Chức năng của các thành phần trong mào đầu GEM:
PLI (12 bits): chỉ thị chiều dài của phần tải.Kích thƣớc 12 bit cho phép phân
mảnh khung dữ liệu lên đến 4095 bytes. Nếu khung dữ liệu ngƣời dùng lớn hơn khung này, thì sẽ đƣợc chia thành các phân mảnhcó kích thƣớc 4095 byte hoặc nhỏ hơn.
Port ID (12 bits): đƣợc sử dụng để cung cấp 4096 danh định lƣu lƣợng có giá
trị duy nhất trong PON. Quá trình ghép kênh sẽ dựa vào giá trị của Port ID.Mỗi Port ID đƣợc sử dụng duy nhất cho một ngƣời dùng.Mỗi Alloc ID hoặc T-cont có thể truyền một hoặc nhiều Port ID cùng một lúc.
PTI (3 bits): đƣợc sử dụng để chỉ ra loại nội dung chứa trong phần tải. Giá trị
này có thể thay đổi đƣợc để cho phù hợp với từng loại nội dung trong tải. Các giá trị ứng với từng PTI.
HEC (13 bits): cung cấp việc phát hiện lỗi và có chức năng sửa lỗi cho mào
đầu.
Bảng 2.1: Các mã PTI
Mã PTI Mô tả
000 Phân đoạn dữ liệu ngƣời sử dụng, không kết thúc của một khung
001 Phân đoạn dữ liệu ngƣời sử dụng, không kết thúc của một khung
010 Đã đăng ký
011 Đã đăng ký
100 GEM OAM, không kết thúc của một khung
101 GEM OAM, không kết thúc của một khung
110 Đã đăng ký
111 Đã đăng ký
Mào đầu
GEM 5 bytes Phần tải GEM L bytes
PLI 12 bits Port ID 12 bits PTI 12 bits HEC 13 bits Khung GEM
2.3.3. Phân bổ băng tần động (DBA) trong GPON
Nếu theo phƣơng pháp thông thƣờng, không áp dụng phân chia băng thông động cho các th bao thì hiển nhiên băng thơng đƣợc chia đều cho các thuê bao. Tuy nhiên, nếu triển khai thực tế theo hƣớng ấy thì bài tốn về băng thơng không tối ƣu về hiệu năng sử dụng vì các thuê bao với các yêu cầu dịch vụ khác nhau cũng nhƣ yêu cầu băng thông cũng khác nhau cho các thời điểm. Theo chuẩn G.983.4 qui định, có hai loại phƣơng thức gán băng thông động cho BPON và GPON đó là OLT đóng vai trò chủ động và ONT đóng vai trò chủ động.
OLT đóng vai trò chủ động: OLT sẽ tiến hành việc giám sát nhu cầu sử dụng băng thông của ONT tại các thời điểm khác nhau.Dựa trên số cell ATM nhàn rỗi và khung GEM nhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC ở hƣớng lên. Với cách thực hiện nhƣ vậy, phƣơng thức này còn đƣợc biết với tên gọi điều chỉnh băng thông động theo hƣớng “điều chỉnh cell nhàn rỗi”. Ngồi ra nó cịn đƣợc gọi là điều chình băng thơng theo hƣớng báo cáo không trạng thái (NSR-Non-Status Reporting).
ONT đóng vai trò chủ động: ONT báo cáo trạng thái bộ đệm đến OLT. Do vậy nó đƣợc gọi là báo cáo trạng thái bộ đệm hay báo cáo trạng thái - SR (Status Reporting). Chỉ thị nhu cầu băng thông trong loại T-cont thì đƣợc truyền trong vùng overhead lớp vật lí cụ thể hơn là vùng báo cáo băng thơng động DBRu. OLT sử dụng thông tin báo cáo trạng thái để quyết định phân bổ băng thông phù hợp cho mỗi vị trí ID.
CHƢƠNG III: BÀI TỐN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ GPON
CHƢƠNG III: BÀI TỐN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CƠNG NGHỆGPON
Trong chƣơng này sẽ phân tích hai bài toán thiết kế mạng FTTH dựa trên công nghệ GPON. Trong đó bao gồm cả viê ̣c thiết kế dung lƣơ ̣ng mô ̣t OLT và xét đến khả năng tính khả thi triển khai cho thiết kế dƣ̣ đi ̣nh.
3.1. Tính khả năng phục vụ của một OLT
Trên thực tế, mỗi OLT gồm có nhiều card hƣớng xuống, mỗi card lại gồm nhiều Port, và mỗi một port sẽ kết nối với Splitter. Mặt khác, với mỗi kiến trúc (mà ở đây là kiến trúc dựa theo chuẩn ITU-T) thì tỉ lệ splitter cũng phải có một tỉ lệ nhất định.
Trong chuẩn G984.3 cho GPON qui định tỉ lệ này lớn nhất là 1:128 và khoảng cách lớn nhất từ OLT đến ONT là 20 km.
Hơn nữa, ở đây chúng ta cịn phải phân tích xem, chúng ta thiết kế để cung cấp dịch vụ gì, từ đó tính tốn băng thơng cần thiết cho mỗi thuê bao.
Nhƣ vâ ̣y, viê ̣c cần thiết ở đây là chúng ta phải đƣa ra đƣợc các loa ̣i di ̣ch vu ̣ cung cấp hoă ̣c các m ức băng thông có thể cung cấp . Tƣ̀ đó, sẽ tính tốn mỗi OLT có thể hỗ trơ ̣ tối đa bao nhiêu thuê bao cho mỗi loa ̣i di ̣ch vu ̣ , cần bao nhiêu splitter để cung cấp loại dịch đó với tỉ lệ chia mỗi splitter là bao nhiêu . Trong bài toá n 1 chỉ áp dụng tính tốn với 1 tầng splitter.
Trong mô hình này , mỗi OLT sẽ cung cấp đầy đủ loại dịch vụ nhƣ đã đƣợc thiết kế. Tuy nhiên, mỗi OLT sẽ cần bao nhiêu card cho loa ̣i di ̣ch vu ̣ đó tùy thuô ̣c vào số thuê bao của loa ̣ i di ̣ch vu ̣ đó nhiều hay ít và dĩ nhiên phải có card dự phòng cho những trƣờng hợp phát sinh thuê bao ngoài dƣ̣ kiến, đáp ƣ́ng tải cho mô ̣t card bất kì nào đó bi ̣ sƣ̣ cố. Trong hình vẽ dƣới đây, bài báo cáosẽ đi sâu phân tích về hƣớng thiết kế t hƣ̣c tế trƣớc khi tính toán nhƣ sau:
Bước 1:Xác đi ̣nh loại di ̣ch vụ cung cấp hoặc mức tốc độ cung cấp.
Viê ̣c đầu tiên là phải xác đi ̣nh rõ mô hình thiết kế để cung cấp cho loa ̣i hình di ̣ch vụ hoặc loại tốc độ nhƣ thế nào , sau đó sẽ tiến hành phân tích dung lƣợng phu ̣c vu ̣ của mỗi OLT.
Tuy nhiên, có thể thấy một vấn đế phát sinh xảy ra ở đây khi thử phân tích theo chiều hƣớng nhƣ sau: giả sử nhà cung cấp dịch vụ muốn cung cấp cho mỗi thuê bao tốc đô ̣ 10 Mbit/s ở hƣớng xuống, nhƣ vâ ̣y với tốc đô ̣ mô ̣t port hƣớng xuống là 2,5Gbit/s cung cấp đƣơ ̣c cho 250 thuê bao. Nhƣ vâ ̣y cần mô ̣t tỉ lệ chia splitter là 1:250. Điều này không phù hợp theo qui đi ̣nh tỉ lê ̣ chia lớn nhất cho GPON là 1:128.
Nhƣ vâ ̣y, viê ̣c xác đi ̣nh băng thông cho mỗi thuê bao không phải là tùy tiê ̣n mà dƣ̣a trên tốc đô ̣ hƣớng xuống và tỉ lê ̣ splitter mà chúng ta đi ̣nh dùng.
Tuy nhiên , nhà cung cấp dịch vụ vẫn có thể đƣa ra các vùng cung cấp dịch vụ khác nhau dƣ̣a trên tốc đô ̣ phân bổ cho mỗi thuê bao đáp ƣ́ng với nhu cầu thƣ̣c tế tƣ̀ng thời điểm, tƣ̀ng vùng miền, tùy vào mô hình triển khai và hƣớng mở rô ̣ng di ̣ch vu ̣.
Bước 2:Xác đi ̣nh số lượng card cung cấp cho mỗi loại hình di ̣ch vụ cho OLT
Theo nhƣ mong muốn ban đầu , mỗi OLT sẽ có nhiê ̣m vu ̣ cung cấp đủ loa ̣i hình dịch vụ nhƣ đã thiết kế. Và vì ở đây, bài tốn chỉ xét đến vấn đề gán băng thơng cố định cho mỗi thuê bao cho nên chúng ta phải phân đi ̣nh rõ số lƣợng card phụ trách cho mỗi loại dịch vụ trên OLT là bao nhiêu . Muốn phân bổ hơ ̣p lí thì phải hoàn toàn dƣ̣a vào phân tích nhu cầu của các loa ̣i thuê bao.
Trong bài toán thiết kế này , ta sẽ lấy ra mô ̣t số trƣờng hợp điển hình nhƣ sau đ ể thiết kế cho hê ̣ thống dƣ̣a vào bảng sau:
Tốc đô ̣ hƣớng xuống Tỉ lệ chia Tốc đô ̣ tối đa mỗi thuê bao
2,5 Gbit/s
1:128 19,125 Mbit/s
1:96 25,5 Mbit/s
1:64 38,25Mbit/s
1:32 76,5 Mbit/s
Bảng 3.1: Tỉ lệ chia và các mức tốc độ điển hình
Theo liên minh viễn thông quốc tế ITU -T, bô ̣ phâ ̣n FSAN (Full Service Access Network) thì băng thơng hƣớng xuống để cung cấp cho dịch vu ̣ triple-play cho mô ̣t thuê bao đơn lẻ là 73 Mbit/s. Bao gồm 3 kênh HDTV (3 x 20Mbit/s=60Mbit/s), truy câ ̣p Internet tốc đô ̣ cao (10Mbit/s), hô ̣i nghi ̣ truyền hình (2Mbit/s),các dịch vụ điều khiển từ xa (1 Mbit/s).
Dịch vụ ADSL2+ có tốc độ hƣớng xuống tối đa là 24 Mbit/s.
Nhƣ vâ ̣y, với tốc đô ̣ hƣớng xuốn g tối đa 2,5 Gbit/s và tỉ lê ̣ chia của Splitter , hoàn toàn có thể cung cấp đƣợc những nhu cầu dịch vụ cần thiết.
CHƢƠNG III: BÀI TỐN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ GPON
Bước 3:Xác đi ̣nh cách phân bớ OLT cung cấp
Hình 3.1: Sƣ̣ phân bố OLT
Trong bài toán này , chúng ta phân tích mơ ̣t mơ hình với ba OLT đảm nhận ba vùng vị trí khác nhau đảm bảo các điều kiện nhƣ sau:
Mô ̣t OLT sẽ đảm nhâ ̣n cung cấp di ̣ch vu ̣ cho hai vùng còn lại, nó sẽ không cung cấp di ̣ch vu ̣ cho vùng đi ̣a lí mà nó đang đƣ́ng.
Khoảng cách từ OLT vùng A đến ranh giới vùng và biên xa nhất của vùng B và C nằm trong khoảng không quá 20Km và tƣơng tƣ̣ cho các OLT ở vùng B và C. Nhƣ đã phân tích ở trên ,ở đây chúng ta sẽ để lạ i mô ̣t số card dƣ̣ phòng cho hai trƣờng hợp chính : mô ̣t trong nhƣ̃ng card đang phu ̣c vu ̣ bi ̣ sƣ̣ cố , không có khả năng phu ̣c vu ̣ và dành cho trƣờng hợp có thuê bao phát sinh ở vùng di ̣ch vu ̣ nào đó mà hê ̣ thống vẫn chƣa triển khai mở rô ̣ng ki ̣ p để đáp ƣ́ng . Với mong muốn thiết kế rằng , khi số lƣơ ̣ng thuê bao tăng lên , chúng ta cần phải tăng số lƣợng OLT phu ̣c vu ̣ và “hoàn trả” la ̣i số card dƣ̣ phòng đã “mƣợn ta ̣m” trên mỗi OLT để đáp ứng nhu cầu hài lòng trong cấp di ̣ch vu ̣ cho khách hàng.
Vì vậy trong bài tốn này, sẽ đƣa ra cơng thức tính tốn số th bao mà mỗi OLT có thể phục vụ dựa trên loại dịch vụ đó:
Thông số đầu vào
- Số Card cung cấp cho mỗi dịch vụ và số port trên mỗi card - Kiến trúc sử dụng(theo G984.3) cho GPON
- Tốc độ mỗi đƣờng hƣớng xuống - Tỉ lệ chia của splitter
Thông số đầu ra
- Số thuê bao phục vụ tối đa của OLT dƣ̣a trên loa ̣i di ̣ch vu ̣ (hoă ̣c băng thông) chọn lựa.
- Số Splitter cần sử dụng. Lý thuyết tính tốn
Qui ƣớc gọi các thơng số nhƣ sau:
- Số card: C
- Số port trên mỗi card hƣớng xuống: P
- Tốc độ mỗi đƣờng hƣớng xuống: T (Gb/s) - Băng thông cung cấp cho mỗi thuê bao: B (Mb/s)
- Tỉ lệ chia của splitter: 1: N
Dựa trên thông số đầu vào và yêu cầu về đầu ra ta sẽ tính tốn nhƣ sau:
- Số đƣờng hƣớng xuống: C x P = D đƣờng
- Số thuê bao phục vụ tối đa: C x P x N = X thuê bao
- Số splitter: X/N = S splitter
3.2. Tính tốn tính khả thi và mơ hình khuyến nghị với bộ khuếch đại
Trên thực tế, các nhà cung cấp dịch vụ vẫn áp dụng khoảng cách truyền dẫn tối đa cho mạng phân phối quang (từ OLT đến ONT) tối đa là 20 Km và tỉ lệ chia splitter nhƣ chuẩn qui định nhƣng hầu nhƣ khơng áp dụng một tầng phân chia splitter vì lí do lƣợng phân bố dân cƣ dùng FTTH hiện nay chƣa cao, nên không thể phân bố tập trung đƣợc. Thay vào đó, thƣờng là chia ra hai tầng splitter nhƣ hình minh họa dƣới đây để phân bố:
CHƢƠNG III: BÀI TỐN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ GPON
Hình 3.2: Mơ hình kiến trúc 2 tầng splitter
Nhƣ vậy, giả sử nhƣ chúng ta chọn tỉ lệ phân chia splitter là 1:64, thay vì chọn một tầng splitter (chỉ có một splitter 1:64) thì ở đây ta chọn phƣơng án dùng hai tầng splitter loại 1:16 và loại 1:4 để phân phối. Chính điều này nảy sinh một vấn đề mới trong thiết kế thực tế là suy hao của mạng phân phối sẽ tăng lên và có khả năng không triển khai đƣợc.
Nhƣ vậy, trong bài toán này ta sẽ chọn phƣơng án thiết kế 2 tầng splitter với các thơng số và tính tốn lý thuyết nhƣ sau:
Thơng số đầu vào
- Số tầng splitter
- Công suất phát hƣớng xuống: Pd(dBm) từ OLT - Công suất phát hƣớng lên: Pu (dBm) tƣ̀ ONT - Suy hao của splitter: As (dB)
- Suy hao của connector: Ac (dB) - Suy hao của sợi quang: Ao (dB/Km)
- Chiều dài ODN: L=20 Km
- Độ nhạy của ONT: Sont (dBm)
- Độ nhạy của OLT: Solt(dBm)
- Margin dƣ̣ phòng cho hê ̣ thống: Am (dB) Thông số đầu ra
- Công suất thu đƣợc tại ONT: Pont (dBm) - Công suất thu đƣơ ̣c ta ̣i OLT: Polt (dBm)
- Kết luận về tính khả thi: triển khai đƣợc hay không
OLT Splitter 1:4 Splitter 1:16 Splitter 1:16 Splitter 1:16 Splitter 1:16 ONT Đến 16 ONT tối đa 20 Km 1310 nm 1490 nm
- Nếu khơng, đƣa ra mơ hình khuyến nghị với bộ khuếch đại sau đầu phát với độ lợi G.
Lý thuyết tính tốn(mơ hình kết nới dƣ̣a trên hình 3.3)
Hình 3.3: Liên kết vâ ̣t lí tƣ̀ OLT đến ONT
Công suất nhận đƣợc ở ONT: Pont = Pd – As – Ac – Ao1 – Am (3.1) Công suất nhâ ̣n đƣợc ở OLT : Polt = Pu – As – Ac – Ao2– Am (3.2)
Trong đó :
Ac là tính tổng suy hao của các conector. Ở đây sẽ chọn 4 loại connector điển hình thƣờng đƣợc dùng trong thiết kế là : ST, MPO, FDDI, MTRJ. Suy hao của các loa ̣i sẽ đƣơ ̣c liê ̣t kê trong bảng bên dƣới:
Loại Connector Suy hao
ST 0,3 dB
MPO 0,35 dB
FDDI 0.5 dB
CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON
Ao1 = α1 x L (với α1 là hệ số suy hao của sợi quang ở hƣớng xuống)
Ao2 = α2 x L (với α2 là hệ số suy hao của sợi quang ở hƣớng lên)
Vì bƣớc sóng hƣớng xuống là 1490nm và bƣớc sóng hƣớng lên là 1310nm nên suy hao của của sợi quang ở hƣớng lên và hƣớng xuống cũng khác nhau.
Dƣ̣a vào ITU-T G.652 và đồ thị suy hao của sợi quang dƣới đây ta có suy hao của bƣớc sóng hƣớng xuống 1490nm là α1 = 0,35dB/Km; bƣớ c sóng hƣớng lên 1310nm có suy hao α2 = 0,5dB/Km.
Bảng 3.3: Tiêu chuẩn ITU-T G.652 về suy hao sơ ̣i quang
Hình 3.4: Các vùng suy hao của sợi quang
Ở đây, suy hao tổng cộng của mơ ̣tsplitter đƣợc tính theo cơng thức: 10log(N), mă ̣t khác còn có các loại suy hao khác nhƣ suy hao xen , suy hao vƣợt mức, suy hao do phản hồi, suy hao do phân cƣ̣c (PDL)…. Trong đó, hai loại suy hao ảnh hƣởng đáng kể nhất của splitter là suy hao xen và suy hao phân cực .
Tuy nhiên, để phù hợp với thực tế ở đây ta sẽ c họn thiết kế trên Splitter loại PLC của hãng LinkStar. Loại này thƣờng đƣợc ứng dụng trong FTT H nói chung và PON nói riêng.
Bảng 3.4: Thông số splitter PLC
Amlà suy hao dự phòng cho hệ thống (Margin) gồm có Margin cho sợi quang và
Margin cho thiết bi ̣. Ở đây ta chọn giá trị Am= 4dB dƣ̣a vào ITU-T G.709 (qui đi ̣nh các thông số cho ma ̣ng truyền tải quang).
Nếu công suất nhận đƣơ ̣c ở ONT hay OLT nhỏ hơn đô ̣ nha ̣y của thiết bi ̣ thì chúng ta không thể triển khai đƣơ ̣c , phải cần có bộ khuếch đại đặt sau hƣớng phát nhằm bù lại công suất bị thiếu. Ở đây có một vấn đề phát sinh là sẽ dùng bộ khuếch đại loại nào . Có hai loa ̣i bô ̣ khuếch đa ̣i đƣợc dùng nhiều nhất hiê ̣n nay là khuếch đa ̣i quang sợi (OFA- Optical Fiber Amplifier) và khuếch đại quang bán dẫn (SOA-Optical Semiconductor Amplifier).
Tuy nhiên, loại khuếch đại quang sợi có nhiều loại (tùy theo loại đất hiếm đƣợc pha bên trong vùng khuếch đa ̣i ) nhƣng mỗi loa ̣i la ̣i có vùng bƣớ c sóng khuếch đa ̣i qui đi ̣nh.
CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON
Loại OFA Vùng bƣớc sóng khuếch đại
EDFA
(Erbium-Doped Fiber Amplifier)
1530nm – 1565nm
PDFA
(Praseodymium-Doped FiberAmplifie)
1280nm – 1340nm
TDFA
(Thulium-Doped Fiber Amplifier)
1440nm -1520nm
NDFA
(Neodymium-Doped Fiber Amplifier)
900nm, 1065nm hoặc 1400nm
Bảng 3.5: Vùng bƣớc sóng khuếch đại của OFA
Nhƣ vâ ̣y, nếu dùng OFA để khuếch đa ̣i thì phải dùng loa ̣i TDFA cho hƣớng xuống (bƣớ c sóng 1490nm) và loại PDFA cho hƣớng lên (1310nm). Tuy nhiên, 2 loại này hầu nhƣ chƣa đƣơ ̣c dùng trong các hệ thống mạng truyền dẫn quang , chỉ có loại EDFA đƣợc chuẩn hóa và dùng rô ̣ng rãi ,nhƣng loa ̣i này không đáp ƣ́ng đƣợc cho bài toán thiết kế