Nghiên cứu triển khai mạng FTTx tại TP Bắc Ninh trên nền GPON

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - - LÊ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG FTTX TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH TRÊN NỀN GPON LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG HÀ NỘI - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - - LÊ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG FTTX TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH TRÊN NỀN GPON Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60520208 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn HÀ NỢI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan nội dung viết hồn tồn thống khơng chép, kết đo đạc mơ có luận văn thạc sĩ chưa công bố từ tài liệu hình thức Các thơng tin sử dụng luận văn thạc sĩ có nguồn gốc đươc trích dẫn rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm có dấu hiệu chép kết từ tài liệu khác Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2017 Tác Giả Lê Thanh Tùng LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ suốt thời gian vừa qua Tôi sin cám ơn quý thầy cô, anh chị bạn khoa Điện tử- Viễn thông, Đại học cơng nghệ có góp ý kịp thời bổ ích, giúp đỡ tơ suốt q trình nghiên cứu luận văn Cuối cùng, tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy, cô khoa Điện Tử Viễn – Thông, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội, truyền đạt cho kiến thức quý báu, đồng thời giải đáp cho thắc mắc, tạo điều kiện tốt để thực đồ án tốt nghiệp Mặc dù nỗ lực cố gắng hoàn thiện luận văn thạc sĩ tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đống góp quý báu quý thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2017 Học Viên Lê Thanh Tùng DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADM Add Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xem kẽ APON ATM Pasive Optical Mạng quang thụ động dung Netwwork ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng AUI Attchment Unit Interface Cáp nối với thiết bị BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh theo mã CE Customer Equipment Thiết bị khách hang CO Central Office Tổng đài trung tâm CRC Cyclic Redundany Check Kiểm tra vòng dư DA Destination Address Địa đích DCE Data Communications Equipment Thiết bị thông tin số liệu DCS Digital Crossconect Bộ nối chéo số DP Distribution Point Điểm phân phối quang DFSM Dispersion Flattened Single Mode Sợi tán sắc phẳng EPON Ethernet Passive Optical Netwwork Mạng quang thụ động dung Ethernet 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 tận nhà ISO International Organization for Standardization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế MAN Metro Area Netwwork Mạng diện rộng OLT Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối đường quang ONU Optical Network Unit Thiết bị kết cuối mạng quang ONT Optical Network Termila Thiết bị đầu cuối mạng quang ODP Optical Distribution Point Mạng phân phối cáp quang PCS Physical Coding Sublayer Lớp mã hóa vật lý PDU Protocol Data Units Đơn vị số liệu giao thức PMA Physical Layer Attachment Truy nhập lớp vật lý PMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý PON Passive Optical Netwwork Mạng quang thụ động SA Source Address Địa nguồn SFD Start of Frame Delimiter Ranh giới bắt đầu khung SME Station Management Entity Thực tế quản lý trạm SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode SSM Standard Single Mode Sợi đơn mode chuẩn TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian UNI User Network Interface Giao diện mạng người dung UTP Unshielded Twisted Pair Cáp trần xoắn đôi VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng … … … … … … DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Mơ hình Mạng quang thụ động Hình 1-2: Các kiểu kiến trúc PON Hình 1.3 :TDMA GPON 10 Hình 1.4 Kiến trúc điển hình mạng WDM - PON 14 Hình 2.1 Kiến trúc mạng GPON 19 Hình 2.2 :TDMA GPON 22 Hình 2.3: GPON định cỡ cự li giai đoạn 25 Hình 2.4: GPON định cỡ cự li giai đoan 26 Hình 2.5: Báo cáo phân bố băng thơng GPON 28 Hình 2.6: Thủ tục cấp phát băng thông GPON 29 Hình 2.7: Giới hạn tốc độ bít - khoảng cách sợi quang với n1= 1.5, 34 Hình 8: Sự phụ thuộc khoảng cách với tốc độ bít với loại sợi quang 35 Hình 2.9Hiện tượng tán sắc 36 Hình 2.10: Tán sắc tổng cộng D liên quan đến DM DW 37 Hình 2.11: Sự giảm trừ công suất nhiễu mode theo suy 44 Hình 2.12 : Fiber to the home “Cáp quang nối tới nhà” 47 Hình 2.12: Cấu trúc mạng FTTH-GPON 47 Hình 2.10: Cấu hình mạng FTTB/FTTC 49 Hình 2.11: Các dịch vụ cung cấp mơ hình FTTB/FTTC 49 Hình 2.12: Mơ hình triển khai FTTO 50 Hình 3.1: Bản đồ thành phố Bắc Ninh 52 Hình 3.2: Ví dụ kiến trúc mạng FTTH GPON 53 Hình 3.3: Sơ đồ mơ mạng quang FTTx 56 Hình 3.4: Phân tích BER truyền dẫn FTTx 56 Hình 3.5: Mơ hình khảo sát hệ số tán săc sợi quang 58 Hình 3.6: Độ rộng xung lối vào & lối 59 Hình 3.7: Sơ đồ thiết kế mạng quang thụ động GPON Bắc Ninh 66 Hình 3.8: Sơ đồ lắp đặt thiết bị thực tế hệ thống GPON TP.Bắc Ninh 67 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Bảng xác định quỹ hao công suất 39 Bảng 2.2: Bảng Suy hao thành phần 40 Bảng 2.3: Bảng Suy hao spliter 40 Bảng 2.4: Bảng Suy hao loại connector 40 Bảng 3.1: Chỉ tiêu tính tốn nhu cầu 62 Bảng 3.2: Thống kê tổng hợp nhu cầu thông tin 63 Bảng 3.3: Thống kê dung lượng cáp phối, chia 70 Bảng 3.4 So sánh lựa chọn thiết bị OLT 71 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON) 1.1 Mở đầu 1.2 Kiến trúc PON 1.3 Các hệ thống PON triển khai 1.4 Kết luận 15 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠNG GPON 18 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 18 2.1.1 Tình hình chuẩn hóa GPON 18 2.1,2 Kiến trúc GPON 19 2.1.3 Thông số kỹ thuật 20 2.2 KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP KÊNH 21 2.2.1 Kỹ thuật truy nhập 22 2.2.2 Phương thức ghép kênh 23 2.2.3 Phương thức đóng gói liệu 24 2.2.4 Định cỡ phân định băng tần động 24 2.2.5 Bảo mật mã hóa sửa lỗi 29 2.2.6 Khả cung cấp băng thông 29 2.2.7 Khả cung cấp dịch vụ 31 2.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 33 2.3.1 Ảnh hưởng suy hao 33 2.3.2 Ảnh hưởng tán sắc 35 2.3.3 Ảnh hưởng quỹ công suất 38 2.3.4 Ảnh hưởng quỹ thời gian lên 41 2.3.5 Các yếu tố khác ảnh hưởng đến hệ thống thông tin quang 43 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương nêu đầy đủ bước lựa chọn khảo sát, tính tốn số lượng nhu cầu th bao, tính tốn lựa chọn thiết bị để thiết kế xây dựng hệ thống mạng GPON cho khu vực định Thành phố Bắc Ninh Bằng cách tính tốn lí thuyết, sử dụng mơ tính tốn tham số mạng quang suy hao, tán sắc, ồn… để chọn vật tư linh kiện quang phù hợp với mạng quang FTTH-GPON Bắc Ninh cho vừa đáp ứng nhu cầu kĩ thuật, vừa có tính kinh tế để giá thành dịch vụ thấp, cạnh tranh người dùng chấp nhận Mạng FTTH-GPON Bắc Ninh triển khai vào hoặt động theo yêu cầu kĩ thuật Mặc dù nhiều vấn đề nảy sinh vận hành bảo dưỡng, mở rộng dịch vụ … nhìn chúng mạng hoạt động tốt, ổn định 75 KẾT LUẬN Mạng truy nhập quang xem sở hạ tầng tốt cho dịch vụ băng rộng Việc nghiên cứu hình thái Mạng truy nhập quang nhận quan tâm đặc biệt Mục tiêu hướng tới mềm dẻo, giảm giá thành nâng cao hiệu sử dụng băng tần sợi quang Mạng truy nhập quang thụ động GPON giải pháp hợp lý cho ba mục tiêu trên; thứ thay đổi cấu hình xây lắp tuyến cáp quang, cần đặt chia điểm tập trung cáp; thứ hai, giảm chi phí nhờ chia sẻ mơi trường truyền dẫn người sử dụng; thứ ba phù hợp với loại hình chuyển giao thơng tin nhờ băng tần rộng sợi quang Với phương thức chuyển giao thông tin mềm dẻo linh hoạt hiệu dụng băng tần sợi quang tăng đáng kể, yếu tố làm giảm chi phí Cơng nghệ GPON đời nhằm mục đích kết hợp điểm mạnh truyền tải TDM kết hợp với sở hạ tầng Mạng cáp sợi quang chi phí thấp, kết nối điểm-đa điểm, hỗ trợ dịch vụ TDM Ethernet Đây công nghệ hứa hẹn giải vấn đề tắt nghẽn băng thông, cho phép xây dựng Mạng truy nhập nội hạt Mạng số hoá, băng rộng có tính tương tác cao Sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA kết hợp với phương thức định cỡ phân định băng tần động điểm bật công nghệ GPON giúp giải vấn đề băng thông, tắc nghẽn truyền tải tốc độ cao GPON sử dụng phương thức đóng gói liệu GEM hỗ trợ cho gói liệu TDM Ethernet Các kỹ thuật cho phép GPON hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác với tốc độ truy nhập chất lượng cao Hiện nay, tiêu chuẩn GPON ITU chuẩn hóa, giải 76 pháp cơng nghệ thích hợp cho khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, chung cư cao cấp, ngân hàng, v.v GPON hoàn toàn phù hợp với yêu cầu thực tế thị trường Việt Nam giai đoạn phát triển mạnh mẽ khu vực kinh tế kể Hướng phát triển em nghiên cứu sâu chuẩn GPON theo hướng: Tiêu chuẩn hóa việc lắp đặt thiết bị mạng phân phối quang ODN nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng GPON nghiên cứu mạng truy nhập WDM-PON 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vi Quang Hiệu, “Nghiên cứu công nghệ mạng truy nhập quang ứng dụng cho VNPT Lạng Sơn”, Học viện cơng nghệ bưu viễn thông, 2011 [2] “Mạng truy nhập quang tới thuê bao GPON”, Viện cơng nghệ bưu viễn thơng, 2007 [3] “Thuyết minh tiêu chuẩn hệ thống truy nhập quang thụ động GPON”, Viện khoa học kỹ thuật bưu điện, 2015 [4] Đỗ Trọng Sơn, “Đồ án quy hoạch mạng lưới thông tin”, 2014-2015 [5 Credic F.Lam (2007), Passive Optical Networks princeiples and practice, pp 215-264 [6] ITU G.984.1 (2003), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics [7] ITU G.984.2 (2003), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification [8] ITU G.984.3 (2004), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification [9 ITU G.983.1 (1998), Broadband Optical Access Systems Based on Passice Optical Networks (PON) [10] ITU G.983.2 (2000), ONT Management and Control Interface Specification for ATM PON 78 PHỤ LỤC Những nguyên nhân gây lỗi hệ thống cáp mạng Khi tiến hành đo kiểm chất lượng hệ thống mạng FTTH-GPON Bắc Ninh, việc xác định nguyên nhân gây lỗi để có cách khắc phục hiệu quả, kịp thời tiêu tốn nhiều thời gian người thi cơng Bảng tóm tắt liệt kê cách xác định nguyên nhân gây số lỗi phổ biến cho hệ thống cáp mạng 1.1 Lỗi đấu dây Kết Nguyên nhân gây lỗi  Dây dẫn bị hư hỏng uốn cong điểm kết nối  Thao tác bấm đầu chưa xác  Đầu connector bị hỏng Lỗi hở mạch - Open  Cáp bị đứt (cáp không đạt tiêu chuẩn)  Dây dẫn kết nối sai chân đầu connector  Sử dụng sai đôi dây cho ứng dụng cụ thể (Ethernet sử dụng cặp 12 36)  Bấm đầu không cách  Đầu connector bị hỏng Lỗi ngắn mạch - Short  dây dẫn đưa vào khe dầu connector thực thao tác bấm đầu  Cáp bị đứt (cáp không đạt tiêu chuẩn)  Sử dụng sai đôi dây cho ứng dụng cụ thể  Dây dẫn kết nối sai chân đầu Lỗi đảo ngược đôi dây - Align connector (hai dây dẫn đôi Reversed Pair dây kết nối nhầm vị trí đầu connector)  Nhầm lẫn bấm đầu theo hai chuẩn Lỗi chéo đôi dây - Cross Pair 568A 568B  Vị trí đơi dây 12 36 bị chéo  Một dây đôi dây nhầm vị trí với Lỗi tách đơi dây - Split Pair dây đôi dây khác 1.2 Lỗi chiều dài cáp Kết Nguyên nhân gây lỗi  Cáp sử dụng cho đường truyền dài (ví dụ giới hạn cho chiều dài đường cáp ngang không vượt 90m, để đảm bảo việc truyền tín hiệu Lỗi chiều dài cáp - Length đường dây) Exceeds Limits  Việc cài đặt thông số NVP trước tiến hành đo kiểm không xác (NVP tốc độ danh định tín hiệu truyền sợi cáp Với loại cáp có thong số NVP định Lỗi chiều dài cáp đo ngắn  Cáp bị đứt đoạn đường chiều dài cáp thực tế kéo thi kéo cáp công Một nhiều đơi dây có chiều dài  Cáp bị đứt đường cáp ngắn chiều dài cáp  Kết nối xấu Chú ý: Chiều dài cáp tính chiều dài đơi dây có chiều dài ngắn cáp 1.3 Lỗi trễ truyền Kết Nguyên nhân gây lỗi  Đường cáp dài Vượt giới hạn cho phép -  Cáp không đạt tiêu chuẩn (chất Exceeds Limits liệu cấu tạo nên sợi cáp không nguyên chất khác đôi dây) 1.4 Suy hao Kết Nguyên nhân gây lỗi  Đường cáp dài  Cáp không đạt tiêu chuẩn (độ xoắn đôi dây không đạt,…) Vượt giới hạn cho phép -  Sử dụng loại cáp không phù hợp Exceeds Limits (ví dụ dung cáp cat3 cho ứng dụng dành cho cat5 trở lên)  Việc cài đặt thong số trước tiến hành đo kiểm khơng xác 1.5 Lỗi nhiễu đầu gần tổng nhiễu đầu gần (NEXT and PSNEXT) Kết Nguyên nhân gây lỗi  Tháo xoắn mức thực thao tác bấm đầu  Patch Cord không đạt tiêu chuẩn  Đầu connector không đạt chuẩn Fail, *Fail or *pass  Cáp giả  Lỗi tách đơi dây q trình bấm đầu cáp  Các đôi dây bị nén chặt lớp vỏ bọc nhựa cáp  Cáp đặt cạnh nguồn gây nhiễu lớn 1.6 Nhiễu đầu xa, tổng nhiễu đầu xa (ACR-F & PSACR-F ELFEXT & PSELFEXT): Kết Nguyên nhân gây lỗi  Qui tắc chung: phải khắc phục lỗi Fail, *Fail or *pass NEXT trước Vì NEXT thường nguyên nhân gây FEXT  Cáp bị bó chặt q trình thi cơng 3.7.7 Điện trở Kết Ngun nhân gây lỗi  Đường cáp vượt giới hạn cho phép  Đầu connector Fail, *Fail or *pass  Sự tiếp xúc đôi dây với đầu connector  Cáp không đạt chuẩn  Lựa chọn sai loại path cord 1.7 Suy hao phản xạ ngược (Return Loss) Kết Nguyên nhân gây lỗi  Trở kháng Path Cord không đạt, vượt 100Ohm  Path Cord sử dụng không cách làm cho trở kháng vượt  Thao tác tiến hành thi công cáp (việc tháo xoắn đôi dây)  Chừa đoạn dây dư dài outlet (khuyến cáo nên để lại đoạn dây dư khoảng 30cm)  Đầu connector không đạt tiêu chuẩn Fail, *Fail or *pass  Trở kháng sợi cáp không đồng  Trở kháng sợi cáp vượt quá/không đạt 100Ohm  Trở kháng khác path cord cáp ngang điểm đấu nối Kết Ngun nhân gây lỗi  Tính tương thích đầu connector jack  Sử dụng cáp có trở kháng 120Ohm  Lựa chọn chế độ test tự động khơng xác  Sai xót việc lựa chọn Adapter Nắm nguyên nhân gây lỗi cho hệ thống mạng giúp người thi công tiết kiệm thời gian khâu giải quyết, khắc phục lỗi hệ thống mạng, mà ngồi hạn chế sai sót q trình triển khai thi cơng, để có hệ thống mạng hoàn chỉnh đạt tiêu chuẩn Phụ lục Quy trình kỹ thuật thi cơng tuyến cáp thuê bao 2.1 Hướng dẫn dây chốt dây cáp thuê bao  Vị trí chốt dây chốt vào gông, xà lắp sẵn cột theo quy định  Điểm chốt phải dây đảm bảo điểm tối ưu cho hướng dây phía nhà khách hàng hướng dây xuống tập điểm  Điểm chốt dây : • Chốt tiêu chuẩn xà E ,G( có ) • Khơng chốt vào dây điện, cáp gốc, cáp thuê bao đơn vị viễn thông khác Yêu cầu: Phải đảm bảo không làm ảnh hưởng tới dây đơn vị điện lực hay đơn vị viễn thông khác ảnh hưởng tới dây thuê bao hợp đồng khác 2.2 Đi cáp từ đỉnh cột xuống tập điểm  Cáp thi cơng theo nẹp sắt có sẵn xuống tập điểm thi công theo phương án tối ứu định sẵn thi công  Cáp luồn theo sát cột, đảm bảo luồn vào bên tất dây, không luồn đè chèn lên dây khác, không cắt mặt công tơ điện hay tập điểm nhà viễn thông khác  Tất sợi cáp xuống tập điểm phải luồn đồng cách theo nẹp sắt, ống nhựa tano theo phương án tối ưu đề  Cáp thuê bao không thiết luồn theo cáp gốc Nếu cáp gốc xuống tập điểm không tiêu chuẩn kỹ thuật  Luồn cáp theo cáp hạ tầng cáp hạ tầng tiêu chuẩn kỹ thuật thi công  Khơng bó cáp th bao vào cáp gốc tránh ảnh hưởng cố cáp gốc xảy 2.3 Thi Công cáp vào tập điểm  Cáp thi công theo tiêu chuẩn quy định KTTC  Cổ cò cáp thi cơng vào tập điểm phải thi công tiêu chuẩn kỹ thuật thi công quy định  Cáp thi công bên tập điểm phải tiêu chuẩn, quy định KTTC 2.4 Hồn thiện việc thi cơng  Cáp thi cơng từ đỉnh cột xuống tập điểm bó gọn gàng từ đỉnh cột tới đáy tập điểm, khoảng cách điểm bó từ 25-30cm dây thít  Dấu dây ghi đậm, rõ ràng, ghi số hợp đồng , đánh dấu theo quy định  Dọn dẹp sinh gọn gàng khu làm việc sau hồn tất cơng việc  Kiểm tra tình trạng chất lượng thi cơng sau xử lý hồn tất  Đóng khóa tập điểm cẩn thận sau thi công theo quy định công ty ... chọn triển khai tương lai Luận văn Nghiên cứu triển khai mạng FTTx TP Bắc Ninh GPON nhằm mục đích tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật công nghệ GPON, qua đề xuất cấu hình Mạng GPON Viễn thơng Bắc Ninh. .. quang 43 2.4 CÁC MƠ HÌNH TRIỂN KHAI FTTX TRÊN NỀN GPON 47 2.4.1 Mơ hình triển khai FTTH -GPON (Fiber to the home) 47 2.4.2 Mơ hình triển khai FTTB/FTTC - GPON (Fiber to the building/Fiber... HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - - LÊ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MẠNG FTTX TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH TRÊN NỀN GPON Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông Chuyên ngành: