Nghiên cứu và ứng dụng mạng quang thụ động GPON trên mạng FTTH của trung tâm viễn thông 6 viễn thông hà nội 50

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO LIÊN TỤC – VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài: “Nghiên cứu ứng dụng mạng quang thụ động GPON mạng FTTH Trung Tâm Viễn Thông - Viễn Thơng Hà Nội” Giáo viên hướng dẫn: Ths Hồng Quang Huy Sinh viên thực hiện: Số hiệu SV: Lớp : Điện tử viễn thơng Khóa: K50 Hà Nội, tháng năm MỤC LỤC Danh Mục Các Hình Vẽ CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng ASE Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa APON ATM-Passive Optical Network Mạng quang thụ động công nghệ ATM ATM Asynchronous Transfer Mode Mode truyền dẫn không đồng BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng BIP Bit Interleaved Parity Bít chẵn lẻ xen kẽ BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bít B-ISDN Bandwith-Intergrated Service Mạng quang băng rộng Data Network đa dịch vụ băng rộng Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo CDMA mã CO Central Office Tổng đài trung tâm CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra lỗi vòng dư DBA Dynamic Bandwidth Allocation Phân bổ băng thông động DBRu Dynamic Bandwidth Report Báo cáo băng thông động upstream đường lên DCE Data Communication Equipment Thiết bị đầu cuối thông tin DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối thông tin EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động EThernet FCS Frame Check Sequence Kiểm tra lỗi khung FEC Forward Error Correction Sửa lỗi FTTB Fiber To The Building Cáp quang thuê bao tới tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Cáp quang thuê bao tới chung cư FTTH Fiber To The Home Cáp quang thuê bao tới nhà thuê bao FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ GEM GPON Encapsulation Mode Giao thức đóng gói GPON GPON Gigabit-capbale Passive Mạng PON tốc độ Gigabit Optical Nnetwork GTC G-PON Transmission Convergence Khung truyền dẫn hội tụ GPON HEC Header Error Control Điều khiển lỗi IEEE Institute of Electrical and Viện kỹ nghệ điện điện tử Electronics Engineers ITU - T International Telecommunication Tổ chức hiệp hội viễn thông Union – Telecommunication quốc tế Standardization ISDN Integrated Services Digital Network Mạng đa dịch vụ tích hợp MAC 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 Khối điều khiển giao thức Data Unit điểm-đa điểm NGN Next Generation Network Mạng hệ sau OAM Operation, Administration Quản lý vận hành bảo dưỡng and Maintenance ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đường quang OMCI ONT Management Giao diện điều khiển and Control Interface quản lý ONT ONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang ONU Optical network unit Đơn vị mạng quang OSI Open system interconnect Hệ thống mở PMA Physical Layer Attachment Truy nhập lớp vật lý PCBd Physical control block downstream Khối điều khiển vật lý PDU Protocol data units Đơn vị giao thức liệu PMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý 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 operations Quản lý vận hành bảo administration and maintenance dưỡng lớp vật lý upstream PLOu Physical layer overhead upstream Mào đầu lớp vật lý PLSu Power leveling sequence upstream San công suất PON Passive optical networks Mạng quang thụ động PRE Preample Tiền khung PVC Permanent virtual Circuit Mạch ảo bán cố định SA Source address Địa nguồn SFD Start of frame delimiter Rang giới bắt đầu khung SNI Service Node Interface Giao diện nốt dịch vụ UNI User Network Interface Giao diện mạng người dùng LỜI MỞ ĐẦU Kiến trúc mạng viễn thông ngày phát triển mạnh mẽ với phát triển mạnh mẽ hệ thống thông tin quang, cung cấp tốc độ cao để truyền liệu với dung lượng lớn Một số thuận lợi hệ thống thông tin quang là: dung lượng băng thông cao, truyền dẫn với cự ly xa, đáng tin cậy Những năm gần với phát triển dịch vụ internet, đặc biệt với dịch vụ giá trị gia tăng tích hợp thoại hình ảnh, liệu ngày gia tăng Sự phát triển loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao Công nghệ truy nhập cáp đồng điển xDSL triển khai rộng rãi Tuy nhiên, hạn chế cự ly tốc độ không đáp ứng yêu cầu dịch vụ Như vậy, mạng quang giải pháp cần thiết quan trọng vấn đề truyền dẫn Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn mạng truy nhập để làm giảm bớt tượng tắc nghẽn q trình cung cấp băng thơng cho dịch vụ mà địi hỏi băng thơng lớn Mạng PON mạng điểm đến đa điểm mà khơng có thành phần tích cực tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, bao gồm sợi quang thiết bị thụ động Điều làm tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn tận dụng kiến trúc mạng quang Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON ITU chn hóa, cơng nghệ ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập nhiều nước giới GPON công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh số liệu với băng thông lớn tốc độ cao Do GPON công nghệ truy nhập lựa chọn triển khai tương lai Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mạng quang thụ động GPON mạng FTTH Trung Tâm Viễn Thông - Viễn Thông Hà Nội” nhằm mục đích tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật công nghệ GPON, qua đố đề xuất cấu hình mạng GPON mạng FTTH Trung Tâm Viễn Thông Đề tài thực gồm 03 chương Chương 1: Có tiêu đề “Tổng quan mạng PON” Giới thiệu mạng PON hệ thống PON triển khai Chương 2: Có tiêu đề “ Tổng quan cơng nghệ GPON” nghiên cứu vấn đề cấu trúc khung, định cỡ phân định băng tần động vấn đề trọng tâm Chương 3: Có tiêu đề “ Ứng dụng cơng nghệ GPON mạng FTTHTrung Tâm Viễn Thông 6”, giới thiệu mơ hình mạng FTTH sử dụng cơng nghệ GPON Trung tâm viễn thông - Viễn Thông Hà Nội Giới thiệu Trung Tâm Viễn Thông Trình bày cấu tạo chức thành phần mạng GPON Đề xuất dịch vụ mạng GPON hướng nghiên cứu đề tài Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy giáo Th.s Hồng Quang Huy giúp đỡ em trình làm đề tài Mặc dù cố gắng nhiều, thời gian kiến thức có hạn nên đề tài em cịn nhiều thiếu sót, hạn chế nhiều khuyết điểm Vì em mong góp ý quý thầy cô môn để đề tài em hoàn thiện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON) 1.1 Mở đầu Mạng viễn thông thường cấu thành ba mạng chính: mạng đường trục, mạng phía khách hàng mạng truy nhập Trong năm gần đây, mạng đường trục có bước phát triển nhảy vọt xuất công nghệ mới, công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) Cũng khoảng thời gian này, mạng nội hạt (LAN) cải tiến nâng cấp từ tốc độ 10 Mb/s lên 100 Mb/s, đến Gb/s Thậm chí, sản phẩm Ethernet 10 Gb/s bắt đầu xuất thị trường Điều dẫn đến chênh lệch lớn băng thông bên mạng LAN tốc độ cao mạng đường trục bên mạng truy nhập tốc độ thấp, mà thường gọi nút cổ chai (bottleneck) mạng viễn thông Việc bùng nổ lưu lượng Internet thời gian vừa qua làm trầm trọng thêm vấn đề mạng truy nhập tốc độ thấp Các báo cáo thống kê cho thấy lưu lượng liệu tăng 100% năm kể từ năm 1990 Thậm chí, kết hợp yếu tố kinh tế công nghệ tạo thời điểm mà tốc độ phát triển đạt tới 1000% năm (vào năm 1995 1996) Xu hướng tiếp tục tương lai, tức ngày có nhiều người sử dụng trực tuyến người sử dụng trực tuyến thời gian trực tuyến nhiều hơn, nhu cầu băng thông lại tăng lên Các nghiên cứu thị trường cho thấy rằng, sau nâng cấp lên công nghệ băng rộng, thời gian trực tuyến người sử dụng tăng lên 35% so với trước nâng cấp Lưu lượng thoại tăng lên, với tốc độ thấp nhiều, khoảng 8% năm Theo hầu hết báo cáo phân tích, lưu lượng liệu vượt trội nhiều so với lưu lượng thoại Càng ngày có nhiều dịch vụ ứng dụng triển khai băng thông dành cho người sử dụng tăng lên Đứng trước tình hình đó, số cơng nghệ đưa nhằm đáp ứng đòi hỏi băng tần Trang Hiện tại, nhà cung cấp dịch vụ triển khai cung cấp dịch vụ Internet công nghệ đường dây thuê bao số DSL DSL sử dụng đôi dây giống dây điện thoại, yêu cầu phải có modem DSL đặt thuê bao DSLAM đặt tổng đài Tốc độ liệu DSL nằm khoảng từ 128 Kb/s đến 1,5 Mb/s Mặc dù tốc độ tăng đáng kể so với modem tương tự, khó coi băng rộng khơng cung cấp dịch vụ video, thoại, liệu cho thuê bao xa Khoảng cách từ tổng đài đến theo bao phạm vi 5,5 km Ta tăng khoảng cách giải pháp triển khai thêm nhiều DSLAM đến gần thuê bao, giải pháp không hiệu chi phí cao Một giải pháp khác đưa sử dụng cáp modem Các công ty cáp TV cung cấp dịch vụ Internet cách triển khai dịch vụ tích hợp liệu mạng cáp đồng trục, mà ban đầu thiết kế để truyền dẫn tín hiệu video tương tự Ví dụ, mạng HFC có sợi quang nối từ đầu dẫn hay hub đến nút quang, từ nút quang phân chia đến thuê bao thông qua cáp đồng trục, lặp ghép/tách Tuy nhiên, mơ hình kiến trúc có nhược điểm thông lượng hiệu dụng nút quang không 36 Mb/s, tốc độ thường thấp vào cao điểm Như vậy, thấy công nghệ DSL cáp modem không đáp ứng yêu cầu băng thông cho mạng truy nhập Hầu hết nhà công nghệ mạng tiến tới công nghệ mới, tập trung chủ yếu vào truyền tải liệu, đặc biệt liệu IP Trong bối cảnh đó, cơng nghệ PON giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng Người ta trông đợi mạng PON giải vấn đề tắc nghẽn băng thông mạng truy nhập kiến trúc mạng viễn thông, bên nhà cung cấp dịch vụ CO, điểm kết cuối, điểm truy nhập bên công ty cung cấp dịch vụ, hay khu vực tập trung thuê bao Mạng quang thụ động định nghĩa cách ngắn gọn sau: “Mạng quang thụ động (PON) mạng quang khơng có phần tử điện hay Trang 10 địa phương xây dựng chức chẩn đoán, lặp lại chức omci quản lý, quản lý thơng qua OLT hai phần mềm với softwarimage kiểm tra tính tồn vẹn tự động rollback Chi tiết kỹ thuật phần cứng Wan: SC/APC cổng cho GPON Lan: bốn cổng RJ-45 cho gigabit ethernet giao diện FXS: RJ-11 cổng cho VoIP CATV: rf giao diện Up: rj- 45( ngược lại) cổng cho up hình Nút: thiết lập lại Power on/off Chỉ số trạng thái dẫn: điện, pon, los, báo động, lan 1, lan 2, lan 3, lan 4, đặc tính vật lý Trọng lượng tịnh: 348g Kích thước: 199( w) x 150( d) x35( h) mm đặc điểm môi trường Nhiệt độ hoạt động:- °; c ~ 45 °; độ ẩm: 5% ~ 95%( không ngưng tụ) đặc tính điện Năng lượng đầu vào: 12 VDC 1.5A Tiêu thụ điện năng: 8W xpon GPON tên zxa10 f601 zxhn F600 zxhn f620 zxa10 f625g zxhn f660 zxhn f668 giao diện 1ge 4ge 4ge+2pots 4ge+2pots+1rf 4ge+2pots+wifi+1usb 4ge+2pots+wifi+1rf+1usb loại cầu cầu Cầu/route+voice Cầu/route+voice Cầu/route+voice Cầu/route+voice Trang 60 zxa10 f720g(ngoài trời) 4ge+2pots cầu Zxhn f660 GPON mạng quang thiết bị đầu cuối thiết kế cho hgu(home Cửa ngõ đơn vị) sử dụng FTTH kịch bản, hỗ trợ l3 chức để giúp Th bao thơng minh xây dựng mạng gia đình Nó cung cấp thuê bao với Phong phú, đầy màu sắc, cá nhân, thuận tiện thoải mái ba- chơi dịch vụ bao gồm thoại, video( IPTV) truy cập internet tốc độ cao Nó hỗ trợ IEEE 802.11b/g/n cho phép thuê bao để thưởng thức internet qua wifi tiết kiệm lượng lợi Sử dụng OMCI Giao thức, chi phí giảm hiệu cách hỗ trợ dịch vụ từ xa Trích lập dự phịng, chẩn đốn lỗi thơng minh hiệu suất thống kê chức Trang 61 3.4 Các dịch vụ mạng GPON a) Dịch vụ FiberVNN: Mơ hình kết nối Trang 62 Hình -7: Dịch vụ FiberVNN hệ thống GPON b) Dịch vụ điện thoại cố định IMS + FiberVNN: Mơ hình kết nối Trang 63 Hình 3-8: Dịch vụ điện thoại cố định IMS + FiberVNN hệ thống GPON c) Dịch vụ điện thoại IMS + FiberVNN + MyTV HD: Mơ hình kết nối Trang 64 Hình 3-9: Dịch vụ điện thoại IMS + FiberVNN + MyTV HD hệ thống GPON d) Dịch vụ FiberVNN + MyTV HD: Mơ hình kết nối Trang 65 Hình 3-10: Dịch vụ FiberVNN + MyTV HD hệ thống GPON Trang 66 3.5 Mô mạng GPON phần mềm Optisystem Hình 3-11: Giao diện phần mềm Optisystem Hình 3-12: Mở đầu giao diện phần mềm optisystem Trang 67 Hình 3-13: Các bước mô làm mạng quang Optisystem Hình 3-14: Mơ hồn thành mạng quang Optisystem Trang 68 Hình 3-15: Hiệu chỉnh thơng số cho nguồn phát quang Hình 3-16: Hiệu chỉnh thơng số cho chiều dài sợi quang Trang 69 Hình 3-17: Chạy phần mềm optisystem với thơng số Hình 3-18: Hiển thị kết đo đầu phần tử mạng quang Trang 70 Hình 3-19: Hiển thị dạng sóng kết đo sợi quang Trang 71 KẾT LUẬN Trung Tâm Viễn Thông - Viễn Thông Hà Nội cung cấp dịch vụ công nghệ thông tin, viễn thơng địa bàn quản lý Trạm viễn thơng tía (OLT tía) nút mạng nút mạng MAN – E (Tía) Nút mạng Tía nút mạng trung chuyển cho nút mạng Phú Xuyên, Ứng Hịa Nên trạm OLT Tía kết nối vào mạng MAN-E Viễn Thông Hà Nội để truyền liệu mạng mạng ngồi Hiện cơng nghệ FTTH triển khai rộng rãi với tốc độ cao nhiều so với mạng cáp đồng (ADSL 2+) Vì Viễn Thơng Hà Nội nghiên cứu triển khai cho khách hàng chuyển sang sử dụng mạng cáp quang(FTTH), với tốc độ cao giá thành rẻ, với nhiều dịch vụ tiện ích đem lại trải nhiệm tuyệt vời cho khách hàng Và nghiên cứu đưa thêm dịch vụ dịch vụ giá trị gia tăng ghép vào mạng cáp quang FTTH mang đến cho khách hàng nhiều lựa chọn cho riêng gia đình Ứng dụng cơng nghệ GPON mạng FTTH Trung Tâm Viễn Thông 6, cung cấp dịch vụ viễn thông mạng internet tốc độ cao, dung lượng lớn Để khách hàng khai thác dịch vụ có chất lượng cao xem tivi trực tuyến như: CATV/HDTV, VoIP, truy cập liệu dung lượng lớn, băng thông cao, dịch vụ giá trị gia tăng Với giá thành rẻ, chất lượng cao Mạng truy nhập quang thụ động GPON giải pháp hợp lý cho ba mục tiêu trên: Không phải thay đổi cấu hình xây lắp tuyến cáp quang, cần đặt chia điểm tập trung cáp Giảm chi phí nhờ chia sẻ môi trường truyền dẫn người sử dụng 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 Trang 72 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 Hiện nay, tiêu chuẩn GPON ITU chuẩn hóa, giải pháp cơng nghệ thích hợp cho khu cơng 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 a) Hướng nghiên cứu Hướng nghiên cứu đồ án dựa cấu hình mạng GPON Trung Tâm Viễn thơng - Viễn Thông Hà nội VNPT phê duyệt, cần đề bước triển khai lắp đặt mở rộng cung cấp dịch vụ cho khách hàng, đồng hóa đường truyền thoại, đặc biệt tiêu chuẩn hóa việc lắp đặt thiết bị mạng ODN đảm bảo chất lượng dịch vụ Triển khai mở rộng thêm cổng PON OLT Splitter để cung cấp nhu cầu sử dụng dịch vụ khách hàng, triển khai dịch vụ xem tivi trực tuyến( MyTV với chất lượng HD), chơi game online, tích hợp thoại truyền thống cho thuê bao có sử dụng lúc nhiều dịch vụ, cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng để khách hàng lựa chọn Trang 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Credic F.Lam (2007), Passive Optical Networks princeiples and practice, pp 215-264 [2] Paul E.Green, Jr (2006), Fiber to the home the new empowerment [3] ITU G.984.1 (2003), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics [4] ITU G.984.2 (2003), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification [5] ITU G.984.4 (2004), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): ONT management and control interface specification [6] ITU G.984.7 (07/2010), Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Long reach [7] Công văn số 640/CV-VT ngày 5/3/2009 VNPT v/v Hướng dẫn triển khai xây dựng cấu trúc mạng truy nhập kết nối quang tới thuê bao ( FTTx GPON) [8] Luận văn “ Nghiên cứu triển khai công nghệ GPON mạng Viễn Thông Hà Nội ” Tác giả Nguyễn Thị Ngân Trang 74 ... 45 Chương ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON TRÊN MẠNG FTTH TRUNG TÂM VIỄN THÔNG 3.1 Giới thiệu Trung Tâm Viễn Thông - Viễn Thông Hà Nội 3.1.1 Giới thiệu chung Trung Tâm Viễn Thông Trung Tâm Viễn Thông trước... tiêu đề “ Ứng dụng cơng nghệ GPON mạng FTTHTrung Tâm Viễn Thông 6? ??, giới thiệu mơ hình mạng FTTH sử dụng cơng nghệ GPON Trung tâm viễn thông - Viễn Thông Hà Nội Giới thiệu Trung Tâm Viễn Thơng... Thoại Hà Nội Viễn Thông Hà Nội Công ty Điện Thoại Hà Nội trước Công Ty Viễn Thông Hà Tây, từ tháng năm 2008, toàn địa giới Tỉnh Hà Tây sát nhập vào Thủ đô Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Viễn Thông Hà Nội