

3.1.3 Khung truyền dẫn GPON 50

a Cấu trúc khung hướng xuống 50

b Cấu trúc khung hướng lên Error! Bookmark not defined 3.1.4 Phân bổ băng tần động DBA trong GPON 56

3.2 Tình hình chuẩn hóa GPON của các tổ chức quốc tế 57

3.2.1 Tình hình chuẩn hóa GPON của ITU-T 57

3.2.2 Tình hình chuẩn hóa của một số tổ chức khác 58

3.3 Tình hình chuẩn hóa GPON tại Việt Nam 59

3.4 Các thiết bị tham gia đáp ứng các giải pháp FTTx 60

3.4.1 Giới thiệu mạng FTTx 60

Phân loại theo chiều dài cáp quang 60

Phân loại theo cấu hình 61

3.4.2 Các thiết bị trong hệ thống FTTxGPON 61

CHƯƠNG IV: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG GPON VÀ CÁCH XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG FTTx GPON 68

4.4 Ứng dụng và hướng phát triển của mạng truy nhập quang 68

4.4.5 Ứng dụng của mạng truy nhập quang 68

4.4.6 Tình hình triển khai GPON trong thực tế 69

a Trên thế giới: 69

b Ở Việt Nam: Error! Bookmark not defined.

Bookmark not defined.

4.2.1 Định hướng chung Error! Bookmark not defined.

4.2.2.1 Số liệu đầu vào phục vụ dự báo thuê bao GPON (điền vào bảng số

liệu đính kèm) Error! Bookmark not defined.

Error! Bookmark not defined.

defined.

GPON: 78

4.3.1 Số liệu đầu vào cần chuẩn bị 80

4.3.2 Các bước tiến hành thực hiện việc thiết kế mạng quang truy nhập GPON ……… 80

4.3.3 Kết quả cần giao nộp khi hoàn thiện 88

4.3.4 Hướng dẫn sử dụng các công cụ 88

4.3.5 Tính toán suy hao đường truyền 90

a Các tham số suy hao 91

b Công thức tính suy hao trên đường truyền quang 91

c Quy định về chiều dài cáp quang và số lượng măng sông đấu nối thẳng trên tuyến cáp quang từ OLT đến ONT/ONU Error! Bookmark not defined 4.4 Nguyên tắc tổ chức mạng phân phối cáp quang FTTx - GPON Error! Bookmark not defined 4.4.1 Các sở cứ tổ chức mạng phân phối cáp quang (ODN) Error! Bookmark not defined 4.4.2 Nguyên tắc phối cáp Error! Bookmark not defined 4.4.3 Lựa chọn Splitter và các giải pháp lắp đặt Error! Bookmark not defined 4.4.4 Các giải pháp cho mạng FTTH 97

a Triển khai FTTH tại các toà chung cư có mật độ dân số cao, các tòa nhà văn phòng 94

b Triển khai FTTx tại các khu đô thị tập trung nhiều tòa nhà cao tầng 99

c Triển khai FTTH tại các khu biệt thự, nhà liền kề 100

Khách hàng 101 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO

APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động công

nghệ ATM ASE Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa

ATM Asynchronous transfer mode Phương thức truyền tải không

đồng bộ BPON Broadband Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động băng

rộng

B-ISDN Bandwidth Intergrated Service

Data network

Mạng dữ liệu tích hợp dịch vụ

băng rộng CCTV

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CRC Cyclic Redundancy Check Địa chỉ đích

CPE Customer Premises Equipment Thiết bị trợ giúp người dùng DBA Dynamic Bandwidth Allocation Phân bổ băng thông động DBRu Dynamic Bandwidth Report

Thiết bị trao đổi thông tin

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối thông tin DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

EMI Electromangnetic interference Nhiễu điện từ

EMS Element management system Hệ thống quản lý

EPON Ethernet passive optical

network

Mạng quang thụ động trên

Ethernet

FEC Forward Error Correction Kỹ thuật sửa lỗi

FTTB Fiber to the building Cáp quang tới tòa nhà

FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ FWA

GEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON GEPON Gigabit Ethernet passive

optical network

Mạng PON tốc độ gigabit trên

Ethernet GPON Gigabit passive optical network Mạng quang thụ động tốc độ

gigabit

Convergence

Khung truyền dẫn hội tụ GPON

HDTV High definition television Truyền hình độ nét cao

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineer

Viện kỹ nghệ điện điện tử

ISDN Intergrated services digital

Union-Tiêu chuẩn về viễn thông của

ITU

MAC Media/Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi

trường MPCP Multi-Point Control Protocol Giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU Multi-Point Control Protocol

Quản lý vận hành bảo dưỡng

ODF Optical Distribution Frame Giá phối quang

ODN Optical Distribution network Mạng phối quang

OMCI ONT Management and Control

Interface

Giao diện điều khiển và quản lý

ONT

ONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang

PCBd Physical Control Block

downstream

Khối điều khiển vật lý đường

xuống PDU Protocol Data Units Đơn vị giao thức dữ liệu Plend Payload length downstream Chiều dài tải hướng xuống PLOAM Physical Layer OAM Quản lý vận hành bảo dưỡng

lớp vật lý PLOAMu Physical Layer OAM upstream Quản lý vận hành bảo dưỡng

lớp vật lý đường lên PLOu Physical Layer Overhead

upstream

Mào đầu lớp vật lý

PLSu Physical Levelling Sequence

upstream

San bằng công suất

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

RFI Radio frequency interference Nhiễu tần số vô tuyến SDH Synchronous digital hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ

SFD Start of Frame Delimiter Không giới hạn bắt đầu khung SFP

SNI Service network interface Giao diện mạng dịch vụ SONET Synchronous optical network Mạng quang đồng bộ SPF Service port function Chức năng cổng dịch vụ TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo

thời gian TDM Time division multiple Ghép kênh phân chia theo thời

gian

TIR Total internal reflection Phản xạ nội toàn phần UNI User network interface Giao diện người sử dụng mạng VDSL Very high-bit-rate Digital

Subscriber line

Đường dây thuê bao số tốc độ

bit cao VSAT Very small aparture terminal Truyền thông vệ tinh WDM Wavelength division multiple Ghép kênh phân chia theo bước

sóng WiMAX Worldwide interoperability for

microwave access

Kết nối internet băng thông rộng không dây ở khoảng cách

lớn

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc cáp quang……… ……… ….2

Hình 1.2: Các kiểu sợi quang…… ……… 6

Hình 1.3: Cáp tự treo……… ……… 11

Hình 1.4: Cáp trong nhà và cáp nhảy……… ……… 12

Hình 1.5: Cấu trúc cáp thả biển……… ……… 13

Hình 1.6: Sơ đồ khối mạng truy nhập quang……… ………… 15

Hình 1.7: Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang…… ……… 15

Hình 1.8: Cấu trúc OLT và thiết bị OLT thực tế…… ……….16

Hình 1.9: Cấu trúc ONU và thiết bị ONU thực tế…… ……… 17

Hình 2.1: Cấu trúc mạng quang chủ động AON……… ……… 21

Hình 2.2: Cấu trúc homerun……… ……… 21

Hình 2.3: Sơ đồ tách ghép PDH……… ……… 22

Hình 2.4: Mô hình cung cấp dịch vụ mạng trên mô hình NG-SDH ……… 25

Hình 2.5: Cấu trúc mạng PON……….……….28

Hình 2.6: Mô hình mạng quang thụ động PON….……… 28

Hình 2.7: Bộ chia công suất quang…….……… 29

Hình 2.8: Kiến trúc mạng quang thụ động… ……… 30

Hình 2.9: Mạng PON sử dụng một sợi quang.….……….31

Hình 2.10: Cấu hình tham chiếu APON….…….……… 32

Hình 2.11: Kiến trúc mạng BPON…….……… 34

Hình 2.12: Kiến trúc mạng EPON…….……… 35

Hình 2.13: Kiến trúc mạng GPON…….……… 36

Hình 2.14: Cấu trúc WDMPON…….……… 39

Hình 3.1: Lớp con truyền dẫn hội tụ…….……… 45

Hình 3.2: Mạng truy nhập quang thụ động GPON.……… …45

Hình 3.3: Mô hình mạng GPON điển hình….……… …48

Hình 3.4: Điều khiển đa truy nhập GPON….……… 49

Hình 3.5: Khung hướng xuống GTC…….……… 50

Hình 3.6: Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU….……… 51

Hình 3.7: Mô tả chi tiết khung hướng xuống GTC….……….…53

Hình 3.8: Khung hướng lên GTC………….……… 54

Hình 3.9: Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC….……… 54

Hình 3.10: Các cell ATM ở hướng lên…….……… 56

Hình 3.11: Các khung GEM ở hướng lên.……… 56

Hình 3.12: Báo cáo DBA ở hướng lên….……… 56

Hình 3.13: Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang….……… 60

Hình 3.14: sơ đồ khối mạng GPON…….………61

Hình 4.1: Cấu hình đấu nối tổng quát các thiết bị mạng GPON.……….76

Hình 4.2: Cấu trúc tổng thể mạng truy nhập GPON.……… ….78

Hình 4.3: Sơ đồ đấu nối tuyến quang từ OLT đến ONT.……… … 92

Hình 4.4: Cấu trúc đặt splitter 1 cấp….……… … 96

Hình 4.5: Cấu trúc đặt splitter 2 cấp….……… … 97

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các kiểu phân loại sợi quang……… 4

Bảng 1.2: Đặc tính của cáp thả biển được dùng phổ biến……… …14

Bảng 2.1: PDH và SDH……… 24

Bảng 2.2: So sánh giữa các chuẩn công nghệ TDMPON……… 37

Bảng 2.3: So sánh giữa các công nghệ PON……… 40

Bảng 2.4: So sánh công nghệ AON và PON……… 41

Bảng 2.5: So sánh hai mạng AON và PON……….42

Bảng 3.1: Liệt kê tốc độ bit của GPON……… 49

Bảng 4.1: Suy hao connector quang……… 78

Bảng 4.2: Suy hao bộ chia/ghép quang……… 78

Bảng 4.3: Suy hao sợi quang bao gồm các mối hàn……… 79

Bảng 4.4: Các tham số suy hao………91

Bảng 4.5: Mối tương quan giữa chiều dài tuyến cáp (chính, phụ), số lượng mối hàn/măng xông và tổng suy hao cho phép……… 93

LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển dẫn tới sự phát triển của các khu vực kinh tế như: khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư cao cấp… cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như: ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến, các dịch vụ đào tạo từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng

Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang (FTTx) là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới

Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT, Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang (FTTx

- Fiber To The X) Trong đó, có hai loại mạng chính là mạng quang chủ động AON và mạng thù động PON Nhờ tính ưu việt của mình PON đang dần thay thế AON và chuẩn GPON (Giagabit PON) của PON với tốc độ đường lên và xuống lên tới 2,5Gbps đang là chuẩn công nghệ đang được triển khai trên mạng truy nhập quang

Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện

nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch

vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng GPON

sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai

Sinh viên thực hiện

Mai Hữu Xuân

KẾT LUẬN

Sau thời gian thực hiện đồ án với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của cô

Vũ Hoàng Hoa, đồ án nghiên cứu mạng truy nhập quang thụ động GPON đã hoàn thành đúng thời gian quy định

Đồ án đã trình bày chi tiết về mạng truy nhập quang cùng với công nghệ GPON- chuẩn mới nhất được triển khai tại Việt Nam Đưa ra các mô hình mạng truy nhập quang với những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất lượng Hứa hẹn sự phát triển vượt bậc cho mạng truy nhập, đáp ứng nhu cầu khách hàng Hiện tại PON đang được triển khai rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Tại Việt Nam, những nhà cung cấp dịch vụ như Viettel, FPT, SPT, CMC TI cũng đang đẩy mạnh phát triển PON dựa trên nhiều chuẩn khác nhau

Hướng phát triển tiếp theo của em là nghiên cứu đi sâu hơn nữa về chuẩn GPON này theo hướng: Cải thiện chất lượng mạng quang nói chung và mạng GPON nói riêng bằng cách sử dụng mã Turbo code Trong quá trình truyền tín hiệu quang, ở tốc độ khoảng vài Gbps thì hiện tượng tán sắc gây ra ảnh hưởng rất lớn đến tỉ lệ lỗi bit Người ta có thể cải thiện BER bằng cách sử dụng mã hóa kênh như

mã Turbo code

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách “Cơ sở kỹ thuật thông tin quang” của THS Chu Công Cẩn

2 Số liệu về GPON của công ty Pyramid Việt Nam

3 Nguyên tắc, hướng dẫn xây dựng cấu trúc mạng GPON của tập đoàn VNPT

4 Gerd Keiser, PhotonicsComm Solutions, Inc, FTTX Concepts and Applications,

Wiley Series in Telecommunications and Signal Processing Publication Date: January 2006 Wiley-IEEE Press

5 Paul E Green Jr., Fiber to the Home: The New Empowerment» John Wiley &

Sons

6 Cedric F Lam (Editor), Passive Optical Networks: Principles and Practice

(Hardcover)

7 Glen Kramer, University of California, Davis Biswanath Mukherjee, University

of California, Davis Ariel Maislos, Passave Networks, Israel, Ethernet Passive Optical Network (EPON)The FTTH Prism,Vol.5 No.2, February 2008, OFC/NFOEC

10 ITU G.984.3 (2004), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON):

Transmission convergence layer specification

11 ITU G.984.2 (2003), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON):

Physical Media Dependent (PMD) layer specification

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

1.1 Mạng truy nhập quang

1.1.1 Giới thiệu về mạng truy nhập

Trước khi tìm hiểu về truy nhập quang chúng ta tìm hiểu thế nào là mạng truy nhập?

Mạng truy nhập ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối với thuê bao,

nó bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được lắp đặt giữa trạm chuyển mạch nội hạt(tổng đài) với thiết bị đầu cuối thuê bao

Mạng truy nhập gồm các chức năng : ghép kênh, nối chéo, truyền dẫn

Các công nghệ truy nhập bao gồm :

+ Truy nhập hữu tuyến : truy nhập cáp đồng và truy nhập cáp quang

+ Truy nhập vô tuyến : truy nhập vô tuyến cố định và truy nhập vô tuyến di động

Dựa trên băng thông , ta có : truy nhập băng rộng và truy nhập băng hẹp

+ Truy nhập băng hẹp : Truy nhập bằng quay số ( Dial-up Access)

+ Truy nhập băng rộng : DSL, Cable Modem, cáp quang, vô tuyến

Các công nghệ truy nhập băng rộng đều có những ưu điểm về băng thông, tốc độ truyền tải dữ liệu, tính bảo mật Tuy nhiên, ta cũng có thể thấy được nhược điểm của các công nghệ băng rộng như DSL, cable modem hay WiMAX là không tối ưu để vận chuyển luồng dữ liệu

+ ADSL : không phục vụ tốt được những ứng dụng thoại, dữ liệu và video Thêm vào đó, khoảng cách vật lý mà CO có thể bao phủ với DSL bị giới hạn khoảng

Hầu hết các nhà vận hành mạng nhận thấy rằng cần có một giải pháp truy nhập

mới với dữ liệu tập trung là cần thiết Nó phải rẻ hơn, đơn giản, và có khả năng phân phối thoại, dữ liệu và dịch vụ truyền hình đến khách hàng trên một mạng duy nhất, kiến trúc mới này sẽ được tối ưu cho luồng dữ liệu IP- giao thức thông tin đang thịnh

hành hiện nay

 Giải pháp truy nhập quang : sợi quang với những ưu điểm như băng thông

cao, suy hao thấp, ít xuyên nhiễu sẽ là giải pháp băng rộng lý tưởng cho mạng truy nhập

1.1.2 Mạng truy nhập quang ( OAN- Optical Access Network)

Mạng truy nhập quang là mạng truy nhập mà hệ thống truyền dẫn (TS) là hệ thống truyền dẫn quang

Mạng truy nhập quang chủ yếu sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn Mạng truy nhập quang được chia làm 2 loại cơ bản là : mạng truy nhập quang tích cực AON và mạng truy nhập quang thụ động PON

+ Mạng AON sử dụng các thiết bị tích cực như các bộ chia tích cực hoặc các bộ ghép kênh ở đoạn phân bố của mạng truy nhập

+ Mạng PON không chứa bất kì một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện - quang Thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm : sợi quang, các bộ chia,

bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc,

Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như:

* Không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn

* Có độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực

Mạng truy nhập quang sử dụng sợi quang làm môi trường truyền dẫn chủ yếu

Sau đây, ta sẽ nghiên cứu về cáp sợi quang

1.2.1 Cấu trúc cáp quang

Hình 1.1: Cấu trúc cáp quang Cáp quang gồm các thành phần:

+ Lõi : trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua, đường kính nhỏ được phủ bằng một lớp ít trong suốt và được bao bọc bằng lớp vỏ

+ Cladding : vật cách quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi

+ Buffer coating : lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt,

dơ bẩn,cào xước

+ Jacket : hàng trăm hay hàng nghìn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp quang.Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket

Độ suy hao của sợi quang thấp hơn các loại cáp đồng do tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trong cáp đồng,nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km Dung lượng tải của cáp quang cao hơn vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng Điều này cho phép nhiều kênh

đi qua một sợi cáp

Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn,bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít,máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được dùng trong cáp đồng

Cáp quang không cháy,vì không có điện xuyên qua cáp quang,do đó không có nguy cơ xảy ra hỏa hoạn.Tuy vậy,cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt tiền so với các loại cáp đồng

Ánh sáng lan truyền dọc theo lõi bằng một quá trình TIR (Total Internal Reflection) Điều này có được là nhờ vào hai lớp thủy tinh có chiết xuất khác nhau Lõi thủy tinh bên trong có chiết xuất lớn hơn chiết xuất của lớp thủy tinh bên ngoài Suy hao dọc theo sợi là bé và tín hiệu không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường như đối với các phương tiện truyền dẫn khác :radio,cáp kim loại Tuy vậy,tín hiệu vẫn

bị suy giảm bởi sự tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến

1.2.2 Phân loại sợi quang

Tùy theo yêu cầu sử dụng khác nhau mà sợi quang được sản xuất theo các kỹ thuật khác nhau với các đặc tính khác nhau Trên cơ sở này mà sợi quang được phân loại theo nhiều cách khác nhau, ví dụ như theo vật liệu chế tạo sợi quang, theo mode truyền dẫn, theo phân bố chiết suất khúc xạ của lõi sợi

Bảng 1.1: Các kiểu phân loại sợi quang Phân loại theo vật liệu điện môi - Sợi quang thạch anh

- Sợi quang thủy tinh đa vật liệu

- Sợi quang bằng nhựa tổng hợp Phân loại theo mode lan truyền - Sợi quang đơn mode(SM-single

mode)

- Sợi quang đa mode (MM-multi mode)

Phân loại theo phân bố chiết suất

khúc xạ trong sợi quang

- Sợi quang chiết suất nhảy bậc (SI- step index)

- Sợi quang chiết suất biến đổi (GI- gradien index)

Trong thực tế người ta thường chia sợi quang thành những loại sau:

- Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc SI-MM ( Step Index- Multi Mode)

- Sợi đa mode chiết suất biến đổi GI-MM ( Grandien Index- Multi Mode)

- Sợi đơn mode chiết suất nhảy bậc SI-SM ( Step Index- Single Mode)

Loại sợi bao gồm phần lớn thủy tinh thạch anh: nó không chỉ chứa thạch anh nguyên chất (SiO2) mà còn có các tạp chất thêm vào như Ge, B và F… để làm thay đổi

Các sợi quang có thể tạm phân loại thành hai nhóm theo phân bố chỉ số khúc xạ của lõi sợi Một loại gọi là sợi quang chiết suất nhảy bậc (SI), loại thứ hai gọi là sợi quang chiết suất biến đổi (GI)

Loại sợi SI: nói chung chỉ dùng để chỉ sợi quang đa mode mà nó có chiết suất thay đổi một cách rõ ràng giữa lõi và vỏ

Loại sợi quang GI: sợi quang được làm theo cấu trúc đặc biệt để truyền ánh sáng nhiều mode Chiết suất khúc xạ của lõi biến đổi một cách dần dần theo hướng đường kính sợi Hay ánh sáng ở mode cao hơn sẽ lan truyền qua một khoảng cách lớn hơn và hầu như lan truyền trong phần lõi có chiết suất phản xạ thấp

Hình 1.2: Các kiểu sợi quang

Căn cứ vào số mode truyền dẫn trong sợi, tất cả các sợi quang được nhóm thành hai nhóm:

Loại sợi đa Mode: là loại sợi chiết suất phân bậc có đường kính lõi vào khoảng 100÷200μm và sợi chiết suất biến đổi có đường kính lõi sợi vào khoảng 50μm và 62.5μm Hiện tại sợi quang đa mode vẫn được sử dụng trong các thiết bị hoặc dùng làm cáp cho mạng LAN Ưu điểm của loại này là khẩu độ số lớn thuận tiện cho truyền dẫn nhiều băng tần truyền dẫn, như vậy sẽ làm đơn giản các thiết bị và phát huy lợi nhuận tối đa

Tuy nhiên do sự trễ về thời gian giữa các mode truyền dẫn, xung ánh sáng sẽ lan rộng tương ứng khi độ dài sợi tăng và sẽ gây ra giới hạn về băng tần truyền dẫn

Loại sợi đơn mode: trong sợi đơn mode, đường kính lõi sẽ được giảm nhỏ cho đến khi chỉ có duy nhất một mode truyền trên sợi quang Kích thước vật lý của sợi đơn mode vào khoảng dưới 10μm, đây cũng là kích thước để một mode truyền trong nó được bảo đảm là tối ưu

Tuy nhiên cần phải chú ý rằng sợi đơn mode sẽ là sợi đơn mode khi và chỉ khi bước sóng của xung ánh sáng λ lớn hơn λc với:

λc=2𝜋𝛼

2.405√𝑛12− 𝑛22 là bước sóng cắt (cutoff wavelength)

 Sợi có tán sắc không Zero dịch chuyển (Non-Zero dispersion shifted fibers NZ-DSF)

Sợi đơn mode hiện nay không nhất thiết phải có chỉ số chiết suất nhảy bậc Thay đổi chỉ số chiết suất của sợi quang cần quá trình công nghệ tinh vi, phức tạp, các đặc tính của sợi có thể thay đổi rõ rệt Thay đổi chiết suất sẽ ảnh hưởng chủ yếu đến tán sắc ống dẫn sóng (waveguide dispersions) một phần của tán xạ màu sắc (Chromatic dispersion)

 Sợi đơn mode thông thường ( standard single mode fiber-SSMF) theo khuyến nghị G650, G652

Loại sợi này được chế tạo để có tán xạ màu sắc bằng không tại bước sóng 1300nm ví dụ đối với các sợi quang do Alcatel chế tạo thì đây là sợi ASMF 200

 Sợi đơn mode có tán sắc dịch chuyển (Dispersion shifted fiber DSF) theo khuyến nghị G655

Đối với loại sợi này tán sắc ống dẫn sóng sẽ được thay đổi trên dường đi của tia sáng để có tán sắc bằng không tại bước sóng 1550nm

 Sợi đơn mode có tán sắc không Zero dịch chuyển (Non-Zero dispersion shifted fibers NZ-DSF) theo khuyến nghị G655

Về cơ bản, nguyên lý truyền dẫn của loại sợi này cũng giống như sợi DSF Nhưng tán xạ màu sắc sẽ không bằng không tại bước sóng 1550nm Nó sẽ có tán xạ màu sắc bằng không tại bước sóng <1440nm Trong các loại sợi do Alcatel chế tạo thì đây là sợi TeraLightTM

Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của khả năng truyền dẫn và sự xuất hiện của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mới (ghép kênh quang theo bước sóng với mật độ dày- Dense Wavelength Division Multiplexing- DWDM) thì chỉ có hai trong

số các loại sợi quang kể trên có thể được lựa chọn Hoặc sợi đơn mode thông thường phối hợp với sợi bù tán sắc (DCF- Dispersion Compensation Fiber), hoặc là sợi có tán sắc không zezo dịch chuyển NZ-DSF có thể được chọn bởi các thông số cơ bản của chúng có hiệu quả trong một vùng lớn cả điểm tán xạ màu và vùng xung quanh tán xạ này Cả hai giải pháp này đều phù hợp cho công nghệ ghép kênh quang DWDM với khoảng cách giữa các kênh ghép là rất nhỏ với tốc độ truyền dẫn lớn trong một đường truyền rất dài

Phần trên ta đã nghiên cứu cơ bản về cấu trúc sợi quang Nhìn chung chúng có cấu tạo gồm lõi và vỏ phản xạ, toàn bộ tạo nên sợi quang dài và rất mảnh Do yêu cầu truyền tín hiệu cho cự ly xa và tốc độ lớn nên chúng phải được cấu tạo bằng các vật liệu phù hợp với bản chất truyền tín hiệu của chúng

Như vậy, trong quá trình lựa chọn vật liệu chế tạo sợi quang, vật liệu đó cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Đảm bảo tạo được các sợi quang dài, mảnh và mềm dẻo

 Vật liệu phải đảm bảo thật trong suốt tại các bước sóng làm việc thông dụng (1300, 1550nm) tạo cho sợi truyền tín hiệu tốt, ít bị suy hao

 Các vật liệu chế tạo ra lõi, vỏ của sợi phải có bản chất vật lý tương thích

để tạo ra sự chênh lệch về chiết suất giữa lõi và vỏ là khá nhỏ

Tổng hợp các yêu cầu trên, người ta thấy rằng trong tất cả các vật liệu từ trước đến nay con người đã tạo được thủy tinh và chất dẻo trong suốt là vật liệu phù hợp nhất Các loại sợi được chế tạo có lõi là thủy tinh có suy hao lớn thì dùng cho các tuyến truyền dẫn ngắn, tốc độ thấp còn sợi chế tạo từ thủy tinh có độ suy hao nhỏ thì

sử dụng rộng rãi trong các tuyến có cự ly xa, tốc độ cao và các hệ thống thông tin quang tiên tiến Các loại sợi bằng chất dẻo ít được sử dụng vì có suy hao lớn hơn thủy tinh, nó chỉ dùng cho cự ly ngắn, tốc độ thấp và nơi có tác động cơ học mạnh, nơi mà yếu tố chất lượng truyền dẫn không phải đặt lên hàng đầu

 Sợi thủy tinh

Thủy tinh được chế tạo từ các hỗn hợp Oxit kim loại nóng chảy sulfide hoặc selenide Chúng tạo ra một vật liệu có cấu trúc một mạng phân tử liên kết hỗn hợp Loại thủy tinh trong suốt tạo ra các sợi dẫn quang chính là thủy tinh Oxit Trong đó, Silic Dioxit (SiO2) là loại Oxit thông dụng nhất để tạo ra sợi Nó có chỉ số chiết suất tại bước sóng 850nm là 1.458 Để tạo ra hai loại vật liệu gần giống nhau làm lõi và vỏ phản xạ của sợi, nghĩa là chỉ số chiết suất hơi lệch nhau, người ta phải thêm vào hàm lượng Flo và các oxit khác nhau như B2O3, GeO2 và P2O5 Nếu muốn tăng chỉ số chiết suất thì thêm GeO2 và P2O5 vào SiO2 còn nếu muốn giảm chỉ số chiết suất thì thêm

B2O3 vào Sợi dẫn quang có chiết suất lõi lớn hơn vỏ (để đảm bảo phản xạ toàn phần), vậy ta có thể thấy hỗn hợp vật liệu tạo ra các sợi như sau:

- Sợi có lõi GeO2-SiO2 và vỏ phản xạ SiO2

- Sợi có lõi P2O5- SiO2 và vỏ phản xạ SiO2

- Sợi có lõi B2O3- GeO2-SiO2 và vỏ phản xạ B2O3-SiO2

- Sợi có lõi SiO2 và vỏ phản xạ B2O3-SiO2

Trong thực tế vật liệu thô của SiO2 chính là cát, một nguồn tài nguyên sẵn có và

vô tận Thủy tinh tạo từ SiO2 có đặc điểm quan trọng là biến dạng tại nhiệt độ khoảng 1000℃, rất ít bị nở khi nhiệt độ tăng, tính bền vững hóa học cao Trong suốt trong vùng ánh sáng nhìn thấy (vùng hồng ngoại) do đó rất thích hợp cho thông tin sợi quang Tuy nhiên chúng có nhược điểm là cần có công nghệ chế tạo cao

 Sợi thủy tinh Halogen

Năm 1975, các nhà nghiên cứu tại trường đại học tổng hợp Rennes đã phát minh

ra loại thủy tinh Fluoride có suy hao truyền dẫn rất nhỏ ở vùng bước sóng giữa hồng ngoại (200÷8000nm) và suy hao thấp nhất ở vùng quanh bước sóng 2250nm Thủy tinh Fluoride là thủy tinh thuộc hệ Halogen từ các nguyên tố nhóm VII của bảng tuần hoàn hóa học đó là Flo, Clo, Brom, Iot Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học

đã tập trung vào phân tích các vật liệu thủy tinh Fluoride kim loại nặng trong đó chủ yếu chứa thành phần ZrF4- BaF2- LaF3- AlF3- NaF gọi là sợi ZBLAN

Loại sợi thủy tinh Fluoride có suy hao rất nhỏ cỡ khoảng 10-3dB/km ÷ 10

-2dB/km tạo ra tiềm năng lớn cho ngành thông tin quang Tuy nhiên vẫn còn hạn chế là mặt công nghệ chế tạo và độ dài sợi

 Sợi thủy tinh tích cực

Những kết quả nghiên cứu của những nhà khoa học về sợi dẫn quang cho ra các đặc tính từ và quang mới là việc kết hợp các nguyên tố đất hiếm vào sợi thủy tinh thụ động bình thường Đặc tính này cho phép các sợi thủy tinh có thể khuếch đại, suy hao

và làm trễ pha tín hiệu ánh sáng trong truyền dẫn quang, quá trình pha tạp ở đây có thể tiến hành ở cả sợi silic lẫn sợi halogen

 Các loại sợi vỏ chất dẻo

Phần trên ta đã xem xét cấu tạo của các loại sợi có vỏ và lõi đều là thủy tinh Những sợi này là yếu tố quan trọng trong những tuyến thông tin quang cự ly dài và tốc

độ lớn

Đối với những cự ly ngắn (vài trăm mét) người ta sử dụng các loại sợi có vỏ chất dẻo nhằm giảm chi phí, vì cự ly này cho phép sử dụng các loại sợi có suy hao lớn Sợi

này còn được gọi là sợi thủy tinh vỏ chất dẻo PCS (Plastic Clad Silica), vỏ thường chế tạo từ hợp chất polimer có chiết suất nhỏ hơn chiết suất lõi SiO2

Giá trị chiết suất vỏ này khoảng 1.405 tại bước sóng 850nm, nhựa silicon sẽ thỏa mãn không những thế nhựa silicon còn tham gia chế tạo vỏ bảo vệ sợi quang Thông thường sợi thủy tinh có vỏ phản xạ là chất dẻo là loại chỉ tồn tại ở dạng sợi có chiết suất phân bậc, chúng lại có đường kính lõi khá lớn (150÷600μm)

Sợi này có khẩu độ số khá lớn nên cho phép sử dụng với nguồn quag có góc phát

xạ lớn Vì thế cho phép giảm giá thành hệ thống một cách đáng kể

 Sợi chất dẻo

Là loại sợi chiết suất phân bậc có cả lõi và vỏ phản xạ đều bằng chất dẻo Loại sợi này chỉ đáp ứng được cự ly truyền dẫn không quá 100m vì suy hao rất lớn nên ngày nay hầu như không được sử dụng

1.2.3 Phân loại cáp quang

Trong quá trình thiết kế một hệ thống thông tin quang, sự lựa chọn cáp quang chủ yếu dựa vào môi trường lắp đặt Hiện nay có rất nhiều nhà chế tạo cho ra các chủng loại cáp hết sức đa dạng Tuy nhiên nhìn chung ứng dụng của cáp quang được phân thành các loại chính sau:

 Cáp treo

 Cáp kéo cống

 Cáp chôn trực tiếp

 Cáp trong nhà hoặc cáp nhảy

 Cáp ngập nước hoặc cáp thả biển

Ngoài các ứng dụng chính được liệt kê, cáp quang còn có một số loại đặc biệt sử dụng cho mục đích riêng

Cáp treo ứng dụng trong Viễn thông tại những khu vực có nhiều đồi núi không thể hoặc khó khăn khi thi công cống bể hay chôn trực tiếp, tại những nơi có biến động địa chất không ổn định Cáp treo có thể được chế tạo ôm sát vào thành phần gia cường kim loại và phi kim loại độc lập hoặc là dưới dạng tự chịu lực Ở trường hợp ôm sát vào thành phần gia cường thường dùng cho các môi trường có băng, tuyết và gió, có

cự ly truyền dẫn dài

Trong trường hợp cáp tự chịu lực, cáp chịu ảnh hưởng của ứng suất cơ học và nhiệt độ Cáp tự chịu lực đòi hỏi có sức bền cao và cần phải ở cấu trúc dạng bọc lỏng

để sợi có khoảng tự do lớn hơn Ví dụ về cáp treo tự chịu lực như hình

Hình1.3 : Cáp tự treo

Cáp kéo cống thường được thi công tại những vùng đồng bằng và những khu đô thị lớn, nó có được ưu điểm là độ an toàn và tin cậy cao, tuy nhiên tốn nhiều nhân công và tiền bạc trong thi công cống bể

Cáp kéo trong cống phải chịu được lực kéo và lực xoắn, có trọng lượng nhẹ và phải rất mềm dẻo để vượt qua chướng ngại khi lắp đặt Mặt khác cáp cũng phải chịu được nước và độ ẩm vì cống bể thường hay bị đọng nước Chính vì vậy trong cấu trúc cáp thường có chất độn jelly và thành phần chống ẩm bằng kim loại Trong trường hợp cáp không được độn đầy thì cần phải có hệ thống bơm hơi cho cáp Lớp bọc thép đôi khi cũng được sử dụng vào loại cáp này để chống côn trùng và loài gặm nhấm Cáp kéo cống có tất cả các dạng cấu trúc: bọc chặt, bọc lỏng trong ống, bọc lỏng bằng khe dưới dạng băng hoặc bó sợi

- Cáp chôn phải có lớp bọc kim loại tốt để tránh bị phá hủy do đào bới đất hoặc các tác động khác của đất

- Vỏ bọc thép bên ngoài vì vậy gồm các sợi thép hoặc các băng thép Lớp vỏ ngoài cùng là một lớp chất dẻo

Cáp chôn trực tiếp cũng có đầy đủ dạng cấu trúc như cáp kéo cống

Không dẫn lửa, không phát ra khí độc

Cấu trúc dạng cáp này ở dạng bọc chặt để đảm bảo kích thước nhỏ và chắc, hình

mô tả loại cáp này

Hình1.4: Cáp trong nhà và cáp nhảy

Đây là loại cáp quang có ứng dụng quan trọng nhất trong viễn thông, nó có thể sử dụng cho những tuyến thông tin xuyên lục địa và xuyên đại dương (như ở khu vực chúng ta có tuyến T-V-H, SeaMeWe-3) hoặc đơn giản chỉ là các tuyến vượt qua sông suối, đầm lầy, vì vậy loại cáp này phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe

- Tính chống ẩm và chống thấm nước tại những vùng có áp suất đặc biệt lớn

- Có khả năng chịu được sự kéo khi lắp đặt và sửa chữa cáp

- Chống lại được các áp lực thống kê

- Cho khả năng hàn nối và sửa chữa dễ dàng

- Có cấu trúc tương thích với cáp đặt trên đất liền

Ngoài ra do nó còn chứa lớp kim loại nên cần chú ý đến ảnh hưởng của Hydro

Cấu trúc của cáp thả biển đòi hỏi rất phức tạp Có thể xem đây là một loại cáp đặc chủng vì nó còn đòi hỏi khắt khe hơn loại cáp ngập nước nêu trên đến nhiều lần Ngoài các yếu tố trên cáp thả biển còn phải chịu những tác động đặc biệt như khả năng thâm nhập của nước biển, sự phá hoại của các sinh vật dưới biển hay sự cọ xát của tàu thuyền qua lại Bên cạnh đó cần phải tính tới khả năng sửa chữa cáp bằng tàu

Cáp thả biển có hai loại: thả nông và thả sâu Cấu trúc của cáp thả nông phức tạp hơn thả sâu nhiều Minh họa hình

Hình 1.5: Cấu trúc cáp Các đặc tính chủ yếu của cáp thả biển sử dụng hiện nay như bảng dưới đây:

Bảng 1.2: Các đặc tính của cáp thả biển được dùng phổ biến

1.3 Cấu trúc mạng truy nhập quang

1.3.1 Hình tham chiếu mạng truy nhập quang

Dựa trên các khuyến nghị của ITU-T và tiêu chuẩn có liên quan để đưa ra cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang:

- Mạng truy nhập quang dùng sợi quang làm môi trường truyền dẫn chủ yếu -Thông tin trao đổi của tổng đài chuyển mạch và thông tin nhận được của thuê bao đều là tín hiệu điện

Cần phải có biến đổi E/O ở phía tổng đài và biến đổi O/E ở đơn vị mạng quang

để có thể thực hiện truyền dẫn tín hiệu quang :

Hình 1.6: Sơ đồ khối mạng truy nhập quang

Hình 1.7: Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang

- Cấu trúc trên bao gồm 4 khối cơ bản :

+ Đầu cuối đường quang (OLT)

+Mạng phối dây quang (ODN)

+Khối mạng quang (ONU)

+Khối chức năng phối hợp (AF)

- Điểm tham chiếu chủ yếu gồm có :

+ Điểm tham chiếu phát quang S

+ Điểm tham chiếu thu quang R

+ Điểm tham chiếu giữa các nút dịch vụ

+ Điểm tham chiếu đầu cuối thuê bao T

+ Điểm tham chiếu a ở giữa các ONU

- Giao diện bao gồm : giao diện quản lý mạng Q3 và giao diện giữa thuê bao với mạng UNI

1.3.2 Các khối chức năng

Hệ thống truyền dẫn truy nhập cáp quang đảm bảo một loạt đường liên kết truy nhập và gồm các module : OLT, ODN , ONU , AF

1 OLT - Optical Line Terminal

- OLT cung cấp giao diện quang giữa mạng với ODN, đồng thời cung cấp biện pháp cần thiết để truyền các dịch vụ khác nhau OLT có thể chia thành dịch vụ chuyển mạch và dịch vụ không chuyển mạch, quản lý báo hiệu và không gian giám sát điều khiển đến từ ONU Từ đó cung cấp chức năng bảo dưởng cho ONU

- OLT có thể lắp đặt ở giao diện tổng đài chuyển mạch nội hạt cũng có thể lắp đặt ở đầu xa Về mặt vật lý nó có thể là thiết bị độc lập cũng có thể nằm trong một thiết bị tổng thể khác.OLT gồm đơn vị trung tâm ,đơn vị dịch vụ và đơn vị chung tạo thành:

Hình 1.8: Cấu trúc của OLT và thiết bị OLT thực tế Trong đó chức năng của từng đơn vị như sau:

- Đơn vị trung tâm :

+ Nối chéo số

+ Ghép kênh truyền dẫn

+ Chức năng giao diện ODN :chức năng này căn cứ vào các loại sợi quang của ODN để cung cấp các giao diện quang vật lý, đồng thời thực hiện biến đổi E/O và O/E

- Đơn vị chung:

+Chức năng cấp điện: chuyển đổi nguồn điện cung cấp từ bên ngoài thành trị

số điện yêu cầu của nội bộ

+ Chức năng OAM : thông qua giao diện tương ứng, thực hiện sự vận hành, quản lí và bảo dưỡng đối với tất cả các khối chức năng và đối với quản lý mạng lớp trên

- Đơn vị dịch vụ:

+bộ phận dịch vụ là đầu vào của các dịch vụ

+yêu cầu các dịch vụ phải có tốc độ sơ cấp của ISDN

+có đảm nhận đồng thời hai dịch vụ khác nhau trở lên

2 ONU - Optical Network Unit

Hình 1.9: Cấu trúc của ONU và thiết bị ONU thực tế Chức năng của từng đơn vị như sau:

-Đơn vị trung tâm:

+giao diện ODN :cung cấp một loạt các giao diện quang vật lý,nối với ODN đồng thời hoàn thành việc biến đổi E/O và O/E

+chức năng ghép kênh truyền dẫn : xử lý và phân phối thông tin

+chức năng ghép kênh thuê bao và dịch vụ: tập hợp và phân phối các thông tin từ/ đến các thuê bao khác

- Đơn vị chung : cấp điện và OAM, tính chất chức năng bộ phận chung giống như trong OLT

- Đơn vị dịch vụ: cung cấp chức năng của thuê bao, bao gồm phối hợp nx64 Kbps và chuyển đổi báo hiệu

3 ODN - Optical Distribution Network

Mạng phân phối quang đặt giữa ONU và OLT Chức năng của nó là phân phối công suất của tín hiệu quang.ODN chủ yếu là linh kiện quang không nguồn và sợi quang tạo thành mạng phân phối đường quang thụ động Thông thường áp dụng cấu trúc hình cây

4 AF - Adaption Function

Chủ yếu cung cấp chức năng phối hợp ONU với thiết bị thuê bao AF có thể thuộc ONU hoặc độc lập

1.4 Ưu nhược điểm của mạng truy nhập quang so với mạng sử dụng cáp đồng trục và các loại mạng khác

1.4.1 Ưu điểm của mạng truy nhập quang :

+ Độ rộng băng thông cao,dung lượng lớn :các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông tin Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời 60.000 cuộc đàm thoại Một cáp sợi quang (có đường kính ngoài 2 cm)

có thể chứa được khoảng 200 sợi quang, sẽ tăng được dung lượng đường truyền lên 6.O0O.OOO cuộc đàm thoại So với các phương tiện truyền dẫn bằng dây thông thường, một cáp lớn gồm nhiều đôi dây có thể truyền được 500 cuộc đàm thoại một cáp đồng trục có khả năng với 10.000 cuộc đàm thoại và một tuyến viba hay vệ tinh có thể mang được 2000 cuộc gọi đồng thời

+ Suy hao thấp (sợi đơn mode sư dụng rộng rãi ngày nay có suy hao 02 dB/km) nên cự ly truyền dẫn xa hơn so với cáp đồng

+ Bảo mật cao : Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quang không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như

sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang Các tia sáng truyền lan ở tâm sợi quang và rất ít hoặc không có tia nào thoát khỏi sợi quang đó Thậm chí nếu đã trích vào sợi quang được rồi thì nó có thể bị phát hiện nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu được tại đầu cuối Trong khi các tín hiệu thông tin vệ tinh và viba có thể dễ dàng thu để giải mã được

+ Chống nhiễu tốt hơn: Truyền dẫn bằng sợi quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) hay nhiễu tần số vô tuyến (RFI) và nó không tạo ra bất kỳ sự nhiễu nội tại nào Sợi quang có thể cung cấp một đường truyền “sạch" ở những môi trường khắc nghiệt nhất Các công ty điện lực sử dụng cáp quang, dọc theo các đường dây điện cao thế để cung cấp đường thông tin rõ ràng giữa các trạm biến áp Cáp sợi quang cũng không bị xuyên âm Thậm chí dù ánh sáng bị bức xạ ra từ một sợi quang thì nó không thể thâm nhập vào sợi quang khác được

+ Kích cỡ của cáp quang cũng nhỏ nhẹ hơn cáp đồng do đó dễ dàng lắp đặt, đỡ hao phí sức lực cũng như các thiết bị chuyên chở cáp

+ Tránh được hiện tượng sét lan truyền trong đường dây thuê bao làm hư hỏng các thiết bị trong tổng đài

+ Đường truyền thẳng : điều này không thích hợp cho các vùng rừng núi hay các nơi có địa hình phức tạp

+ Yêu cầu lắp đặt đặc biệt do sợi chủ yếu làm bằng thủy tinh

+ Đòi hỏi phải có kỹ năng tốt trong công tác lắp đặt và bảo dưỡng

Kết luận : chương này cho chúng ta thấy tổng quan về mạng truy nhập nói

chung, các loại sợi và cáp quang, mô hình tham chiếu và chức năng của từng khối trong mạng truy nhập quang

CHƯƠNG II: CÁC LOẠI MẠNG TRUY NHẬP QUANG

2.1 Mạng truy nhập quang chủ động AON

2.1.1 Cấu trúc mạng AON

Mạng quang tích cực sử dụng một số thiết bị quang tích cực để phân chia tín hiệu

là : switch, router và multiplexer Mỗi tín hiệu đi ra từ phía nhà cung cấp chỉ được đưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu nó Do đó, để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất “đệm” cho quá trình này Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet) Đó chính là bước đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là Ethernet in First Mile (EFM) Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang

để phân phối tín hiệu cho người sử dụng; nhờ đó, cả phía nhà cung cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet tương tự như mạng máy tính Ethernet sử dụng trong các trường học Tuy nhiên, 2 mạng này cũng có

sự khác biệt đó là Ethernet trong trường học mục đích chủ yếu là liên kết giữa máy tính và máy in còn mạng chuyển mạch Ethernet tích cực này để

dùng cho kết nối từ phía nhà cung cấp tới khách hàng Mỗi một khối chuyển mạch trong mạng Ethernet tích cực có thể điều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưng thông thường trong thực tế, 1 chuyển mạch chỉ sử dụng cho từ 400 đến 500 khách hàng.Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3 Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp đường truyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp đường truyền 1Gbps song công

Hình 2.1dưới đây là kiến trúc đơn giản của mạng AON Với mô hình cáp quang chạy đến từng hộ gia đình, một thuê bao của mạng quang chủ động hình cây cách trung tâm điều khiển từ xa tới 20 km sẽ được cấp một đường dây quang riêng đủ

để đáp ứng cho băng thông 2 chiều Cấu trúc mạng này tương tự như cấu trúc của mạng cáp đồng hiện nay và dễ dàng cho các nhà cung cấp dịch vụ đã có sẵn cơ sở hạ tầng Bởi vì đặc điểm quan trọng của các hệ thống viễn thông là các thiết bị đầu cuối thay đổi rất nhanh chóng nhưng những cơ sở hạ tầng mạng thì phải tồn tại từ 15 đến

20 năm Do đó lựa chọn giải pháp nào là điều rất quan trọng đối với các nhà cung

cấp dịch vụ cũng như những kỹ sư thiết kế hệ thống mạng

Hình 2.1: cấu trúc mạng quang chủ động AON AON có nhiều ưu điểm như kéo dây xa, tính bảo mật cao, dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao, dễ xác định lỗi, Tuy nhiên, nó có chi phí cao do việc vận hành các thiết bị trên đường truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang riêng, cần nhiều không gian chứa cáp

Hình 2.2: Cấu trúc Home run Trong các giải pháp truy nhập quang AON thì FTTH-AON được áp dụng phổ biến nhất

- Các công nghệ AON bao gồm : công nghệ SDH , PDH, NG-SDH

Tuy nhiên một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực chính là ở thiết bị chuyển mạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền đi Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này rất đắt, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập

2.1.2 Các công nghệ AON

Nguyên lý của công nghệ truyền dẫn cận đồng bộ là ghép các luồng số cơ sở 2,048Mbit/s (hoặc 1,544Mbit/s) thành các luồng số có tốc độ cao hơn: 8Mbit/s,34Mbit/s,140Mbit/s (theo tiêu chuẩn Châu Âu) các luồng số này được đưa đến

bộ biến đổi điện – quang để truyền trên sợi quang Tại đầu thu quá trình diễn ra ngược lại

Công nghệ ghép kênh PDH thích hợp với mạng có dung lượng truyền dẫn thấp, cấu trúc mạng đơn giản (điểm nối điểm) Với yêu cầu tổ chức mạng phức tạp, dung lượng truyền dẫn cần cao hơn thì phương thức truyền dẫn này bộc lộ nhiều nhược điểm

Sơ đồ tách ghép PDH được mô tả trên hình sau:

Hình 2.3: Sơ đồ tách ghép PDH

* Nhược điểm của hệ thống PDH:

- Mạng PDH chủ yếu đáp ứng các dịch vụ điện thoại, đối với các dịch vụ mới như: mạng ISDN, truyền dẫn data, dịch vụ điện thoại hìn ảnh ,…thì mạng PDH đáp ứng hạn chế

- Mạng PDH không linh hoạt trong việc thiết kế trong việc kết nối các luồng liên tục Khi có nhu cầu xen rẽ luồng từ một luồng có dung lượng lớn thì phải qua các cấp

độ trung gian để hạ tốc độ từ độ cao xuống thấp tương ứng Cũng như việc ghép luồng phải trải qua đầy đủ các cấp từ độ thấp lên tốc độ cao Điều này rõ ràng là không mềm dẻo, không thuận tiện cho việc kết nối, cần phải có đủ các cấp thiết bị để giải phép luồng do đó không tiết kiệm và khó thực hiện đồng thời đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp