Kiến trúc và giải pháp của WDM PON 55

LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, nhu cầu thơng tin phát triển mạnh tồn cầu phạm vi quốc gia Để đáp ứng u cầu địi hỏi thơng tin ngày cao đa dạng khách hàng vấn đề mặt băng thông vô quan trọng, phải tạo đường truyền băng thông rộng, tốc độ cao hạn chế để xảy tắc nghẽn Để tạo băng thông đủ lớn, giải pháp đưa sử dụng truy nhập quang có sợi quang đảm bảo tốc độ vài chục Mbps tới vài Gbps Trên giới sử dụng phổ biến mạng truy nhập quang, Việt Nam bắt đầu phát triển Trong phương pháp truy nhập quang phương pháp truy nhập quang thụ động (PON) mang lại hiệu lớn cho nhà khai thác mạng Phương thức dựa ATM (APON), Ethernet (EPON), băng rộng (BPON) hay sử dụng công nghệ Gigabit (GPON), sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM PON) Việc sử dụng WDM xem công nghệ quan trọng hiệu cho đường truyền dẫn Với cơng nghệ WDM, nhiều kênh quang, chí tới hàng ngàn kênh quang, truyền đồng thời sợi, kênh quang tương ứng hệ thống truyền dẫn độc lập tốc độ nhiều Gbps Trong tất mạng quang thụ động WDM-PON công nghệ hứa hẹn cho mạng truy nhập cung cấp băng thơng lớn Giải pháp WDM PON trình nghiên cứu để hình thành chuẩn, bước đầu áp dụng thử nghiệm Hứa hẹn công nghệ phát triển tương lai.Vì em chọn đề tài: “Kiến trúc giải pháp WDM-PON” Bố cục đồ án trình bày sau :  Chương I : Tổng quan công nghệ PON  Chương II : Các thiết bị WDM-PON  Chương III : Kiến trúc giải pháp WDM-PON Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Nguyễn Việt Hùng, người tận tình hướng dẫn em suốt trình làm đồ án Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Viễn thông giúp đỡ em thời gian qua Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 -i- Đồ án tốt nghiệp Đại Học Lời nói đầu MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ .v DANH MỤC BẢNG BIỂU .vii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ PON .1 1.1 Giới thiệu PON 1.2 APON 1.2.1 Kiến trúc phân lớp APON 1.2.2 Lớp hội tụ truyền dẫn TC 1.3 B-PON 1.3.1 Tổng quan hệ thống B-PON 1.3.2 Thiết bị đầu cuối đường quang 1.3.3 Mạng quang thụ động (PON) 1.3.4 Đầu cuối mạng quang 1.4 EPON 10 1.4.1 Kiến trúc EPON 10 1.4.2 Mơ hình ngăn xếp EPON .12 1.4.3 Giao thức EPON 12 1.4.4 Bảo mật EPON 13 1.4.5 Những bước phát triển 13 1.5 GPON 14 1.5.1 GPON ITU-T G.984 .14 1.5.2 Kiến trúc GPON 14 1.5.3 Lớp hội tụ truyền dẫn G-PON .15 1.6 WDM-PON .17 1.6.1 Giới thiệu .17 1.6.2 Ưu điểm nhược điểm WDM PON 19 1.6.3 Hướng phát triển 20 1.7 Kết luận chương 21 CHƯƠNG II CÁC THIẾT BỊ TRONG WDM-PON 22 2.1 Giới thiệu WDM .22 Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - ii - Ketnooi.com nghiệp giáo dục 2.1.1 Khái niệm 22 2.1.2 Mơ hình hệ thống WDM .22 2.1.3 Các cấu hình mạng WDM 24 2.1.4 Sử dụng WDM PON 26 2.2 Những lựa chọn thiết bị cho WDM-PON .29 2.2.1 Lựa chọn bước sóng 29 2.2.2 Thiết bị phát 37 2.2.3 Thiết bị thu 43 2.2.4 Chọn RN 44 2.3 Kết luận chương 46 CHƯƠNG III KIẾN TRÚC VÀ GIẢI PHÁP CỦA WDM-PON 47 3.1 Sơ đồ WDN-PON đơn giản .47 3.2 Các kiến trúc WDM-PON .48 3.2.1 PON hỗn hợp (CPON) 48 3.2.2 Mạng định tuyến truy nhập nội hạt (LARNET) 49 3.2.3 Thăm dò từ xa mạng đầu cuối (RITENET) 50 3.2.4 Kiến trúc WDM PON dựa vào AWG nhiều đoạn 51 3.2.5 Kiến trúc DWDM super PON (SPON) 52 3.2.6 Kiến trúc SUCCESS-DWA PON 53 3.3 Các giải pháp mạng WDM-PON 55 3.3.1 Chồng lấn mạng 56 3.3.2 Chồng lấn dịch vụ 57 3.3.3 WDM/TDM PON lai ghép 58 3.3.4 Tái cấu hình WDM PON .62 3.4 Giải pháp WDM 10GEPON 63 3.4.1 Thế hệ EPON kế tiếp:10GEPON 63 3.4.2 Lớp phụ thuộc môi trường vật lý 64 3.4.3 Lớp điều chỉnh 70 3.4.4 WDM kênh truyền .71 3.5 Kết luận chương 72 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - iii - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ logic hệ thống mạng PON Hình 1.2 Cấu hình chung mạng PON Hình 1.3 Cấu trúc phân lớp mạng APON Hình 1.4 Hệ thống B-PON chung .7 Hình 1.5 Lược đồ đầy đủ B-PON OLT Hình 1.6 Thiết kế mạng PON thực tế .9 Hình 1.7 Lược đồ lớp cao họ ONT 10 Hình 1.8 Ngăn xếp EPON .12 Hình 1.9 T-CONT miêu tả liên kết logic OLT ONU 16 Hình 1.10 ATM GEM T-CONT 17 Hình 1.11 Ngăn xếp giao thức lớp hội tụ truyền dẫn G-PON (GTC) .17 Hình 1.12 WDM PON hỗ trợ đa dịch vụ 18 Hình 2.1 Hệ thống ghếp kênh phân chia theo bước sóng quang 23 Hình 2.2 Cấu hình điểm-điểm truyền đơn hướng 25 Hình 2.3 Cấu hình mạng Ring .25 Hình 2.4 Cấu hình mạng Ring cho kênh quản lí trạm HUB 26 Hình 2.5 Vòng lặp photo thụ động (PPL) .27 Hình 2.6 Phổ phân chia với WDM 28 Hình 2.7 Gán bước sóng cho CWDM .30 Hình 2.8 Định tuyến động bước sóng mạng truy nhập 33 Hình 2.9 Thay đổi lưu lượng mơi trường thành phố 35 Hình 2.10 Gán dải bước sóng/nhà cung cấp dịch vụ (U: kênh lên;D: kênh xuống) 37 Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 -v- Đồ án tốt nghiệp Đại Học Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 Danh mục hình vẽ - vi - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 Danh mục hình vẽ - vii - Đồ án tốt nghiệp Đại Học biểu Danh mục bảng DANH MỤC BẢNG BIỂU Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - vii - Đồ án tốt nghiệp Đại Học tắt Thuật ngữ viết THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A APD APON Avalanche photodiode ATM passive optical network ASE ATM Amplified spontaneous emission AsynchronousTransfer Mode AWG AWGR B BLS BPON C CATV CO Arrayed Waveguide Grating Arrayed-waveguide grating router Bộ tách quang thác Mạng quang thụ động sử dụng ATM Bức xạ tự phát có khuyếch đại Phương thức truyền dẫn không đồng Cách tử ống dẫn sóng dãy Cách tử ống dẫn sóng dãy Router Broadband light sources Broadband PON Nguồn sáng rộng PON băng rộng Cable television Central office Truyền hình cáp Trung tâm chuyển mạch CPON CW D DBA DBR DFB DLC Composite PON Continuous Wave PON hỗn hợp Sóng liên tục Bandwidth assignment Distributed Bragg reflector Distributed feedback Digital loop carrier DSL DSLAM DWA DWDM Digital subscriber line DSL Access Module Dynamic Wavelength Assignment Dense Wavelength Division Multiplex Gán băng thông động Phản xạ Bragg phân bố Phản hồi phân bố Hệ thống truyền dẫn số mạch vòng thuê bao Đường dây thuê bao số Khối truy nhập DSL Nhiệm vụ bước sóng động Ghép kênh mật độ cao phân chia theo bước sóng Electroabsorption modulator Điều chế hấp thụ điện Erbium-doped fiber amplifier Ethernet PON Bộ khuyếch đại quang sợi PON sử dụng Ethernet Fabry–Perot Free spectral range Fiber To The Building Fiber To The Curb Fiber To The Home Khoang Fabry-perot Dãy quang phổ tự Cáp quang tới cao ốc Cáp quang tới khu vực Cáp quang tới nhà High Definition TeleVision Hybrid Fibre Coaxial High-priority Truyền hình độ phân giải cao Mạng lai cáp quang cáp đồng trục Ưu tiên cao E EAM EDFA EPON F FP FSR FTTB FTTC FTTH H HDTV HFC HP Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - viii - Đồ án tốt nghiệp Đại Học I ISDN ITU L LAN LARNET Thuật ngữ viết tắt Inergrated Service Digital Network International Telecommunication Union Mạng số dịch vụ thích hợp Liên hiệp viễn thơng quốc tế Local Area Network Local Access Router Network Mạng vùng cục Mạng truy nhập định tuyến nội hạt Điốt bán dẫn Thời gian điều chế dài LD LPT M MAC MDU MFL MLM Laser diodes Longest Processing Time MPCP N NMS O OAM ODN OFDM Multipoint control protocol Điều khiển truy nhập phương tiện Nhiều đơn vị dừng lại đặn Laser nhiều phía Phương thức truyền thơng đa phương tiện Giao thức điều khiển đa điểm Network Management System Hệ thống quản lý mạng Optical Add Multiplexer Optical Distribution Network Orthogonal Frequency Division Multiplexing Optical line terminal Optical network unit Bộ ghép kênh quang Sự phân bố mạng quang Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đầu cuối đường quang Đơn vị mạng quang Physical Coding Sublayer Protocol Data Unit Physical layer OAM Physical Medium Attachment Physical Medium Dependent Passive Optical Network Lớp mã hóa vật lí Đơn vị liệu giao thức OAM lớp vật lí Lớp gắn kêt với mơi trường vật lý Mơi trường vật lí phụ thuộc Mạng quang thụ động Quality of Service Chất lượng dịch vụ Radio access point Reflective electro-absorption Modulator Radio frequency Remote Interrogation of Terminal Network Điểm truy nhập vô tuyến Điều chế điện từ phản xạ OLT ONU P PCS PDU PLOAM PMA PMD PON Q QoS R RAP REAM RF RITENET Media access control Multiple dwelling unit Multifrequency Laser Multilongitudinal-mode Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - ix - Tần số vơ tuyến Dị hỏi xa mạng đầu cuối Đồ án tốt nghiệp Đại Học RN RS RSOA Thuật ngữ viết tắt Remote note Reconciliation Sublayer Reflective Semiconductor Optical Amplifier Remote Terminalnode Node điều khiển từ xa Lớp điều chỉnh SOA phan xạ Diode phát xạ ánh sáng băng rộng SOA SONET Superliminescent light emitting diode Semiconductor Optical Amplifier Synchronous Optical Network T TC TDM Transmission Convergence Time Division Multiplexing Time-division multiple access Thermo- electric cooler Hội tụ truyền dẫn Theo thời gian ghép kênh phân chia Đa truy nhập phân chia theo mã Làm lạnh Pin nhiệt điện Virtual Channel Vertical-cavity surface-emitting laser Very-high-bit-rate DSL Voice over IP Virtual private network Wavelength division multiplengxing Kênh ảo Laser phát quang lỗ hổng bề mặt thẳng đứng Đường dây thuê bao số tốc độ cao Thoại qua IP Mạng riêng ảo Ghép kênh phân chia theo bước sóng RT S SLED TDMA TEC V VC VCSEL VDSL VoIP VPN WDM Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 -x- Đầu cuối xa Bộ khuyêch đại quang bán dẫn Chuẩn xác định truyền thông cáp quang Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON lý xây dựng cho laser OLT ONU định bước sóng thu địa điểm Một vấn đề định lên làm gán ONU tới bước sóng, biết giống vấn đề DWA Một giải pháp cân lưu lượng tất bước sóng tránh điều kiện lấn tải Sau OLT xếp tới tất lưu lượng luồng xuống (ví dụ biết đến ma trận luồng xuống), tìm thấy PON hợp lý cần để phù hợp với lưu lương tốt Mặc dù vấn đề giải hợp lý, biểu thị thành phần cứng NP Tuy nhiên phát nhanh biết đến tên LPT sử dụng để giải thích đa thức thời gian Sau khả điều khiển chậm lại, ONU chuyển sang trạng thái rời tuyến xử lý điều chỉnh lại dành cho thứ ma gọi giai đoạn tắt đèn blackout period, lúc mà chung ta nhận gói tin Ngun do, tìm kiếm cấu hình hợp lý phù hợp với lưu lượng, tương đối quan trọng để cân nhắc đến giá thành tái cấu hình (ví dụ số lượng ONU tái cấu hình) tương ứng cho việc chuyển tù cấu hình PON sang cấu hình PON khác Thuật tốn tái cấu hình khơng nên xem xét đến cân lưu lượng không phá vỡ lưu lượng Cả giải pháp tối ưu phương pháp dựa vào kinh nghiệm có vài vấn đề đưa nghiên cứu ONU s TX OLT TX Splitters RXs TX TX Hình 3.12 WDM/TDM luồng lên Để cải tiến cấp phát băng thơng dành cho lưu lượng luồng xuống (ví dụ lưu lượng ngang hàng Peer-to-peer) (C)WDM giới thiệu luồng lên cách trang bị ONU với phát điều chỉnh chậm OLT với vùng Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 55 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON thu cố định, Minh họa hình 3.12 Ngày giá thành laser điều chỉnh CWDM lớn 15-20% so với laser cố định (với công suất chức phổ) Một lần vấn đề định nảy sinh định xem nên điều chỉnh phát ONU thành Tuy nhiên, dành cho luồng xuồn OLT biết đến ma trận lưu lượng, dành cho luồng lên thông tin phân phối node Trái lại, thời gian blackout không cần thiết trường hợp luồng xuống sau thu điều chỉnh mẫu phân phối khơng gói tin (ví dụ gói tin cịn lại đệm cịn điều chỉnh qua) 3.3.4 Tái cấu hình WDM PON Phạm vi với thay đổi dịch vụ đòi hỏi người sử dụng lựa chọn nhà vận hành chuyển nhanh, có hiệu linh hoạt cấp phát làm tăng khả mạng tạo kênh nhiều bước sóng qua mạng truy nhập Kỹ thuật định tuyến bước sóng động sử dụng cho điều này, tạo nên nhiều hiệu cho người sử dụng dùng tài nguyên mạng tạo nhiều thu nhập Hình 3.13 mơ tả ngun lý: từ OLT trạm kết thúc đầu mạng, kênh đa bước sóng dẫn đến ONU qua cây-và-nhánh PON Bằng cách lựa chọn bước sóng định tuyến PON lựa chọn bước sóng ONU, lệm bước sóng gán giá trị ONU riêng Vì lưu lượng chia sẻ ONU ONU sau truyền lưu lượng chia sẻ đến mạng điện dặm đầu họ kết nối đến người sử dụng cuối Sự xếp tài nguyên lưu lượng mạng đến kilomet chuyển cách thay đổi việc gán kênh bước sóng Cơ phương pháp theo sau đây, mơ tả hình 3.14 định tuyến bước sóng lựa chọn trường lựa chọn bước sóng ONU Với định tuyến bước sóng, hình 3.14a, định tuyến bước sóng định hướng hướng kênh bước sóng đến cổng riêng, việc định tuyến điều chỉnh tín hiệu điều khiển bên ngồi từ đầu cuối Để hỗ trợ phân phát dịch vụ quảng bá đến tất ONU phần thêm, nguồn dự trữ mở rộng phải tạo kênh bước sóng quảng bá Có thể định tuyến bước sóng phải cung cấp tất chuyển mạch kênh quảng bá cần vòng qua router theo đường chia nguồn quang giống phần nói đến sau với việc phối hợp lựa chọn bước sóng Giống với định tuyến kênh bước sóng chúng phân chia đến ONU khách hàng yêu cầu dịch vụ tương ứng, khơng có nguồn quang bị lãng phí Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 56 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON Sợi quang Network optical - layer Headend Network Electrical Firstmilelayer Hình 3.13 Định tuyến bước sóng động mạng truy nhập lai ghép λx λ1 –λN HE λ1 –λN ONU ONU tunable λ -router λ - tunable HE ONU ONU OA ONU λy ONU λ1 –λN a) Định tuyến bước sóng linh hoạt b) Trong quảng bá –và –lựa chọn Hình 3.14 Cấp phát động kênh bước sóng đến đơn vị mạng quang Với lựa chọn bước sóng, hình 3.14b, tất kênh bước sóng quảng bá đến ONU trước ONU điều chỉnh sang muốn kênh bước sóng Rõ ràng nguồn kênh bước sóng khác bị lãng phí ONU chia nguồn quảng bá đáng kể Một khuếch đại cần để bù vào phải điều khiển hai hướng luồn xuống tốt luồng lên Một cách khác, khơng có cấp phát đặc biệt mạng cần thiết để hỗ trợ dịch vụ quảng bá 3.4 Giải pháp WDM 10GEPON 3.4.1 Thế hệ EPON kế tiếp:10GEPON EPON 10 Gb/s bước tiến việc tăng dung lượng, hỗ trợ hiệu cho việc truyền tín hiệu truyền hình chất lượng cao nhu cầu hỗ trợ mạng đường trục vô tuyến hệ Nghiên cứu IEEE 802.3 EPON 10 Gb/s tập trung vào định nghĩa lớp vật lý điểm – đa điểm mới, trì lớp MAC, điều khiển MAC tất lớp bên không bị thay đổi phạm vi rộng Điều Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 57 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON có nghĩa sóng mang có kiến trúc cũ có độ tương thích với hệ thống quản lý mạng (NMS), hoạt động lớp PON, quản lý hệ thống bảo trì (OAM), DBA lập chương trình, Nhóm nghiên cứu EPON 10 Gb/s đặt mục tiêu cho truyền dẫn đường dây đối xứng bất đối xứng Hệ thống đối xứng hoạt động tốc độ 10 Gb/s luồng lên luồng xuống Hệ thống bất đối xứng sử dụng luồng xuống 10 Gb/s luồng lên Gb/s, đa số giống tiêu chuẩn sẵn có IEEE 802.3ah cho luồng lên Hệ thống bất đối xứng phản ánh thực tế dịch vụ video chất lượng cao tạo nên sức ép dung lượng chủ yếu luồng xuống Sản phẩm EPON bất đối xứng thích hợp xuất trước tiên, đặc điểm kỹ thuật dựa công nghệ khoa học đáng tin cậy Sự truyền dẫn luồng lên giống hệt 1G EPON, thu phát quang hoạt động chế độ cụm triển khai hàng loạt Truyền dẫn luồng xuống dựa tin cậy thiết bị P2P 10Gb/s Điểm nhấn mạnh cấu trúc đối xứng hoạt động truyền dẫn theo chế độ cụm tốc độ 10 Gb/s Mã hóa đường dây 64b/66b dùng lớp vật lý Ethernet 10 Gb/s đòi hỏi cần thiết phải có thiết kế FEC EPON 10 Gb/s đánh giá có tính hiệu kinh tế cao, cung cấp băng thơng lớn mạng CATV sử dụng DOSIS 3.0 Đây nguyên nhân chủ yếu làm cho EPON 10 Gb/s cơng nghệ có khả thay cho mạng CATV hệ Nó cho phép thay đổi cách đột biến băng thông liệu sẵn có cho th bao mà khơng cần việc người quản lý đường dây thay đổi cách phân phối video sẵn có Bắt đầu từ năm 2006 chuẩn 802.3av tiếp tục nghiên cứu Các nhà nghiên cứu 10G EPON kỳ vọng chuẩn thức thừa nhận phê chuẩn vào tháng năm 2009 3.4.2 Lớp phụ thuộc môi trường vật lý 3.4.2.1 Mục tiêu PMD  Hỗ trợ mạng truy nhập phía thuê bao sử dụng cấu hình điểm – đa điểm sợi quang  Cung cấp đặc tính kỹ thuật lớp vật lý Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 58 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON  Lớp vật lý cho PON, sợi quang SM đơn 10Gbps luồng xuống / 1Gbps luồng lên  Lớp vật lý cho PON, sợi quang SM đơn 10Gbps luồng xuống / 10Gbps luồng lên  Các tính chất lớp vật lý để có BER thấp 10 -12 giao diện dịch vụ lớp vật lý Để hỗ trợ cho mục tiêu trình bày nhóm nghiên cứu 10G EPON định nghĩa lớp quỹ công suất:  Lớp quỹ công suất thấp hỗ trợ cho suy hao thêm vào kênh mơi trường P2MP ≤ 20dB ví dụ PON với tỷ số chia 1:16 khoảng cách 10km  Lớp quỹ cơng suất trung bình hỗ trợ cho suy hao thêm vào kênh môi trường P2MP ≤ 24dB ví dụ PON với tỷ số chia 1:16 khoảng cách nhỏ 20km PON với tỷ số chia 1:32 khoảng cách nhỏ 10km  Lớp quỹ công suất cao hỗ trợ cho suy hao thêm vào kênh mơi trường P2MP ≤ 29dB ví dụ một PON với tỷ số chia 1:32 khoảng cách nhỏ 20km  Mỗi lớp quỹ công suất đại diện quỹ công suất loại PRX loại PR  Quỹ công suất loại PRX mô tả PHY cho PON hoạt động 10Gb/s luồng xuống 1Gb/s luồng lên sợi SMF đơn Các quỹ cơng suất loại PRX cịn gọi bất đối xứng  Quỹ công suất loại PR mô tả PHY cho PON hoạt động 10Gb/s cho luồng xuống luồng lên sợi SMF đơn Các quỹ cơng suất loại PR cịn gọi đối xứng 3.4.2.2 Cấp phát bước sóng Kế hoạch cấp phát bước sóng cho hệ thống EPON 10G EPON thể Hình 3.15 Cấp phát bước sóng cho luồng xuống Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 59 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON Truyền dẫn luồng xuống 1Gb/s sử dụng dải bước sóng 1480 – 1500 nm, truyền dẫn luồng xuống 10Gb/s sử dụng dải bước sóng 1574 – 1600 nm, dải kênh riêng biệt Lưu ý: lớp quỹ công suất khác sử dụng tập khác dải bước sóng 1574 – 1600 nm, tức quỹ công suất PR10, PR20, PRX10 PRX20 sử dụng dải 1580 – 1600nm, cịn lớp quỹ cơng suất PR30 PRX30 sử dụng dải 1574 – 1580 nm Một OLT hỗ trợ hai kênh luồng lên ghép đầu hai máy phát sử dụng ghép WDM, ONU lựa chọn kênh luồng xuống thích đáng sử dụng lọc quang Cấp phát bước sóng cho luồng lên Truyền dẫn luồng lên 1Gb/s sử dụng dải bước sóng 1260 – 1360 nm, 10Gb/s sử dụng dải bước sóng 1260 – 1280 nm Hai dải bước sóng chồng lên ghép kênh WDM khơng thể sử dụng để phân tách kênh liệu Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 60 - PR 10, PR 20,PRX 10, PRX 20 1560 1550 Wavelength (nm) PR 30, PR X 30 Upstream 1500 1360 1260 PR 10, PR 20, PR 30 1480 PX10, PX20 Downstream Extended Serveces Upstream a) Extended Serveces Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON PX10, PX20 Đồ án tốt nghiệp Đại Học Downstream 1600 1580 1574 1560 1550 1280 1260 b) Hình 3.15 Kế hoạch cấp phát bước sóng cho (a) EPON (b) 10G EPON Một OLT hỗ trợ hai kênh luồng xuống phải sử dụng kỹ thuật TDMA để tránh đụng độ truyền dẫn ONU khác dẫn đến truyền dẫn tốc độ kép, chế độ cụm thảo luận phần sau 3.4.2.3 Sự hoạt động tốc độ kép Máy thu OLT phải hỗ trợ hoạt động chế độ cụm Nếu OLT hỗ trợ kênh luồng lên đơn ví dụ tốc độ Gbit/s 10 Gbit/s, máy thu thiết kế để điều khiển tốc độ liệu luồng lên định mã đường Tuy nhiên, OLT hỗ trợ cho hai kênh luồng lên Gbit/s 10 Gbit/s máy thu OLT phải hỗ trợ hai tốc độ liệu qua TDMA Nhìn từ góc độ hình học, lớp PMD có đầu vào quang đơn, nhạy với tín hiệu 1260-1360 nm, hai đầu điện tương ứng: 1.25 GBd 10.3125 GBd Do đó, điểm chồng lớp PMD cần thiét phải có chia tín hiệu, vị trí chia tuỳ vào lựa chọn thực thi Tín hiệu đến bị chia miền quang dẫn đến hai tách quang độc lập Hình Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 61 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON 3.16(a) Một lựa chọn khác tín hiệu tách nhờ tách quang đơn Hình 3.16(b) sau chia miền điện sau khối TIA Từ kênh PON đường xuống (1260-1360 nm) Bộ khuếch đại quang Bộ chia 1:2 Bộ tách sóng 10G TIA and 10G LA 10G PMA 1G PMA PMD Nhận đôi tỉ lệ Từ kênh PON đường xuống(126 0-1360 nm) Bộ tách sóng 1G 1G TIA and LA Dual rate 10G detector 10G TIA and 10G LA LA TIA a) 10G 10G PMA PMA 1G PMA PMD 1G LA b) Hình 3.16 Các cấu trúc PMD với chia miền quang (a) miền điện (b) Khi tín hiệu đến chia miền quang người ta thiết kế kênh PMD đặc trưng để phù hợp với tốc độ tín hiệu, cung cấp độ nhạy cần thiết cho tín hiệu Gbit/s 10 Gbit/s Tuy nhiên, thêm chia quang tỉ lệ 1:2 giới thiệu Hình 3.16 (a) làm giảm độ nhạy PMD tạo suy hao bổ sung làm giảm cơng suất tín hiệu quang Việc giảm độ nhạy chấp nhận PMD loại PX10/PR10/PRX10, với quỹ công suất yêu cầu cao gồm PX20, PR20, PRX20, PR30 and PRX30 thử thách lớn chí khơng thể thi hành với suy hao bổ sung phía máy thu OLT Vấn đề đặc biệt giải cách thêm vào khuếch đại quang độ lợi thấp với chia quang 1:2, giới thiệu Hình 3.16(a), sử dụng để nâng mức cơng suất tín hiệu lên đủ để vượt qua suy hao chia quang 1:2 tạo Khi tín hiệu đến đến bị chia miền điện, cần sử dụng tách quang TIA Về mặt lí thuyết, trì độ nhạy quang mà khơng cần Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 62 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON khuếch đại, điều làm giảm phức tạp máy thu OLT Tuy nhiên tách sóng quang TIA phải đối phó với hai tốc độ liệu nhanh liên tiếp, chuyển mạch cụm Gbit/s 10 Gbit/s dải bảo vệ Vấn đề băng thơng tách sóng -TIA trực tiếp ảnh hưởng đến độ nhạy Nếu thông số mạch tách sóng-TIA thích ứng nhanh chóng với giá trị xác trì độ nhạy tối ưu Có ba lựa chọn bổ xung mặt này, Hình 3.17(a)-(c): Thiết kế cố định thơng số tách sóng số giá trị xác đinh trước, dẫn đến việc độ nhạy máy thu OLT giảm xuống xấp xỉ dB Tuy nhiên, cần phải ý chia độ giảm theo cách hai độ nhạy Gb/s 10 Gb/s thấp dB so với giá trị lý tưởng chúng Hình a Thiết kế cố định độ nghiêng APD, chuyển mạch TIA transimpedance tuỳ thuộc vào tốc độ báo hiệu đích cụm đến định sẵn Dẫn đến độ nhạy máy thu giảm khoảng độ dB Độ giảm chia nhỏ cho hai kênh tốc độ liệu việc thiết lập độ nghiêng APD đạt đến giá trị thoả hiệp Hình b Thiết kế chuyển mạch độ nghiêng TIA transimpedance phụ thuộc vào tốc độ báo hiệu cụm tín hiệu đến Điều tạo hiệu suất lí tưởng cho hai tốc độ liệu Gb/s 10 Gb/s Tuy nhiên, thiết kế phức tạp số lượng phần tử độ phức tạp điều khiển, thật khơng hợp lý lợi ích vượt q chi phí cho phép Hình c Trong trường hợp thiết kế tách động, việc định tốc độ liệu cụm tín hiệu đến trước điều chỉnh tách sóng động để phù hợp với tốc độ liệu đích cần thiết Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 63 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON Hình 3.17 Các kiến trúc APD-TIA tốc độ kép: (a) tĩnh, (b) nửa động, (c) hồn tồn động Nói chung, lớp PMD khơng có thơng tin liệu dùng cụm thơng tin có mức MAC Client cấp phát thông tin tới lớp PMD vi phạm giới hạn chồng lớp Vì thế, số loại mạch phát tốc độ liệu phải sử dụng Một phương pháp đơn giản dựa đo lường thành phần lượng quang phổ tín hiệu nhận tần số 1.25 GHz (ví dụ dải từ - 10 GHz) Các tín hiệu Gb/s có lượng dải tần số nói, tín hiệu 10 Gb/s có nhiều lượng Do đó, diện lượng GHz tín hiệu 10 Gb/s Các phương pháp bổ sung khác để điều khiển tốc độ APD - TIA khả thi, dù không bàn đến đồ án Trong mơ hình PMD tốc độ kép với chia miền điện, tách sóng 10 Gb/s TIA thực để nhận tín hiệu Gb/s 10 Gb/s Vì vậy, ngưỡng tổn hại (lớn nhất) máy thu tốc độ kép 1/10 Gb/s tuân theo đặc tính thu 10 Gb/s, trí nhận tín hiệu 1Gb/s Các giá trị cho 1000BASE–PX10–D 1000BASE–PX20–D bảng 60– bảng 60–8 [TLTK 15], số liệu 10/1GBASE–PRX–D1và 10/1GBASE–PRX–D2 không áp dụng cho máy thu OLT tốc độ kép 3.4.3 Lớp điều chỉnh 3.4.3.1Giao diện độc lập với môi trường đa tốc độ Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 64 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON Trong kiến trúc EPON thừa kế, GMII giao diện sử dụng để làm cầu nối MAC PHY, kiến trúc 10G EPON đối xứng, XGMII giao diện dùng làm cầu nối MAC PHY Khi sử dụng kiến trúc 10G EPON bất đối xứng, kết hợp hai loại GMII XGMII cần thiết để hỗ trợ phát thu tốc độ khác Thông qua việc sử dụng song song GMII XGMII, chế độ sau hỗ trợ:  Hoạt động 10 Gb/s đối xứng cho đường liệu phát thu, cung cấp tất chức XGMII  Hoạt động Gb/s đối xứng cho đường liệu phát thu, cung cấp tất chức GMII  Hoạt động bất đối xứng cho đường liệu phát thu OLT, cung cấp chức phát XGMII chức thu GMII  Hoạt động bất đối xứng cho đường liệu phát thu ONU, cung cấp chức phát GMII chức thu XGMII  Cùng tồn loại ONU khác cách sử dụng đường liệu khác OLT Chế độ đối xứng Chế độ đối xứng hỗ trợ đường phát thu hoạt động 10Gb/s Khi hoạt động chế độ đối xứng, đường phát thu liệu sử dụng cho hai việc truyền nhận Chế độ bất đối xứng Chế độ bất đối xứng hỗ trợ đường phát nhận liệu tốc độ đường khác Khi hoạt động chế độ bất đối xứng, kết hợp XGMII GMII sử dụng cho truyền nhận Tại OLT, đường phát sử dụng tín hiệu XGMII TXD, TXC TX_CLK, đường nhận sử dụng tín hiệu GMII RXD, RX_ER, RX_CLK, RX_DV Tại ONU, đường phát sử dụng tín hiệu TXD, TX_EN, TX_ER, and GTX_CLK, đường nhận sử dụng tín hiệu XGMII RXD, RXC RX_CLK Chế độ tốc độ kép Để hỗ trợ tồn 10 Gb/s đối xứng Gb/s bất đối xứng, ONU Gb/s tồn mạng, OLT phải cấu hình để thực Hồng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 65 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON chế độ tốc độ kép Chế độ tốc độ kép hỗ trợ phát thu tốc độ 10 Gb/s Gb/s thông qua TDMA Khi hoạt động chế độ tốc độ kép kết hợp đường liệu XGMII GMII sử dụng cho phát thu 3.4.4 WDM kênh truyền 3.4.4.1 Kênh luồng xuống Luồng xuống Gbit/s 10 Gbit/s EPONs hệ luồng ghép kênh WDM, tạo kênh liên tục độc lập P2MP, tách biệt khoảng băng thơng đủ lớn, cho phép hoạt động không bị gián đoạn điều kiện nhiệt độ cao đặc tả kĩ thuật cho phần cứng Do liên kết luồng xuống Gbit/s trì bước sóng trung tâm 1490 nm cửa sổ 20 nm (tương ứng với IEEE 802.3-2005, Điều 60), liên kết luồng xuống 10 Gbit/s cấp phát cửa sổ 1570 tới 1600 nm, tùy thuộc vào độ khả dụng nguồn laser cho OLT thiết kế lọc quang khả tương thích với hệ thống triển khai trước Việc cấp phát cửa sổ 1560nm cho kênh luồng xuống 10 Gbit/s ngày xem lựa chọn tốt nhất, lý giới hạn suy hao phi tuyến suy hao tín hiệu 10 Gbit/s thấp 3.4.4.2 Kênh luồng lên Trong kênh luồng lên, ghép kênh WDM bị suy hao chủ yếu độ nhạy cao Laser điều chế trực tiếp (DML: Directly Modulated Lasers) thông dụng, gây tán sắc màu không sử dụng cửa sổ truyền dẫn 1310nm (sẽ bị chiếm dụng thuộc tính EPON Gbit/s) Vì khơng thể thay đổi đặc tả kĩ thuật cho hệ thống trước đây, nên có ghép kênh chế độ cụm đa tốc độ tồn được, minh họa hình 3.18 Việc truyền dẫn kênh luồng lên Gbit/s 10 Gbit/s sử dụng cửa sổ truyền dẫn – hệ thống trước bước sóng trung tâm 1310 ± 50 nm, hệ thống sử dụng bước sóng trung tâm 1270 ± 10 nm Bộ thu OLT thu chức ví dụ hệ thống đa tốc độ Nó khơng đảm bảo điều chỉnh mức cơng suất thích hợp thông qua chế Điều khiển độ lợi tự động (AGC: Automatic Gain Control), mà cịn xác định tốc độ liệu đầu vào điều chỉnh thu cách cực đại hóa độ nhạy thu cho cụm riêng biệt Kiến nghị phê chuẩn gần (trong họp tháng năm2007) xác định việc cấp phát cửa sổ 1270 ± 10 nm cho kênh luồng lên 10 Gbit/s, đặc tả ITU G.984 tối ưu cho việc sản xuất hàng loạt nguồn laser Tuy nhiên, việc phát triển thu OLT chế độ đa tốc độ không đơn giản đòi hỏi nghiên cứu đáng kể để đưa vào sử dụng hãng sản xuất thu hãng điện tử Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 66 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Chương III Kiến trúc giải pháp WDM-PON 10G-10G ONU Đường xuống 10 Gb/s, 15xx nm Gb/s, 1490 nm OLT 10G-1G ONU Đường lên Gb/s, 1310nm Gb/s, 1310nm 1G-1G ONU Hình 3.18 Bước sóng 1/10 Gbit/s đường xuống, 1/10 Gbit/s đường lên 3.5 Kết luận chương Chương trình bày chi tiết kiến trúc giải pháp mạng WDM-PON đề xuất công ty viễn thông qua nhiều năm Trong kiến trúc này, tận dụng chức thiết bị để tạo nên WDM-PON hợp lí đường truyền hướng lên hướng xuống Từ đó, chương đưa giải pháp nhằm làm giảm chi phí phía khách hàng WDM-PON khơng có khả chia sẻ cáp cung cấp liên kết điểmđiểm ảo từ trung tâm chuyển mạch tới người dùng đầu cuối, mà cung cấp dịch vụ suốt khả mềm dẻo, mà điều xuất TDMA PON cổ điển Việc đưa kiến trúc WDM-PON tránh yêu cầu phức tạp thiết bị khách hàng ONU Điều quan trọng thiết bị phản xạ phép ONU không màu, thiết bị RSOA REAM cho mạng diện rộng Khắc phục vấn đề WDM PON, có vài giải pháp phát triển lĩnh vực WDM/TDM lai ghép vài năm gần Chương đưa giải pháp WDM 10G EPON, công nghệ hứa hẹn nhất: dung lượng truyền dẫn cao nhất, giá thành thấp dễ dàng nâng cấp từ 1Gbps lên 10Gbps Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 - 67 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 Kết luận - 68 - Đồ án tốt nghiệp Đại Học Hoàng Trọng Nghĩa-D04VT1 Tài liệu tham khảo - 69 - ... 3.2.4 Kiến trúc WDM PON dựa vào AWG nhiều đoạn 51 3.2.5 Kiến trúc DWDM super PON (SPON) 52 3.2.6 Kiến trúc SUCCESS-DWA PON 53 3.3 Các giải pháp mạng WDM- PON 55 3.3.1... 46 CHƯƠNG III KIẾN TRÚC VÀ GIẢI PHÁP CỦA WDM- PON 47 3.1 Sơ đồ WDN -PON đơn giản .47 3.2 Các kiến trúc WDM- PON .48 3.2.1 PON hỗn hợp (CPON) 48 3.2.2 Mạng... PON WDM PON Giải pháp Điểm- điểm TDM -PON WDM- PON Dung lượng Tốt Tốt Tốt Chi phí Cao Thấp Cao Khả nâng cấp Dễ dàng Khó khăn Dễ dàng Bảng 1.2 So sánh giải pháp mạng PON Tiêu chí so APON BPON EPON