CHƯƠNG IV: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG GPON VÀ CÁCH XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG FTTx GPON
4.4. Ứng dụng và hướng phát triển của mạng truy nhập quang
4.4.6. Tình hình triển khai GPON trong thực tế
Hiện nay hai công nghệ GPON và GEPON đang được triển khai đồng thời trên thế giới. Trong đó GPON chủ yếu được triển khai ở Châu Á, Châu Mỹ và Châu Âu.
Tại đây về cơ bản các nhà cung cấp dịch vụ FTTH sử dụng kiến trúc của GPON của ITU. Và đang tiến hành từng bước xây dựng các mạng quang thụ động G-PON, song song xây dựng các mạng truy nhập quang thụ động XG-PON, hướng đến xây dựng các mạng truy nhập quang thụ động 40G-PON trong tương lai gần.
a. Trên thế giới:
- Huawei là nhà cung cấp hàng đầu trong cả hai lĩnh vực cung cấp giải pháp GPON và sản xuất thiết bị Port, xếp sau là Alcatel-Lucent và ZTE.
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 70 - Châu Á-Thái Bình Dương vẫn là thị trường phát triển GPON sôi động tiếp đến là Châu Âu, Bắc Mỹ và Trung Đông, Châu Phi.
- Khu vực Châu Âu:
Các mạng 2,5 GPON hiện đã được các công ty viễn thông France Telecom và Deutsche Telekom xây dựng ở Tây Âu theo mô hình FTTH/GPON của ITU.
Hiện toàn Châu Âu có khoảng 5 triệu thuê bao FTTH/GPON. Phần lớn lượng thuê bao tập trung tại Tây Âu và Bắc Âu (như Thụy Điển, Thụy Sĩ, Pháp và Đan Mạch).
- Ấn Độ và Trung Đông
Ấn Độ: Hiện có 5 nhà cung cấp dịch vụ băng rộng chính tại Ấn Độ : BSNL, Bharti Airtel, MTNL, Hathway Cable, Tata Communications. Công nghệ truy nhập DSL vẫn là công nghệ truy nhập phổ biến ở Ấn Độ. Các thuê bao FTTH/FTTB/GPON mới chỉ có mặt tại một số thành phố lớn và có khoảng 60 nghìn thuê bao.
Các nhà triển khai GPON chính trong khu vực là Alcatel-Lucent, Huawei, ZTE và Etisalat từ Các tiểu Vương Quốc Ả Rập.
- Khu vực Bắc Mỹ :
Verizon, bắt đầu tiến hành triển khai mạng quang truy nhập quang thụ động FTTP/GPON tại Mỹ với tên FiOS vào năm 2007, hiện nay đã có mặt tại 18 bang trên toàn nước Mỹ, hỗ trợ tốc độ dữ liệu tối đa 150 Mbit/s hướng xuống và 35 Mbit/s hướng lên.
Dịch vụ qua mạng quang thụ động FiOS:
- FTTP hay FTTH bắt đầu cung cấp từ năm 2006.
- Verizon VoiceWing hay dịch vụ Thoại IP VoIP hay Verizon FiOS internet bắt đầu từ 31/03/2009.
- FiOS Video hay FiOS TV với hơn 500 kênh, 180 kênh ca nhạc, hơn 95 kênh truyền hình độ nét cao và hơn 10.000 video theo yêu cầu.
Thống kê tháng 08/2011 của Ủy ban truyền thông Liên bang Mỹ, mạng FiOS hiện có mặt trên 16,5 triệu gia đình Mỹ, có thêm 735.000 kết nối FiOS internet lên 4,8
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 71 triệu thuê bao internet FiOS và 701.000 kết nối FiOS Video lên 4,2 triệu thuê bao FiOS Video.
- Châu Á – Thái Bình Dương:
- Top 15 thị trường dịch vụ băng rộng cố định : Australia, Trung Quốc, Hong Kong, Ấn Độ, Indonesia, Nhật Bản, Malaysia, New Zealand, Pakistan, Philippines, Singapore, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan và Việt Nam.
- Theo như một báo cáo nghiên cứu thị trường dịch vụ băng rộng vào cuối năm 2011 : Khu vực Châu Á-Thái Bình Dương có khoảng 187 triệu thuê bao băng rộng cố định,
- DSL vẫn là công nghệ truy nhập dịch vụ băng rộng được sử dụng phổ biến nhất,
- Nhật Bản : là một trong các quốc gia thuộc khu vực Châu Á có tốc độ tăng trưởng dịch vụ băng rộng đạt mức hai con số hằng năm. Tính đến cuối năm 2009 đã có 31,7 triệu thuê bao.
Hiện Nhật Bản sử dụng chủ yếu là công nghệ FTTH/FTTB theo công nghệ truy nhập quang thụ động EPON, song cũng có sự quan tâm nghiên cứu thử nghiệm và triển khai GPON.
- Hàn Quốc : Năm 2007, Hanaro Telecom đưa vào triển khai giải pháp mạng truy nhập quang thụ động GPON – Alcatel-Lucent tại Hàn Quốc, hệ thống này hỗ trợ phân phối các dịch vụ băng rộng tiên tiến như IPTV, truyền hình độ nét cao HDTV, truyền hình theo yêu cầu VoD qua HanaTV, các dịch vụ Internet tốc độ cao và các dịch vụ truyền hình tương tác, khởi đầu hệ thống hỗ trợ được 110.000 thuê bao. Hiện các dịch vụ băng rộng FTTH/FTTB/GPON là dịch vụ chiếm thị phần chủ yếu tại Hàn Quốc, FTTH/GPON chiếm 70% số kết nối dịch vụ băng rộng
- Đài Loan : Chunghwa Telecom bắt đầu tiến hành triển khai FTTH/FTTB dựa trên công nghệ GPON vào năm 2007. Hiện nay dịch vụ băng rộng sử dụng FTTH/FTTB/GPON là dịch vụ chiếm thị phần lớn nhất Đài Loan chiếm 30% kết nối dịch vụ năm 2009,
- Trung Quốc : Các nhà cung cấp dịch vụ băng rộng lớn nhất hiện nay của Trung Quốc là China Mobile, China Telecom, China Unicom đã tiến hành hợp tác cùng với
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 72 các Công ty, Tập đoàn công nghệ là Huawei, ZTE, Alcatel-Lucent, Ericsson để triển khai GPON tại Trung Quốc. Các dịch vụ băng rộng truyền qua GPON đã có mặt tại Bắc Kinh, An Huy, Quảng Động, Thẩm Quyến,… Hiện nay Huawei và ZTE đã trở thành những nhà cung cấp giải pháp triển khai GPON hàng đầu thế giới. Nhưng các dịch vụ băng rộng tại Trung Quốc vẫn được truyền chủ yếu qua DSL với hơn 120 triệu thuê bao (2009) nhưng các dịch vụ FTTH/GPON cũng đang phát triển với tốc độ phát triển thuê bao vào khoảng 20-50% mỗi năm.
- Các khu vực khác như Nam Mỹ và Châu Phi :
- Khu vực Nam Mỹ : Hiện có Argentina, Chile là có những động thái quan tâm nghiên cứu và thử nghiệm GPON.
- Khu vực Châu Phi : Nước đầu tiên và duy nhất hiện nay đã triển khai GPON tại khu vực này là Kenya qua nhà cung cấp KDN với sự hỗ trợ từ ITU và Alcatel-Lucent.
b. Ở Việt Nam:
Tính đến cuối năm 2009, Việt Nam có khoảng 3 triệu thuê bao dịch vụ băng rộng với 3 nhà cung cấp dịch vụ internet lớn nhất là VNPT, Viettel và FPT. Dự kiến đến năm 2015 sẽ có khoảng 4 triệu thuê bao. DSL vẫn là công nghệ được sử dụng phổ biến tại Việt Nam.
Dịch vụ băng rộng dựa trên công nghệ truy nhập quang thụ động GPON bắt đầu được triển khai tại Việt Nam vào năm 2010, VNPT đã triển khai công nghệ GPON tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng thiết bị của hãng Huawei và Alcatel và hệ thống này có thể cung cấp được trên 140000 thuê bao FTTx. Hiện có 3 nhà cung cấp dịch vụ FTTH/GPON là Netnam, VNPT và CMC.
Cuối tháng 1-2010 công ty Cổ phần Hạ tầng Viễn thông CMC (CMC TI) đã lựa chọn Alcatel-Lucent (Euronext Paris và NYSE: ALU) để cung cấp giải pháp mạng quang thụ động gigabit (Gigabit Passive Optical Network - GPON) đầu tiên ở Việt Nam.
Các dịch vụ này hiện đã được triển khai tại hai trung tâm kinh tế lớn của đất nước là TP.Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và các tỉnh thành phố lớn trong toàn quốc.
Qua nghiên cứu tìm hiểu thực trạng triển khai công nghệ GPON có thể thấy công nghệ GPON hiện đang được triển khai khá phổ biến và sẽ trở thành xu hướng công
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 73 nghệ phát triển mạnh trong tương lai; là loại hình truy nhập băng rộng chủ yếu cung cấp các dịch vụ truy nhập băng rộng.
Công nghệ này hiện đã được các nhà cung cấp dịch vụ trong nước triển khai theo mô hình truy nhập FTTx để cung cấp các dịch vụ băng rộng với nhiều chủng loại thiết bị của nhiều hãng cung cấp thiết bị khác nhau
4.2. Cách xây dựng cấu trúc một mạng truy nhập FTTx GPON 4.2.1. Định hướng chung
- Xây dựng mạng truy nhập quang (FTTx), chuẩn bị tốt hạ tầng để sẵn sàng cung cấp các dịch vụ băng rộng, dịch vụ tốc độ cao.
- Mục tiêu cung cấp truy nhập tốc độ cao và độ ổn định cao cho khách hàng sử dụng các kết nối FE/GE và VDSL.
- Trong giai đoạn đầu tập trung triển khai cung cấp các kết nối quang đến các building (FTTB) và các tủ thiết bị đặt ngoài đường (FTTC) và các khách hàng có yêu cầu cụ thể.
- Dung lượng mạng truy nhập quang được xây dựng để đáp ứng nhu cầu các dịch vụ băng rộng của khách hàng trực tiếp qua sợi quang và dùng để giảm bớt khoảng cách cáp đồng đối với các thuê bao sử dụng kết nối VDSL.
4.2.2. Công thức tính toán dự báo thuê bao:
Dự báo thuê bao GPON cho mạng truy nhập của VNPT giai đoạn 2010-2015 như sau:
4.2.2.1. Số liệu đầu vào phục vụ dự báo thuê bao GPON (điền vào bảng số liệu đính kèm)
- Các thông số số lượng hiện thời: thuê bao ADSL, thuê bao SHDSL, thuê bao VDSL, số cổng Ethernet port sử dụng tại mỗi CES vào thời điểm hiện thời (năm 2010), thuê bao POTS
- Doanh thu trung bình các thuê bao ADSL hiện thời.
- Các thông số số lượng dự báo cho 2011 (nếu có): thuê bao ADSL, thuê bao SHDSL, thuê bao VDSL, số cổng Ethernet port (FE/GE) dự định sử dụng tại mỗi CES dự báo tới năm 2011 theo qui hoạch thiết kế mạng MAN-E của Tập đoàn.
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 74 - Vị trí, dung lượng, số lượng thuê bao SHDSL, VDSL, Ethernet FE/GE dự kiến triển khai theo qui hoạch của mạng MAN-E.
- Vị trí, dung lượng, số lượng các trạm Viễn thông trong vùng dịch vụ của CES dự kiến kết nối bằng GPON.
- Số liệu mạng cáp Viễn thông tại vùng dịch vụ của mỗi CES dự định triển khai mạng GPON: bản đồ địa lí, bản đồ phân bố cáp PSTN và ADSL, vị trí tủ cáp, số lượng và vùng kết nối dịch vụ cho mỗi tủ cáp.
- Các số liệu thống kê khác tại vùng dịch vụ: các khu Công nghiệp, tòa nhà Văn phòng, khu Đô thị, các khu qui hoạch xây dựng mới đến năm 2015.
4.2.2.2. Dự báo số lượng thuê bao GPON cho mỗi vùng dịch vụ GPON a) Dự báo số lượng thuê bao FTTx cho tỉnh/thành
Chèn bảng số liệu chia cho các tỉnh
b) Dự báo số lượng thuê bao FTTx cho từng CES
Số lượng thuê bao của từng CES phụ thuộc vào nhu cầu thực tế của từng vùng, các đơn vị có thể chủ động phân bổ dựa trên các thông tin về số lượng các loại hình thuê bao Maxi, Maxi+, Pro, Game …vv
Việc xác định thuê bao FTTx gồm:
- Thuê bao hiện hữu có doanh thu >= 450.000 đồng/1tháng
- Doanh nghiệp có từ 10 người trở lên (trừ những doanh nghiệp không có nhu cầu)
- Các văn phòng nước ngoài - Các sở ban ngành
- Các cơ quan nhà nước cấp huyện - Các cơ quan xã có tiềm năng - Các trường học, bệnh viện - Các đại lý viễn thông
c) Dự báo số lượng cho từng loại hình thuê bao FTTx
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 75 Việc xác định loại hình thuê bao FTTH/FTTB/FTTC phụ thuộc vào nhu cầu thực tế và do tính chất về dân cư của từng vùng. Việc tính toán này cũng để tự các đơn vị chủ động đề xuất nhưng có thể tham khảo theo các tiêu chí sau:
- Xác định thuê bao FTTH:
o Các thuê bao có doanh thu hàng tháng >1T o Các thuê bao sử dụng kết nối trực tiếp o Thuê bao loại Maxi+ trở lên
o Các văn phòng lớn, ngân hàng, cửa hàng game, khách sạn lớn, khu biệt thự, các công ty …vv
o Trong các khu nhà cao tầng cao cấp
o Những thuê bao tiềm năng trong tương lai như bệnh viện, trường học, các ban ngành …
- Xác định thuê bao FTTB:
o Chỉ triển khai ở các tòa nhà lớn, các khu căn hộ o Các thuê bao có doanh thu hàng tháng >450.000 o Thuê bao loại Extra trở lên
- Xác định thuê bao FTTC:
o Triển khai với các khu nhà đô thị, các khu công nghiệp o Các thuê bao có doanh thu hàng tháng >450.000
o Thuê bao loại Extra trở lên
4.2.2.3. Khả năng áp dụng đối với giải pháp GPON a. Thiết bị triển khai
Khách hàng sẽ kết nối thông qua mạng truy nhập quang với các thiết bị thụ động không cần nguồn để tách/ghép sợi quang nhằm tối ưu hóa việc sử dụng sợi quang.
b. Ưu điểm
- Băng thông rộng, thuận tiện cho việc cung cấp thêm các dịch vụ mới.
- Giảm bớt được lượng cáp kéo đến khách hàng.
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 76 - Lợi điểm khi triển khai tại các khu vực có mật độ thuê bao cao nhằm giảm bớt được giá thành đầu tư thiết bị
- Là công nghệ mà hiện nay các nhà khai thác trên thế giới đang hướng tới.
c. Nhược điểm
- Khoảng cách phục vụ có thể đáp ứng tối đa là 20km
- Mất thời gian vì phải đầu tư mới toàn bộ mạng truy nhập quang.
- Không phù hợp với những địa điểm mật độ thuê bao thấp vì lúc đó chi phí đầu tư sẽ rất lớn.
d. Áp dụng trong trường hợp
- Các khu vực có mật độ thuê bao cao.
- Chỉ triển khai tại các địa điểm là trung tâm thành phố, khu công nghiệp, khu chế xuất, khu công nghệ cao, khu kinh tế mở, đô thị đặc biệt, đô thị loại 1, đô thị loại 2.
Cấu trúc mạng GPON
Cấu trúc đấu nối tổng quát các thiết bị như sau:
Hình 4.1: cấu hình đấu nối tổng quát các thiết bị mạng truy nhập quang thụ động (GPON)
Thiết bị
OLT (Optical Line Terminal): thiết bị kết cuối cáp quang tích cực lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ thường được đặt tại các đài trạm.
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 77 ONT (Optical Network Terminal): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp cung cấp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH)
ONU (Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối với OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buiding hoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab)
Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động tín hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý. Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP). Bộ chia/ghép quang sẽ có 2 loại, một loại đặt tại các nhà trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại thứ 2 sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra được khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông.
FDC - Fiber Distribution Cabinet: Tủ phối quang
FDB - Fiber Distribution Box: Hộp phân phối quang loại nhỏ.
Giao diện của ONU/ONT:
- Giao diện uplink kết nối lên OLT sử dụng cổng GPON
- Giao diện downlink kết nối tới các thiết bị của khách hàng gồm các loại sau:
POTS (RJ11): cung cấp dịch vụ thoại VoIP dùng qua Softswitch (thực tế hiện nay VNPT chưa cung cấp dịch vụ kiểu này vì chưa có softswitch và trong khi tính toán băng thông cho mạng Man E cũng chưa tính cho dịch vụ trên.)
VDSL2: cung cấp kết nối VDSL băng thông cao khả năng tối đa lên 220Mbps, với yêu cầu khoảng cách cáp đồng không vượt quá 1500m.
FE/GE: cung cấp kết nối Ethernet tới khách hàng.
E1: cung cấp kết nối E1 tới các thiết bị mạng TDM hiện nay thay cho SDH.
Cấu trúc tổng thể mạng truy nhập FTTx (GPON) như sau:
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 78 Hình 4.2: Cấu trúc tổng thể mạng truy nhập quang thụ động (GPON) 4.3. Nguyên tắc xây dựng cấu trúc mạng truy nhập FTTx sử dụng giải pháp
GPON:
Lắp đặt các OLT tại các đài trạm và đấu nối uplink với thiết bị CES (thuộc mạng MAN E) sử dụng kết nối GE/10GE. Các OLT sẽ đặt cùng vị trí với CES.
Lắp đặt tối đa 2 cấp bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter). Việc lắp đặt bộ chia phải tính tới vấn đề suy hao để đảm bảo khi lắp thiết bị vào hệ thống hoạt động được theo đúng như tính toán.
Suy hao tối đa trong mạng quang thụ động không quá 28dB (tính từ OLT đến ONU/ONT). Suy hao quang phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đầu nối quang, đầu nối tích cực, đầu nối cơ khí, suy hao sợi quang, suy hao bộ chia quang vv… Ở đây chỉ xét 3 tham số liên quan đến suy hao đó là suy hao connector, suy hao sợi quang bao gồm cả các mối hàn và suy hao bộ chia quang.
Chú ý: Trong việc thiết kế, khi đặt 1 bộ chia nào đó vào hệ thống, cho dù chưa dùng hết cổng nhưng số lượng suy hao vẫn tính bằng giá trị suy hao tương ứng của thiết bị đó ví dụ như đối với bộ chia 1:64 là 20,5dB
Thông số suy hao liên quan đến bộ chia và sợi quang như sau:
Bảng 4.1: Suy hao connector quang
Loại connector SC SC/APC
Suy hao (dB) 0.3 0.3
Suy hao lớn nhất 0.5 0.5
Bảng 4.2: Suy hao bộ chia/ghép quang
Tỷ lệ 1:2 1:4 1:8 1:16 1:32 1:64