Lớp con MAC mặc định trong Ethernet P2P được thay bằng lớp điều khiển đa truy nhập (MPMC- Multipoint media access control) có tính bắt buộc trong EPON. Lớp MPMC chạy giao thức điều khiển đa điểm (MPCP- Multipoint control protocol) để sắp xếp truy cập đến môi trường mạng quang thụ động PON bị chia sẻ giữa các ONU trong EPON. Mặc dù các ngăn xếp của OLT và ONU trơng có vẻ gần giống nhau (hình 2.11), MP P trong OLT đóng vai trị là chủ cịn MP P trong ONU đóng vai trị là tớ. Sự thống nhất lớp con cũng được mở rộng trong EPON để điều khiển chức năng mơ phỏng P2P để mà IEEE 802.1 có thể dùng tiếp trong EPON.
Giao thức truyền dẫn EPON dựa trên cấu trúc chuẩn của khung Ethernet, nó khai thác kĩ thuật TDM ở hướng down và TDMA ở hướng up lên. EPON qui định thông lượng đối xứng ở cả 2 hướng up và down với tốc độ 1 Gbps, và kế thừa mã đường dây 8B/10B được dùng trong chuẩn Etherne gigabit IEEE802.3z. Việc mã hóa 8B/10B thêm vào tốc độ tăng lên 1.25 Gbps, mã 8B/10B làm cho ngõ ra cân bằng điện áp D và đủ truyền cho việc khôi phục xung clock dễ dàng.
Dữ liệu được truyền trong khung Ethernet và mỗi ONU chỉ nhận khung được đánh địa chỉ là nó. Ở hướng up mỗi ONU được cấp cho một khe thời gian riêng và
ONU có thể truyền trên khe được dành riêng này. Bước sóng hoạt động của EPON là 1490 nm ở hướng down và 1310 nm ở hướng up.
2.4.3.2. khung Ethernet
EPON truyền dữ liệu như là khung Ethernet tự nhiên trong mạng quang thụ động PON. Khung Ethernet có kích cỡ khác nhau. Dạng khung Ethernet chuẩn được biểu diễn ở hình 2.12. Bắt đầu khung là lời mở đầu và 1 byte bắt đầu ranh giới (SFD- start frame delimiter) để báo hiệu bắt đầu khung. Chuẩn EPON sắp xếp lời tựa có thể thay đổi để truyền LLID cho ONU.
Mỗi khung truyền địa chỉ M đích và nguồn, mỗi vùng này chiếm 6 byte. 2 byte chỉ chiều dài/loại được dùng để mô tả chiều dài tải khi giá trị của nó trong khoảng 0-1500. Khi giá trị của nó chạy từ 1,536-65,535, nó được dùng để mô tả loại khung Ethernet. Mục đích của vùng này để biểu diễn chiều dài và loại khung. Tiếp theo sau tải là 4 byte kiểm tra khung (FCS-Frame Check Sequence) sử dụng CRC (Cyclic Redundancy Check).
Hình 2. 12 Khn dạng khung Ethernet chuẩn
Hình 2.12 mơ tả khung Ethernet truyền các byte mở đầu tối thiểu để truyền thơng tin quản lí và giao thức. Trong vùng Ethernet, thơng tin quản lí và O M được truyền sử dụng các khối dữ liệu giao thức (PDU-Protocol Data Unit) và các khung OAM, chúng là các khung Ethernet chuẩn nhận dạng bởi giá trị chiều dài/loại riêng. Thông tin giao thức và O M được truyền trong vùng tải của khung PDU và OAM. Các khung này được ghép trong dải băng với các khung Ethernet khác truyền dữ liệu của user thực sự.
2.4.4. So sánh EPON và GPON
Từ quan điểm kĩ thuật, một điểm khác nhau cơ bản giữa GPON và EPON là cách hỗ trợ mạch TDM. GPON chia tín hiệu up và down thành khung 125µs. Khung dữ liệu được đóng gói sử dụng kĩ thuật đóng gói GEM. ịn trong EPON khung Ethernet có chiều dài có thể thay đổi được dùng ở lớp vận chuyển. Mơ phỏng mạch thì cần để thực hiện mạch TDM có băng thơng cố định.
Trong khi EPON thì tối ưu hóa vận chuyển gói Ethernet, đóng gói GEM cho phép thích nghi hơn với dạng tín hiệu khác. Trong hệ thống EPON, chức năng báo cáo và chấp nhận băng thông được bổ sung sử dụng MPCPDU. Mỗi port ONU với LLID khác nhau yêu cầu khung Gate và Report riêng, mà chúng là khung Ethernet. Càng nhiều ID được phân phối thì càng có nhiều overhead của giao thức điều khiển đa điểm MP P. Trái ngược lại, các chức băng báo cáo và nhận băng thơng GPON có thể được đội lên thành phần đầu của khối điều khiển vật lí PCB của khung GTC. Mỗi PCBd chứa thông tin phân phối băng thông cho tất cả container truyền dẫn được phân bổ. iều này làm cho GPON hiệu quả hơn so với EPON.
Bộ chia 1:32 cho EPON và GPON, hệ thống EPON cung cấp băng thơng trung bình là 31.25 Mbps trên mỗi ONU ở cả hướng down và up, trong khi GPON với tốc độ truyền 2488Mbps đối xứng ở hướng down và up thì băng thơng cấp cho mỗi ONU là 77.75 Mbps.
ƢƠN 3: THIẾT KẾ TUYẾN FTTH MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM
3.1. Ý tƣởng thiết kế
Tính tốn thiết kế một số tuyến quang FTTH khoảng 27.000 thuê bao trong phạm vi Huyện Ninh Phước, Tỉnh Ninh Thuận. Sử dụng phần mềm chuyên dụng OptiSystem để kiểm chứng và đánh giá chất lượng tín hiệu trong hệ thống.
3.2. Sơ đồ khối thiết kế mạng FTTH cho 27000 thuê bao dựa trên công nghệ PON
Ở đây ta thiết kế mơ hình FTTH cho 27.000 thuê bao trong khu vực Huyện Ninh Phước với 8 xã và 1 thị trấn. Vậy nên từ trạm chính của thành phố (VNPT Tỉnh Ninh Thuận, 2 , ường 21/8, Thành phố Phan Rang - Tháp Chàm, Tỉnh Ninh Thuận) ta sẽ dùng bộ chia 9 để đưa về 9 thị trấn, xã của huyện Ninh Phước rồi từ các thị trấn, xã này lại phân về đến từng thuê bao.
3.3. Mô phỏng bằng phần mềm OptiSystem
3.3.1. Giới thiệu phần mềm OptiSystem
OptiSystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang. Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thơng tin quang, dựa trên khả năng mơ hình hóa các hệ thống thơng tin quang trong thực tế. Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào. Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan.
OptiSystem cho phép thiết kế tự động hầu hết các loại tuyến thông tin quang ở lớp vật lý, từ hệ thống đường trục cho đến các mạng LAN, MAN quang.
OptiSystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện. Cho phép hiển thị tham số, dạng, chất lượng tín hiệu tại mọi điểm trên hệ thống.
Thiết bị đo quang:
Phân tích phổ (Spectrum Analyzer)
Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter)
Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer) Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer)
Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer) Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)...
Thiết bị đo điện: Oscilloscope
Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer)
Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer) Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer)
Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter)
Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer)
3.3.2. Khảo sát thông số của mô phỏng trên một nhánh
ể thiết kế mạng FTTH cho 27000 th bao thì từ trạm chính ta sẽ dùng bộ chia để chia tín hiệu quang về cho 27000 thuê bao. Ở đây thiết kế cho khu vực gồm có 9 xã và thị trấn vậy trước hết ta sẽ dung bộ chia 1/9 để đưa tín hiệu quang về 9 xã và thị trấn trong huyện. ể đáp ứng nhu cầu là 27000 th bao thì mỗi xã phải có 3000 thuê bao, mà trong công nghệ này bộ chia tối đa là 1/128 vậy nên trước hết ta sẽ dung bộ
chia 1/25 để chia tín hiệu quang ở đầu các xã, thị trấn. Tiếp theo ta sẽ dùng bộ chia 1/120 để chia về tới từng thuê bao.
Ta chọn:
- Tổn hao do các đầu ghép nối từ nguồn phát vào sợi quang, từ sợi quang đến máy thu, và giữa các bộ chia quang là 0.2 dB
- Công suất phát 5 dBm
- =13 dB, NF(hệ số nhiễu của EDFA) = 5 dB
- R (hệ số chuyển đổi quang điện của photodiode) = 1A/W - Tán sắc sợi = 17 ps/ km.nm , Số mode phân cực = 2
Sử dụng mã đường NRZ để truyền bằng cách điều chế tín hiệu sử dụng bộ điều chế Mach-Zehnder. Suy hao qua bộ điều chế MachZehnder là vào khoảng 3.2dB. Tính tốn suy hao:
Xét thuê bao xa nhất tuyến với chiều dài là 18 km, bước sóng 1550nm có tổn hao sợi là 0.3 dB/km. Suy hao trên sợi là:
= 0.2*18= 3.6 dB
Sử dụng 15 bộ nối với suy hao tương ứng một bộ nối là là 0.5dB
Suy hao bộ nối = 0.5*15= 7.5 dB
Sử dụng 8 mối hàn với suy hao tương ứng của một mối hàn là 0.1dB
Suy hao mối hàn = 0.1*8= 0.8 dB Sử dụng bộ chia 1:9, 1:25, 1:120
Suy hao bộ chia = 10log9 + 10log25 + 10log120 = 44.31 dB Vậy, tổng công suất suy hao trên tuyến là:
= + + + = 3.6 + 7.5 + 0.8 + 44.31= 56.21 dB
Lựa chọn mạng PON sử dụng
Với các đặc tính của cơng nghệ GPON như là:
Tốc độ truyền dẫn lớn, các dạng tốc độ đa dạng (7 dạng tốc độ) cho ta có thể dễ dàng lựa chọn.
Khoảng cách vật lý : tối đa 20km.
Tỷ lệ chia: nó có thể sử dụng nhiều bộ chia như 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128.
Ta thấy những đặc điểm trên phù hợp với mơ hình thiết kế của ta là mơ hình thiết kế mạng FTTH cho 27000 thuê bao cho huyện. Vậy nên ta sẽ sử dụng công nghệ GPON trong mơ hình này
3.3.3. Sơ đồ thiết kế thực tế
Hình 3. 1 Sơ đồ tuyến đi thực tế
3.3.4. Mơ hình thiết kế sử dụng phần mềm OptiSystem
Tuyến trên đây bao gồm các thành phần:
a. Bộ phát
- Bộ điều chế ngoài
- Nguồn phát laser có cơng suất phát khoảng 3.5dB tần số phát khoảng 193,414489 THz, ứng với bước sóng 1550nm.
- Bộ chuyển đổi mã NRZ - Bộ điều chế Mach-Zehnder
b. Bộ truyền dẫn
- Cáp quang,
- Bộ khuếch đại EDFA - Bộ chia spliter
c. Bộ thu
- Bộ lọc thông thấp - Photodiode
- Máy phân tích BER - Máy đo cơng suất - Máy hiện sóng
- Máy phân tích quang phổ
3.3.5. Kết quả thu được
Các thông số của hệ thống:
Khoảng cách tuyến xa nhất là 18 km Công suất phát từ -4 dBm đến 3.5 dBm
Tốc độ truyền 155Mbps, 625Mbps và 2.5 Gbps Bước sóng 1550 nm
Số kênh đo: 1 kênh
Tham số được cho như ở mục (3.3.2)
Bảng 3. 1 Thông số khi thay đổi công suất phát với tốc độ 155Mbps
Q BER
-4 -31.835 4.28839 -5.04
-3.5 -31.338 4.80644 -6.11
-3 -30.842 5.3873 -7.44
-2 -29.847 6.76995 -11.19 -1.5 -29.349 7.58978 -13.80 -1 -28.851 8.50893 -17.05 0 -27.853 10.6944 -26.26 1 -26.857 13.4438 -40.77 1.5 -26.357 15.0731 -50.91 2 -25.859 16.8993 -63.64 2.5 -25.359 18.9457 -79.62 3 -24.860 21.2387 -99.67 3.5 -24.361 23.8075 -124.85
Bảng 3. 2 Thông số khi thay đổi công suất phát với tốc độ 625 Mbps
Q BER -4 -31.856 0 0 -3.5 -31.359 2.15866 -1.81 -3 -30.862 2.54696 -2.26 -2.5 -30.365 2.86994 -2.68 -2 -29.868 3.23262 -3.21 -1.5 -29.370 3.63952 -3.86 -1 -28.872 4.09601 -4.67 0 -27.875 5.18239 -6.96 1 -26.877 6.5485 -10.53 1.5 -26.377 7.35784 -13.02 2 -25.879 8.26465 -16.15 2.5 -25.380 9.28041 -20.07 3 -24.881 10.4175 -24.98 3.5 -24.382 11.6895 -31.14
Bảng 3. 3 Thông số thay đổi khi thay đổi công suất với tốc độ 2.5 Gbps Q BER Q BER -4 -31.957 0 0 -3.5 -31.478 0 0 -3 -30.982 0 0 -2.5 -30.485 0 0 -2 -29.988 0 0 -1.5 -29.490 0 0 -1 -28.993 2.12723 -1.78 0 -27.996 2.71711 -2.48 1 -26.999 3.3908 -3.46 1.5 -26.500 3.78957 -4.12 2 -26.001 4.23615 -4.94 2.5 -25.502 4.76318 -5.96 3 -25.003 5.2959 -7.23 3.5 -24.504 5.9223 -8.80 3.3.6. Một số hình ảnh mơ phỏng
Hình 3. 4 Hình ảnh giản đồ mắt với công suất phát 3.5 dBm, tốc độ bit 625 Mbps
Hình 3. 6 ồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất phát và hệ số phẩm chất Q với công suất phát từ -4 đến 3.5 dBm, tốc độ bit 155 Mbps
Hình 3. 78 ồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất phát và tỉ lệ lỗi bit với công suất phát từ -4 đến 3.5 dBm, tốc độ bit 155 Mbps
Hình 3. 8 ồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất thu và tỉ lệ lỗi bit với công suất phát từ -4 đến 3.5 dBm, tốc độ bit 155 Mbps
Hình 3. 9 Sự thay đổi của Q theo công suất phát và các biểu đồ mắt tại máy thu tƣơng ứng với 3 tốc độ bit khác nhau và các công suất phát khác nhau
Hình 3. 10 Quan hệ giữa BER và cơng suất tại máy thu ứng với 3 tốc độ bit khác nhau và các biểu đồ mắt tại máy thu trong 3 trƣờng hợp tại các độ nhạy máy thu
khác nhau
3.3.7. Nhận xét
Khi công suất phát tăng dần lên mỗi lần 0.5 dBm, từ giản đồ mắt ta có thể vẽ được đồ thị giữa cơng suất phát với hệ số phẩm chất Q của tuyến. Ở hình 3.6 cho ta thấy được với cơng suất phát càng tăng thì hệ số phẩm chất cũng tăng theo và ngược lại.
Với công suất phát ở thiết bị phát quang tăng mỗi lần 0.5 dBm ta thu được kết quả từ giản đồ mắt, thông qua giản đồ mắt ta vẽ được đồ thị công suất phát và tỉ lệ lỗi bit BER. Từ hình 3.7 cho ta thấy với cơng suất phát càng nhỏ thì tỉ lệ lỗi BER càng lớn và ngược lại với cơng suất phát càng lớn thì tỉ lệ lỗi bit BER càng nhỏ.
Qua hình 3.8, đồ thị cho ta thấy được khi cơng suất thu càng lớn thì tỉ lệ lỗi BER càng nhỏ và ngược lại.
Từ hình 3.9 ta thấy được quan hệ giữa công suất phát và hệ số phầm chất Q tương ứng với 3 tốc độ bit khác nhau là 155 Mbps, 625 Mbps và 2.5 Gbps. Ở đây khi ta cho công suất phát tăng dần mỗi lần 0.5 dBm và với tốc độ càng lớn dần từ 155 Mbps đến 2.5 Gbps thì thấy được hệ số phẩm chất Q tăng và ngược lại.
Hình 3.10, biểu diễn quan hệ giữa tỉ lệ lỗi bit BER và công suất tại đầu vào máy thu của hệ thống tương ứng với các tốc độ bit là 155Mbps, 625Mbps và 2,5Gbps. Ta thấy được khi cùng một công suất thu và tốc độ bit khác nhau thì tỉ lệ lỗi BER cũng
khác nhau. Ở đây, với cơng suất và tốc độ như trên đồ thì ta có thế nhận xét được với cùng cơng suất thì tốc độ bit nhỏ hơn có tỉ lệ lỗi bit BER thấp hơn và ngược lại.
KẾT LUẬN
Với mong muốn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng và hiệu quả trong quá trình thiết kế hệ thống mạng truy cập quang FTTH, đồ án này đã xây dựng và đã đưa ra mơ hình thiết kế mạng quang đến tận hộ gia đình với 27000 thuê bao của huyện Ninh Phước, Ninh Thuận. Việc ứng dụng mơ hình mạng quang thụ động PON với những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất lượng sẽ hứa hẹn sự phát triển vượt bậc cho mạng băng thông rộng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng ở Tỉnh Ninh thuận nói riêng và trong các tỉnh thành khác ở Việt Nam nói chung. Mặt khác, thơng qua đồ án cũng đã giới thiệu tổng quan về phần mềm mô phỏng OptiSystem; cách xây dựng, thiết kế mạng thông tin sợi quang và khảo sát chất lượng của mạng thông tin sợi quang bằng phần mềm, từ đó tạo điều kiện thuận lợi trong việc triển khai mạng vào thực tế.
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài, em đã được cô Trần Thị Trà Vinh nhiệt tình hướng dẫn, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của cô. Mặc dù rất cố gắng, song do hạn chế về tài liệu nghiên cứu và khả năng bản thân nên đồ án