Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu một số giải pháp BACKHAUL lai ghép quang vô tuyến và khả năng ứng dụng tại VNPT Bắc Ninh (Luận văn thạc sĩ)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - PHẠM TÙNG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VNPT BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – NĂM 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - PHẠM TÙNG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VNPT BẮC NINH Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông Mã số : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI – NĂM 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả luận văn Phạm Tùng Sơn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, học viên xin cảm ơn tới khoa Đào tạo sau đại học – Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng thầy, cô giảng dạy trực tiếp giúp đỡ, truyền đạt cho tơi nhiều kiến thức bổ ích cho cơng việc thực tế thân đúc kết kiến thức vào luận văn Đặc biệt, học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Đặng Thế Ngọc, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo tận tình, chu đáo có nhận xét, góp ý quý báu giúp em suốt trình thực luận văn luận văn hoàn thành Học viên xin gửi lời cảm ơn tới các anh, chị Trung tâm Điều hành Thông tin - Viễn thông Bắc Ninh giúp đỡ chuyên môn tạo điều kiện thời gian để học viên thực luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn tới anh/chị đồng nghiệp lãnh đạo viễn thông Bắc Ninh giúp đỡ suốt trình tìm hiểu thực Xin chân thành cảm ơn anh, chị bạn bè thuộc lớp cao học M18CQTE02-B động viên, giúp đỡ học viên thời gian học tập q trình hồn thiện luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn, với thời gian khả có hạn, nên luận văn khơng thể tránh khỏi cịn thiếu sót, hạn chế Học viên mong góp ý chân thành thầy, bạn để bổ sung hồn thiện trình nghiên cứu vấn đề Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng năm 2020 Phạm Tùng Sơn MỤC LỤC DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AR Adaptive Rate Tốc độ thích ứng AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hoá tiên tiến ASG Aggregation Site Gateway Cổng gom tập trung BDF Bit-Direction Fault Detection Phát lỗi bit BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc CapEx Capital Expenditure Chi phí tài sản cố định CE Customer Edge Biên khách hàng CoS Class of Service Lớp dịch vụ GGSN Gateway GPRS Support Node Node hỗ trợ cổng GPRS CSG Cell Site Gateway Cổng gom tế bào DBA Dynamic Bandwidth Alocation Phân bổ băng thông động DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã phân biệt dịch vụ FBA Fixed Bandwidth Alocation Phân bổ băng thông cố định FER Frame-error Tỷ lệ lỗi khung LACP Link Aggregation Control Protocol Giao thức điều khiển tập hợp tuyến LSP Label Switched Path Nhãn chuyển mạch MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MLPPP Multi-Link Point-to-Point Protocol Giao thức điểm – điểm đa liên kết NNI Network - Network Interface Giao diện mạng – mạng OpEx Operatting Expenditure Chi phí hoạt động OAF Optical Amplify-and-forward Khuếch đại chuyển tiếp quang DF Probability Density Function Hàm mật độ xác xuất PE-AGG Provider Edge Aggregation Tên router lõi MAN-E PW Pseudo Wire Giả dây PTP Precision Time Protocol Giao thức thời gian xác QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RNC Radio Network Controller Khối điều khiển mạng vô tuyến RSTP Rapid Spanning Tree Cây hội tụ nhanh RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên SLA Service Level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ SynE Synchronous Ethernet Đồng Ethernet SGSN Service GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục vụ TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng ToS Type of Service Kiểu dịch vụ UNI User - Network Interface Giao diện người sử dụng – mạng UPE User Provider Edge Tên router biên MAN-E VLL Virtual Leased Line Đường thuê kết nối ảo VPLS Virtual Private LAN service Dịch vụ LAN riêng ảo DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân lớp QoS chuẩn Y.1541 ….………………………………… 11 Bảng 2.1: Các tham số hệ thống TDM/FSO …………………………………… 32 Bảng 2.2: Các tham số hệ thống WDM/FSO …………………………………… 35 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cơng nghệ CES ………………………………………………………… Hình 1.2: Mơ tả hoạt động L2TPv3 …………………………………………… Hình 1.3: Mơ tả hoạt động AToM …………………………………………… Hình 1.4: Đồng hóa mạng 2G …………………………………………… Hình 1.5: Phân cấp đồng hồ Master – Slaver IEEE1588v2 ………………… Hình 1.6: Mơ hình Inserv ………………………………………………………… Hình 1.7: Mơ hình Diffserv ……………………………………………………… Hình 1.8: Sử dụng kỹ thuật QoS node mạng …………………………… 10 Hình 1.9: Tham chiếu thực QoS …………………………………………… 11 Hình 1.10: Sự gia tăng tốc độ thiết bị đầu cuối (LTE-3GLTEinfo) ….……… 13 Hình 2.1: Kiến trúc điển hình (đường chấm chấm: công nghệ WDM - PON) … 22 Hình 2.2: Kiến trúc hệ thống mạng backhaul di động PON ………………… 23 Hình 2.3: Lưu lượng đường lên – TDM PON ………………………………… 25 Hình 2.4: Sơ đồ khối phân phối đồng hồ sử dụng thời gian vi sai đồng hồ PON 27 Hình 2.5: Sơ đồ khối 1588 Transparent Clock ………………………………… 28 Hình 2.6: Kiến trúc backhaul WDM-PON ……………………………… 30 Hình 2.7: Mơ hình backhaul lai ghép TDM-PON/FSO …………….………… 31 Hình 2.8: Nhiễu loạn vừa phải với điều kiện quy mô mạng vừa phải … ……… 34 Hình 2.9: Nhiễu loạn vừa phải với điều kiện quy mô mạng lớn ……………… 35 Hình 2.10: Nhiễu loạn mạnh với điều kiện quy mơ mạng lớn …………….…… 35 Hình 2.11: So sánh hiệu hệ thống lai WDM-PON/FSO ……… … 38 WDM-PON/RF hệ thống NGPON2 với 800 m Hình 2.12: BER tổng với công suất khác ………………………………… 39 800 m 10 Hình 2.13: BER cho tỷ lệ chia với tổng khoảng cách …….………….……… 40 L = 40 Km, 800 m Hình 2.14: Tác động khuếch đại tới BER backhaul đường xuống … 40 L = 40 Km, 800 m Hình 2.15: BER so với công suất tốc độ khác ……………………… 41 L = 40 Km, 800 m Hình 3.1: Bản đồ hành tỉnh Bắc Ninh …………………………………… 43 Hình 3.2: Dữ liệu khí hậu tỉnh Bắc Ninh …………………………………… 44 Hình 3.3: Hiện trạng cấu hình mạng MAN-E Viễn thơng Bắc Ninh …………… 46 Hình 3.4: Mơ hình chung đấu nối trạm băng rộng Viễn thơng Bắc Ninh 46 Hình 3.5: Kết nối thiết bị Node MAN – UPE SHA03 …………………… 47 Hình 3.6: Sơ đồ chung mạng ngoại vi tỉnh Bắc Ninh …………………………… 48 Hình 3.7: Minh họa FSO/PON tích hợp cho mạng backhaul …………… 51 Hình 3.8: (a) Mạng backhaul WDM sợi quang ….………………………… 54 (b) Mạng backhaul lai ghép WDM/FSO đơn chặng đa chặng Hình 3.9: Kiến trúc mạng hệ thống lai ghép WDM-PON/FSO ……………… 55 54 Hình 3.3: Hiện trạng cấu hình mạng MAN-E Viễn thông Bắc Ninh - Mạng truy nhập VNPT có 73 thiết bị IP DSLAM cấu hình MA5600, 262 thiết bị switch Access 87 thiết bị TDM-PON giao tiếp với mạng MAN-E qua cổng GE/10GE lắp đặt 59 trạm viễn thơng Mơ hình đấu nối tổng quát trạm truy nhập băng rộng thể hình 3.4, hình 3.5 Hình 3.4: Mơ hình chung đấu nối trạm băng rộng Viễn thơng Bắc Ninh 55 Hình 3.5: Kết nối thiết bị Node MAN – UPE SHA03 - Mạng ngoại vi (hình 3.6), này, VNPT Bắc Ninh tồn mạng có khoảng 254.940 đơi cáp gốc, dung lượng sử dụng đạt khoảng 200.217 đôi cáp gốc, hiệu suất đạt 78% Hạ tầng mạng ngoại vi thuộc khu vực thành phố, thị xã trung tâm huyện ngầm hóa, nhiên tỷ lệ ngầm hóa chưa cao phần lớn sử dụng cáp treo Hệ thống cáp treo chủ yếu treo cột thông tin cột hạ điện lực, đáp ứng kịp thời nhu cầu lắp đặt thuê bao cho nhân dân địa bàn toàn tỉnh Tuy nhiên, lượng cáp treo lớn nên gây ảnh hưởng không nhỏ đến mỹ quan đô thị Hiện tuyến cáp ngầm hóa chủ yếu tuyến khu vực trung tâm thành phố, thị xã thị trấn huyện nhằm đảm bảo mỹ quan cho khu đô thị Hiện tại, tỷ lệ ngầm hóa mạng ngoại vi địa bàn tỉnh Bắc Ninh đạt khoảng 30% Tỷ lệ ngầm hóa mạng ngoại vi địa bàn tỉnh cịn thấp, ảnh hưởng khơng nhỏ tới trình xây dựng hạ tầng, điều kiện phát triển kinh tế xã hội khu vực khơng đồng đều, phần chi phí đầu tư thực ngầm hóa mạng ngoại vi cịn cao Hạ tầng mạng ngoại vi (cống, bể, cột treo cáp) khu vực thành phố, thị xã, trung tâm huyện bước đầu ngầm hóa cịn nhiều bất cập: tuyến đường có đoạn cáp ngầm, có đoạn 56 cáp treo, tuyến đường phía bên phải đường cáp ngầm, phía bên trái đường cáp treo, tuyến đường có doanh nghiệp cáp ngầm, có doanh nghiệp treo … Hạ tầng cống bể cáp số khu vực, số tuyến tình trạng khơng sử dụng (tuyến cáp chết, hạ tầng cống bể nằm lịng đường, nằm cơng trình xây dựng…khơng cịn khả cải tạo, sửa chữa) Khu vực số tuyến đường trục, đường trung tâm khu vực đô thị chưa đủ điều kiện để thực ngầm hóa (vỉa hè hẹp …) nên chủ yếu sử dụng cáp treo Khu vực số khu đô thị mới, khu dân cư khu vực đô thị, hạ tầng đầu tư xây dựng song có hạ tầng ngầm cho hệ thống cấp nước, chưa có hạ tầng kỹ thuật ngầm để ngầm cáp viễn thông, cáp điện lực dẫn đến tình trạng treo cáp, gây ảnh hưởng không nhỏ tới mỹ quan Hạ tầng mạng ngoại vi khu vực ngõ, xóm nơng thơn hầu hết sử dụng cáp treo (cột treo cáp), điều kiện địa hình khó khăn, chi phí đầu tư ngầm hóa cao dung lượng mạng khu vực cịn thấp Hình 3.6: Sơ đồ chung mạng ngoại vi tỉnh Bắc Ninh Với phát triển cạnh tranh mạnh dịch vụ thông tin di động năm vừa qua, dịch vụ viễn thông cố định phát triển chững lại, chí tăng trưởng âm số khu vực Do vậy, hạ tầng mạng ngoại vi năm vừa qua không trọng đầu tư phát triển, cải tạo dẫn đến hạ tầng xuống cấp, cáp treo tràn lan Trên thực tế, chi phí đầu tư xây dựng hạ tầng cống bể cáp ngầm 57 hóa mạng ngoại vi tốn kém, cao gấp hàng chục hàng trăm lần so với chi phí đầu tư xây dựng hạ tầng cột treo cáp, chi phí đầu tư cao song hiệu đem lại chưa thực thuyết phục, nguyên nhân dẫn đến doanh nghiệp không trọng đầu tư hệ thống cống bể cáp ngầm Hiện trạng sử dụng chung sở hạ tầng mạng ngoại vi (sử dụng chung doanh nghiệp ngành ngồi ngành) địa bàn tỉnh cịn hạn chế, hình thức sử dụng chung chủ yếu hình thức sử dụng chung với doanh nghiệp ngồi ngành (doanh nghiệp viễn thơng th lại hệ thống cột bên điện lực để treo cáp viễn thông …) Sử dụng chung sở hạ tầng doanh nghiệp viễn thơng cịn nhiều bất cập, phần doanh nghiệp địa phương trực thuộc tổng cơng ty tập đồn, kế hoạch phát triển thông qua cấp chủ quản, phần yếu tố cạnh tranh doanh nghiệp thị trường Hạ tầng mạng VNPT Bắc Ninh (hình 3.3, 3.4, 3.5 3.6) phục vụ 500 trạm di động BTS (2G) Vinaphone Mobiphone, sử dụng truyền dẫn luồng E1 (trên Ring quang), cịn có 815 trạm di động NodeB (3G), EnNodeB (4G) 76 trạm SMC (3G+4G) Vinaphone, khoảng 500 trạm 3G 4G Mobiphone Về phía Mobiphone thực chuyển đổi cấu hình CloudAir, Vinaphone có trạm thử nghiệm cấu hình CloudAir (sử dụng Hub kết nối chung truyền dẫn trạm 2G, 3G, 4G cổng thiết bị băng rộng) Hiện nay, toàn kết nối trạm di động băng rộng (3G, 4G) sử dụng mạng ngoại vi đấu nối cổng thiết bị Switch (công nghệ AON), thông qua MAN-E, kết nối RNC, LTE/4G 3.1.3 Đánh giá chung Cơng nghệ AON phục vụ cho dịch vụ địi hỏi tốc độ cao dung lượng cổng Switch để cung cấp cho dịch vụ ít, muốn phát triển tiếp phải đầu tư thêm nhiều switch, nhà trạm … gây tốn nhiều kinh phí, gây nhiều khó khăn đầu tư hạ tầng, trình OMC tốn kém, thời gian linh hoạt nhiều Hạ tầng ngoại vi nhìn chung tương đối đảm bảo cho dịch vụ Phần hạ tầng phục vụ cho GPON đầu tư nhiều Với 87 trạm TDM-GPON phục vụ địa tồn tỉnh cịn tiếp tục 58 tối ưu đầu tư mở rộng nâng cấp, địa bàn tỉnh nhỏ (822,71 ), mật độ dân cư đông (1664 người/), mạng PON tới gần đầu cuối, nói khơng có thuê bao có khoảng cách 300 m Bên cạnh đó, việc tỉ lệ sơng ngịi cao, thị phát triển mạnh với nhiều nhà máy, khu công nghiệp lớn gây khó khăn lớn cho việc triển khai xử lý ngoại vi có dây Hạ tầng backhaul di động VNPT Bắc Ninh tải trọng khoảng 2000 trạm di động (cho Vinaphone Mobiphone) Theo tính tốn khoa học, để đảm bảo chuẩn chất lượng dịch vụ số trạm cần tăng gấp đơi, gấp tiến tới hệ mạng 5G – gánh nặng cực lớn vai mạng backhaul di động 3.2 Đề xuất giải pháp backhaul tốc độ cao cho VNPT Bắc Ninh Mạng backhaul di động toàn VNPT tỉnh thành dựa tảng MAN-E định hướng chung tập đồn Trên sở ta xây xựng giải pháp tối ưu với phần lại hạ tầng hệ thống Swtich, GPON, IPDSLAM … mạng ngoại vi Từ trạng hạ tầng đánh giá chung, lý luận tính tốn chương 2, ta nói lựa chọn backhaul dựa tảng mạng GPON lựa chọn tốt Bên cạnh đó, với diện tích nhỏ, hệ thống sơng ngịi dày, phát triển nhanh chóng đô thị, khu công nghiệp, nhà máy lớn, yêu cầu linh hoạt, mỹ quan đô thị … luận văn hướng tới hai giải pháp: 3.2.1 Giải pháp mạng backhaul lai ghép TDM-PON/FSO Với lợi điều kiện tự nhiên (nhỏ hẹp …), điều kiện kinh tế xã hội (phát triển, mỹ quan đô thị, nhiều KCN, nhà máy lớn …), điều kiện hạ tầng (mạng GPON phát triển rộng khắp với 87 trạm TDM-PON, khoảng cách từ tủ phối quang tới thuê bao không 300 m, …), số trường hợp đặc biệt lễ hội (BN nhiều lễ hội tầm cỡ quốc gia) cần trạm lưu động ngắn ngày áp lực từ điều kiện gia tăng lưu lượng số lượng trạm (2G, 3G, 4G tiến tới 5G), việc chuyển đổi backhaul di động mạng lai ghép TDM-PON/FSO hoàn toàn phù hợp thuận lợi 59 Hình 3.7: Minh họa FSO/PON tích hợp cho mạng backhaul Như mô tả hình 3.7, trước tiên, tiến hành khảo sát tồn kết nối backhaul cho trạm gốc Tiến hành sàng lọc, phân loại, xắp xếp quy hoạch trạm theo tiêu chí nghành, theo đặc thù riêng trung tâm viễn thông vị trí, kinh tế, định hướng phát triển tỉnh Hiện nay, tập đồn VNPT có phân loại cho trạm gốc (loại 1, loại loại 3) chủ yếu từ quan sát lưu lượng hệ thống Với VNPT Bắc Ninh, đề thêm tiêu chí lựa chọn cho sát phù hợp với đặc trưng riêng tỉnh không lưu lượng phục vụ cơng ích, địa điểm sở ban nghành quyền, lễ hội, hội nghị, hội thao, mít tinh, khu công nghiệp (KCN), khu đô thị cao cấp (KĐT) … xếp thành hạng mức khác cho phù hợp với hướng ưu tiên phát triển mạng lưới nhu cầu địi hỏi điểm Từ chọn điểm có điều kiện triển khai, vận hành, xử lý khó khăn KCN Hồng Hải, KCN VISIP, KCN Samsung Tại nơi vậy, việc triển khai, lắp đặt, thay đổi, vận hành bảo dưỡng, xử lý có cố địi hỏi quy trình nghiêm ngặt quan, nhà máy, đơn vị chủ quản … Mặt khác lại thỏa mãn nhiều điều kiện tốt cho việc triển khai công nghệ lai ghép GPON/FSO trạm OLT gần, ODF cửa nhà máy, nhu cầu dịch vụ lớn, nhà máy vào hoạt động nên có thay đổi vị trí, địa hình … Bên cạnh nhu cầu mặt kỹ thuật nơi cực lớn, dịch vụ mới, thiết bị 60 mới, nhu cầu … từ nơi đầu tiên, xếp vào nhóm mức Tại khu đô thị đại KĐT HUD, KĐT Phúc Ninh, KĐT Hòa Long – Kinh Bắc nơi yêu cầu mỹ quan cao nhu cầu lớn xếp vào nhóm mức Tương tự vậy, xem xét trạm gốc vị trí khó khăn vận hành xử lý qua sông (sông Cầu, sông Đuống) hay đỉnh núi (Búp Lê, Dạm, Phật Tích), vị trí đặc biệt – “điểm đen” truyền dẫn địa hình xấu cho việc dây cáp thường xuyên sảy cố cơng trình đường xá, nhà cửa thi cơng làng nghề Phong Khê, Đại Bái, Văn Môn, ven KCN Yên Phong, vị trí dây cáp xấu cũ nát mà điều kiện sửa chữa thay khó khăn, tốn Vạn An, 319 Hịa Đình, KCN Quế Võ xếp vào nhóm mức Đặc biệt khu vực cơng sở, yêu cầu mức độ ổn định cao nhu cầu chưa lớn, biến động, số kiện lễ hội, mít tinh lớn tỉnh yêu cầu cần tăng cường trạm gốc lưu động lễ hội cấp quốc gia hội Lim, hội Phật Tích, lễ hội, lễ mít tinh, kiện thể thao Trung tâm văn hóa (TTVH) Kinh Bắc, Nhà thi đấu đa … điểm xếp vào nhóm đặc biệt Các trạm cịn lại xếp vào nhóm tùy trạng nhu cầu sử dụng khả đầu tư thiết bị chiến lược Sau hoàn tất việc gán định mức cho khoảng 2000 trạm gốc, dựa kế hoạch đầu tư VNPT tỉnh định hướng phân bổ đầu tư từ tập đoàn, điều chỉnh trạm gốc quy hoạch xếp thứ tự ưu tiên cách tiến hành chuyển đổi dần đường backhaul sang sử dụng mạng PON kết hợp thay dần hệ thống sợi từ tủ ODF gần (hiện trạng không 300 m) thiết bị kết nối FSO Với vị trí sở ban nghành quyền, cố gắng triển khai hệ thống sợi quang tối đa có thể, với trạm tăng cường lưu động ngắn ngày hiển nhiên sử dụng thiết bị kết nối FSO Đối với việc phát triển mở rộng, thay đổi trạm gốc (đây điều bắt buộc), việc triển khai với hạ tầng có dây thường xuyên gặp khó khăn yêu cầu mặt thủ tục sách, u cầu mỹ quan thị, xin phép dây, cáp … từ phía quan cơng quyền việc gây khó người dân Đặc biệt khu hành tập trung đại UBND tỉnh, thành phố, Tỉnh Ủy, Thành Ủy, 61 khu thị đại hình thành HUD, Phúc Ninh, Hòa Long … triển khai khó (đơi khơng thể) nhu cầu lại lớn Sử dụng thiết bị FSO lai ghép cơng nghệ PON với mơ hình 3.7 rút ngắn thời gian triển khai nhiều, gần giải hầu hết khó khăn trình bày 3.2.2 Giải pháp mạng backhaul lai ghép WDM-PON/FSO Như biết phân tích đánh giá trên, phù hợp thuận lợi điều kiện cho việc chuyển đổi backhaul di động từ hạ tầng mạng AON sang hạ tầng mạng lai ghép PON/FSO VNPT Bắc Ninh Với mạng PON hệ sau tốt WDM-PON loại bỏ hầu hết lo ngại kỹ thuật gây TDM-PON, đồng thời lại đáp ứng tốt yêu cầu mạng backhaul dung lượng, hiệu … Việc chuyển đổi thực tương tự với TDM-PON Một lưu lý [6], yêu cầu quan trọng mạng truyền dẫn di động hệ mở rộng phạm vi dịch vụ khoảng cách liên kết tối đa Việc mở rộng phạm vi KCN, nhà máy, khu đô thị … việc đương nhiên phát triển, đồng nghĩa với việc mở rộng triển khai số lượng lớn trạm gốc Luận văn xin đưa thêm mơ hình sử dụng kỹ thuật FSO đa chặng linh hoạt với thiết bị khuếch đại quang trực tiếp OAF Mơ tả hệ thống: Hình 3.8 (a) mơ tả mạng quang thụ động (PON) điển hình sử dụng kết nối sợi quang, bao gồm đơn vị mạng quang (ONU), chia thụ động nút xa (RN) trạm GPON (OLT) trung tâm (CO) kết nối lên mạng MAN-E tỉnh Thông thường, PON đạt khoảng cách lên tới 20 km, số trường hợp khó khăn, trình bày trên, giải pháp cho tình FSO : Liên kết sợi quang (a) WDM PON sợi quang CO ONU Remote Node MAN-E OLT ONU ONU n 62 (b) đơn chặng đa chặng WDM/FSO : Kết nối sợi quang : Kết nối FSO COWDM/FSO đơn chặng ONU phạm vi < 2km ONU OLT MAN-E ONU n Relay ONU ONU Remote Node OLT U2 ONU WDM/FSO đa chặng ONU K ONU m Hình 3.8: (a) Mạng backhaul WDM sợi quang (b) Mạng backhaul lai ghép WDM/FSO đơn chặng đa chặng Trong hình 3.8 (b), FSO kết hợp với WDM-PON để tạo thành backhaul quang lai ghép toàn diện, linh hoạt Với đặc tính FSO bị hạn chế cự ly (nhỏ 2km) tác động điều kiện tự nhiên sử dụng mạng lai ghép WDM/FSO đơn chặng, để giải vấn đề mơ hình linh hoạt sử dụng mạng lai ghép WDM-PON/FSO đa chặng Với WDM-PON/FSO sử dụng chuyển tiếp đa chặng, việc mở rộng khoảng cách từ OLT tới RN sử dụng khuếch đại sợi pha tạp erbium (EDFA) Trong mạng WDM-PON/FSO này, kết nối FSO thiết lập theo cấu trúc liên kết khác như: điểm – điểm, điểm – đa điểm, vòng hay liên kết lưới Việc tương thích hồn tồn với hệ thống cáp quang, cung cấp dung lượng kết nối lớn ổn định, WDM-PON/FSO giải pháp khả thi, đầy hứa hẹn cho mạng backhaul di động VNPT Bắc Ninh nói riêng tồn tập đồn nói chung Để mơ tả rõ hơn, luận văn sử dụng kiến trúc mạng backhaul lai ghép WDMPON/FSO chuyển tiếp quang đa chặng kỹ thuật OAF – Khuếch đại chuyển tiếp quang Trong truyền dẫn đường xuống đường lên, OLT giao tiếp với ONU thông qua hỗ trợ chuỗi N nút chuyển tiếp tới RN Tổng khoảng cách từ OLT đến ONU Trong khoảng cách từ nút truyền thứ (i-1) đến nút truyền thứ (i), mặc định OLT nút ONU nút N+1 63 Kênh nhiễu loạn khí Đường xuống: Rx Đường lên: Kênh nhiễu loạn khí Kênh nhiễu loạn khí Tx ONU Tx CO OLT Tx G MUX Tx n RxMáy thu/phát Rx DEMUX DEMUX Rx G .Chuyển tiếp i Tx … G ONU MUX Hình Rx n 3.9: Kiến trúc mạng hệ thống lai ghép WDM-PON/FSO G n Tại đường xuống, tín hiệu từ phát (1, 2, … , n) có bước sóng riêngRxlà , Tx n kết hợp nhờ ghép kênh MUX truyền FSO qua RN ONU Các n Mạng phân phối bước sóng nằm dải băng C (khoảng 1500 nm) với khoảng cách kênh 100 KHz bước sóng 1550 nm chịu suy giảm khơng khí phù hợp cho cơng nghệ khuếch đại quang EDFA Ở nút chuyển tiếp có sử dụng khuếch đại quang (EDFA) để trực tiếp khuếch đại tín hiệu, EDFA đồng thời khuếch đại nhiều tín hiệu có bước sóng khác Tuy nhiên, EDFA ngồi ưu điểm khuếch đại với nhiễu phát xạ tự phát (ASE) khuếch đại làm giảm hiệu hệ thống Sau đó, RN, tách kênh (DEMUX) phân chia tín hiệu quang WDM thành các bước sóng thành phần Do khuyết điểm thấu kính phát tách/ghép kênh RN, ONU nhận bước sóng khơng mong muốn gọi nhiễu Hiện tượng biết đến nhiễu xuyên kênh Trong trình truyền dẫn xuất suy hao ghép/tách kênh, biểu thị , cịn mức độ xun kênh ghép kênh Tại điểm cuối mạng, tín hiệu với bước sóng riêng truyền tới ONU tương ứng theo cấu trúc điểm điểm Tại máy thu sử dụng diode tách quang PIN để chuyển đổi tín hiệu thành dòng tách quang Trong truyền dẫn đường lên, nhiễu xuyên kênh xuất khuyết điểm tách kênh OLT phân chia bước sóng khác cho ONU tương ứng Tuy nhiên, hiệu ứng nhiễu xuyên kênh trở nên nghiêm trọng ảnh hưởng nhiễu loạn khơng khí truyền dẫn gây hiệu ứng nhiễu xuyên kênh biến động Hiện tượng gọi nhiễu xuyên kênh nhiễu loạn, xuất tín hiệu truyền dẫn nhiễu xuyên kênh độc lập, tức trường hợp đường lên khác hoàn toàn mặt vật lý Cũng cần ý tồn nhiễu 64 xuyên kênh không mong muốn đường lên phần lượng truyền rơi vào trường tiếp nhận thấu kính hiệu ứng phân kỳ búp sóng quang Tuy nhiên ta loại bỏ nhiễu xuyên kênh cách bố trí vị trí ONU để tránh đường truyền giống hệt Tại nút đích, máy thu (bao gồm nhiễu nền) với tách xung quang PIN chuyển đổi thành dòng photon Tiếp theo, phân tích dịng photon M khe thời gian so sánh điều chế PPM để tìm vị trí khe thời gian với dịng cao nhằm xác định tín hiệu phát Cuối cùng, tín hiệu xác định tách chuyển thành liệu dạng nhị phân chuyển đổi nhị phân Như luận văn trình bày mơ hình mạng backhaul tồn quang kết hợp đầy đủ hệ thống FSO sử dụng kỹ thuật OAF kết hợp với lợi sẵn có WDM-PON, tương thích hồn tồn với mạng MANE sẵn có tạo nên mạng backhaul vơ linh hoạt thuận lợi để triển khai hạ tầng mạng VNPT Bắc Ninh Với mơ hình kiến trúc 3.8 3.9, áp dụng địa điểm động tỉnh Bắc Ninh: nhà máy Samsung - KCN Yên Phong, KCN hàng đầu miền Bắc – Việt Nam Nhà máy có tổng diện tích 110 ha, tiếp tục mở rộng nâng cấp với tổ hợp nhiều nhà máy phục vụ (vendor) hình thành KCN Yên Phong với tổng diện tích khoảng 700 Như trình bày phần trước, việc triển khai, vận hành xử lý trạm gốc khó khăn phức tạp, địi hỏi quy trình, thủ tục nghiêm ngặt Nhưng lại khu vực kỳ động phát triển, nhu cầu dịch vụ viễn thơng lớn địi hỏi bắt buộc VNPT Bắc Ninh phải xác định khu vực trọng điểm để đầu tư mở rộng nhất, tức phải đảm bảo chất lượng liên tục tăng cường số lượng trạm gốc Theo khảo sát, khu vực KCN Yên Phong có tổng 90 trạm gốc (bao gồm trạm 2G, 3G, 4G) dựa vòng quang (Ring SDH) truyền dẫn luồng E1 cho trạm 2G switch sử dụng công nghệ AON cho trạm 3G, 4G Trong có khoảng 32 trạm (phía nhà máy) gặp khó khăn việc triển khai sợi quang, vận hành xử lý cố thay đổi Vinaphone 65 có danh sách bất khả kháng xử lý cố với trạm Theo kế hoạch mở rộng tiếp tục triển khai thêm 39 trạm 3G, 4G Các switch Ring SDH tập trung CO (trạm KCN Yên Phong) nằm trung tâm khu cơng nghiệp (ngay gần cửa nhà máy Samsung) với hệ thống mạng lưới trình bày Tại CO đặt trạm PON có hệ thống mạng cáp quang (các chia quang) rộng phục vụ việc quang hóa hồn tồn cho nhu cầu băng rộng đây, mạng lưới cáp quang đầu tư tốt hơn, đại Trong hệ PON (WDM-PON), với điểm đặc trưng mình, trạm điểm sử dụng Với trạm gốc khơng gặp nhiều khó khăn trình vận hành, xử lý cố, tiến hành chuyển đổi dần đường backhaul sang sử dụng cơng nghệ PON sử dụng mơ hình 3.8 (a) Với 32 trạm gốc khó khăn q trình vận hành, xử lý thay đổi, khảo sát tiếp khoảng cách tới chia quang gần (đều gần cửa nhà máy), kết có trạm gốc SMC (small cell – trạm gốc hệ ghép chung thiết bị 3G, 4G) SMC – SEV – Network - F1A_BNH, SMC – SEV – Network - F1B_BNH, SMC – SEV – Network - F1C_BNH có khoảng cách xa với chia quang gần (2,1 km) Với 29 trạm gốc có khoảng cách km, thực chuyển đổi dần đường backhaul theo mô hình 3.8 (b) đơn chặng, kết hợp sử dụng WDM-PON phía ngồi nhà máy liên kết với trạm gốc phía nhà máy thiết bị FSO để chuyển đổi đường backhaul Với trạm gốc có khoảng cách xa khảo sát, tiến hành chuyển đổi đường backhaul theo mơ hình 3.8 (b) đa chặng Với trạm gốc chuẩn bị triển khai kế hoạch tiến hành khảo sát tương tự để xác định mơ hình kết nối phù hợp 3.3 Kết luận chương Chương trình bày tổng thể điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội tỉnh Bắc Ninh Đồng thời cho thấy trạng xu áp lực hạ tầng backhaul di động VNPT Bắc Ninh Dựa điều đó, kết hợp nghiên cứu quang vơ tuyến cho thấy phù hợp thuận lợi việc kết hợp FSO PON làm tảng cho mạng backhaul 66 di động Hướng tới mơ hình kết hợp TDM-PON/FSO cho tương lai xa WDM-PON/FSO sử dụng kỹ thuật truyển tiếp quang OAF để tạo nên mạng backhaul di động vô linh hoạt, tốc độ cao tiết kiệm chi phí đáng tin cậy KẾT LUẬN Cùng với phát triển nhanh chóng kỷ ngun cơng nghệ số, đặc biệt hệ thống di động, gánh nặng vai hệ thống mạng backhaul di động vô lớn với yêu cầu khắt khe băng thông lớn, độ tin cậy cao, … đồng thời phải đáp ứng nhu cầu thực tế chi phí tốt, triển khai nhanh, linh hoạt, thuận lợi khai thác, vận hành, bảo dưỡng, đảm bảo an ninh, an toàn, bảo mật … Kết hợp với kiến thức học tập nghiên cứu hiểu biết q trình 15 năm cơng tác làm việc Trung tâm Điều hành Thông tin Viễn thông Bắc Ninh, học viên hướng tới hai mơ hình giải pháp cho mạng backhaul di động VNPT Bắc Ninh Luận văn gồm chương trình bày vấn đề: Chương giới thiệu khái niệm chung backhaul, xu hướng phát triển hướng tới thiết bị di động, trình bày khái niêm yêu cầu chung mạng backhaul di động Chương nêu lên yêu cầu thách thức cho mạng backhaul giai đoạn mới, đặc biệt hệ mạng di động (5G) Chương trình bày khái niệm chung mạng backhaul dựa PON để thấy xu hướng tất yếu tảng mạng backhaul di động tương lai Đồng thời, chương nghiên cứu giải pháp backhaul lai ghép PON/quang kết tính tốn xác để so sánh thấy điều kiện định quang vơ tuyến hồn tồn phù hợp, thuận lợi để thay cho sợi quang 67 Chương trình bày điều kiện chung tỉnh Bắc Ninh, trạng hạ tầng backhaul di động VNPT Bắc Ninh nhu cầu thiết tới phát triển đòi hỏi mạng lưới backhaul động phải thay đổi Từ thấy thuận lợi phù hợp lớn việc sử dụng mạng backhaul lai ghép FSO, hướng tới hai mơ hình cho TDM-PON/FSO tương lai xa WDMPON/FSO sử dụng kỹ thuật khuếch đại quang trực tiếp OAF Nhận xét chung: học viên hoàn thành nội dung yêu cầu đề thạc sỹ kỹ thuật lĩnh vực viễn thơng Qua đó, học viên củng cố thêm kiến thức chun mơn, có nhìn tổng quan mạng lưới, nâng cao khả làm việc trình xây dựng, vận hành khai thác mạng đề xuất với cấp kiến nghị tốt cho công việc, quan cho ngành TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 [1] Đỗ Trọng Đại (2017), “Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao chất lương dịch vụ băng rộng cố định VNPT Bắc Ninh”, Luận văn thạc sỹ, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng [2] Đào Ngọc Lâm (2017), “Truyền thông vô tuyến quang – Công nghệ cho hạ tầng mạng viễn thông”, Trường cao đẳng công nghệ thông tin hữu nghị Việt Hàn [3] Vũ Công Quyền (2014), “Nghiên cứu, phân tích giải pháp mobile backhaul ứng dụng triển khai mạng viễn thông VNPT Tuyên Quang”, Luận văn thạc sỹ, Đại học Thái Ngun [4] Nguyễn Đình Xn (2010), “Nghiên cứu cơng nghệ tích hợp mơi trường truyền thơng phục vụ q trình phát triển mạng viễn thơng hệ sau (NGN) VNPT”, Luận án tiến sĩ, Học viện Công nghệ Bưu Viễn Thơng [5] Vuong V Mai and Anh T Pham (2015, September) “Adaptive rate-based MAC Protocols Design and Analysis for Integrated FSO/PON Networks”, IEEE Internationnal Conference on Communication (ICC) [6] Thang V Nguyen, Minh - Tu V Pham, Hien T T Pham, Hai - Chau Le, and Ngoc T.Dang (march 2017), “Aperformance Comparison Of Gigabit-Capable Backhauing Solutions for 5G Cellular Networks”, Journal of Science and Technology: Issue on Information and Communications Technology, vol 3, no ... PHẠM TÙNG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BACKHAUL LAI GHÉP QUANG VÔ TUYẾN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VNPT BẮC NINH Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông Mã số : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT... hành Thông tin Viễn Thông Bắc Ninh, học viên nghiên cứu đề xuất số giải pháp backhaul tốc độ cao sử dụng quang vô tuyến khả ứng dụng hạ tầng mạng VNPT Bắc Ninh 12 Luận văn thực gồm chương:  Chương... cấp giải pháp linh hoạt, băng thông giga cho mạng backhaul 38 (A) (B) (C) Hình 2.6: Kiến trúc backhaul WDM – PON [6] 2.3 Một số giải pháp backhaul lai ghép PON /quang vô tuyến Giải pháp backhaul