Tài liệu Nghiên cứu công nghệ gpon và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng tại viễn thông bắc ninh

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin cảm ơn tới khoa Đào tạo sau đại học – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và các thầy cô giảng dạy trực tiếp đã giúp đỡ, truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức bổ ích cho công việc thực tế của bản thân cũng như đúc kết kiến thức vào bản luận văn này. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Hữu Công – Phó Giám đốc Đại học Thái Nguyên, người thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các các anh, chị trong phòng Quản lý mạng và Dịch vụ - Viễn thông Bắc Ninh đã giúp đỡ về chuyên môn và tạo điều kiện về thời gian để tôi thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh/chị trong nhóm FTTx Ban Viễn thông - Tập đoàn BCVT Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các anh, chị và bạn bè thuộc lớp Cao học Kỹ thuật Điện tử khóa 13 đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và trong quá trình hoàn thiện luận văn. Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành luận văn, nhưng với thời gian và khả năng có hạn, nên luận văn không thể tránh khỏi còn những thiếu sót, hạn chế. Tôi rất mong được sự góp ý chân thành của thầy, cô và các bạn để bổ sung hoàn thiện trong quá trình nghiên cứu tiếp theo về vấn đề này. Xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng năm 2012 Nguyễn Mạnh Thắng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................1 MỤC LỤC................................................................................................................. 2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT................................................5 DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ..............................................................9 MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1 Chương 1................................................................................................................... 3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THU ĐỘNG (PON)........................................................................................................................ 3 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG....................................................................................3 1.2. KIẾN TRÚC MẠNG PON.............................................................................3 1.3. CÁC CÔNG NGHỆ PON...............................................................................5 1.3.1. Công nghệ APON/BPON.........................................................................5 1.3.2. Công nghệ EPON/GEPON.......................................................................6 1.3.3. Công nghệ GPON.....................................................................................6 1.3.4. Công nghệ WDM PON...........................................................................7 1.3.5. Nhận xét...................................................................................................7 1.4. KẾT LUẬN....................................................................................................8 Chương 2................................................................................................................. 10 CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT (GPON).10 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................10 2.2. KIẾN TRÚC GPON.....................................................................................10 2.2.1. Cấu trúc hệ thống GPON........................................................................10 2.2.2. Chức năng của các khối trong mạng GPON...........................................11 2.3. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ GPON...............................................................15 2.3.1. Các thông số kỹ thuật.............................................................................15 2.3.2. Khả năng cung cấp băng thông...............................................................16 2.3.3. Khả năng cung cấp dịch vụ....................................................................17 2.3.4. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh.......................................19 2.3.5. Lớp hội tụ truyền dẫn.............................................................................20 2.3.6. Cấu trúc khung GPON...........................................................................24 2.3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu................................................................28 2.3.8. Định cỡ và phân định băng thông động trong GPON.............................34 2.3.9. Bảo mật và mã hoá.................................................................................42 2.3.10. Một số vấn đề cần quan tâm khi tính toán thiết kế đối với mạng GPON ......................................................................................................................... 43 2.4. TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI GPON TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM ............................................................................................................................. 44 2.4.1. Tình hình triển khai GPON trên thế gới.................................................44 2.4.2. Tình hình triển khai GPON tại Việt Nam...............................................44 2.4.3. Các giải pháp của một số hãng điển hình...............................................45 2.5. KẾT LUẬN..................................................................................................46 Chương 3................................................................................................................. 48 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON CHO MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG TẠI VIỄN THÔNG BẮC NINH.............................................................................48 3.1. ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI GPON CỦA VNPT.....................................48 3.1.1. Định hướng phát triển các dịch vụ mới cho khách hàng.........................48 3.1.2. Định hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng của VNPT................50 3.1.3. Định hướng công nghệ cho mạng truy nhập của VNPT.........................52 3.2. DỰ BÁO NHU CẦU DỊCH VỤ BĂNG RỘNG VÀ PHÁT TRIỂN THUÊ BAO CỦA VIỄN THÔNG BẮC NINH TỚI NĂM 2016....................................54 3.2.1. Các bước dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao.......................54 3.2.2. Các phương pháp dự báo dịch vụ và thuê bao........................................56 3.2.3. Lựa chọn mô hình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao..........56 3.2.4. Dự báo nhu cầu phát triển dịch vụ và phát triển thuê bao của Viễn thông Bắc Ninh tới năm 2015....................................................................................58 3.3. HIỆN TRẠNG MẠNG BĂNG RỘNG CỦA VIỄN THÔNG BẮC NINH. .62 3.3.1. Mạng MAN-E........................................................................................62 3.3.2. Mạng truy nhập băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh............................63 3.3.3. Nhận xét chung.......................................................................................64 3.4. PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI GPON CHO VIỄN THÔNG BẮC NINH TỚI NĂM 2016 VÀ ĐỊNH HƯỚNG TỚI NĂM 2020...............................................65 3.4.1. Nguyên tắc triển khai.............................................................................65 3.4.2. Tính toán băng thông, lựa chọn thiết bị..................................................67 3.4.3. Lộ trình triển khai GPON của Viễn thông Bắc Ninh tới năm 2016........69 3.4.4. Định hướng triển khai GPON của Viễn thông Bắc Ninh tới năm 2020..72 3.5. KẾT LUẬN..................................................................................................72 KẾT LUẬN.............................................................................................................73 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO........................................74 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................75 PHỤ LỤC................................................................................................................ 77 Phụ lục A : Các phương pháp dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao.....77 Phụ lục B : Dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao của Viễn thông Bắc Ninh tới năm 2016...............................................................................................79 Phụ lục C: Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng Viễn thông Bắc Ninh.............91 Phụ lục D: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại Viễn thông Bắc Ninh..................................................................................................101 Phụ lục E: Kiến trúc các mặt phẳng C/M và mặt phẳng U................................104 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADSL Đường dây thuê bao số không AES Advanced Encryption Standar Chuẩn mã hoá tiên tiến Alen ATM (partition) lenght Chiều dài phần ATM Alloc-ID Allocation Identifier Bộ nhận dạng phân định AON Active Optical Network Mạng quang tích cực APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode BCH Bose-Chaudhuri-Hocquengham Mã BCH BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi BIP Bit Interleaved Parity Bit kiểm tra chẵn lẻ Blen Chiều dài bản đồ băng thông B-PON Broadband Passive Optical Mạng quang thụ động băng rộng BRAS Broadband Remote Access Server Server truy nhập băng rộng từ xa BW Bandwith Băng thông BWmap Bandwith map Chế độ truyền tải không đồng bộ Bản đồ băng thông CAT5 Phân loại 5 CATV Cable Television Truyền hình cáp CO Central Office Trung tâm truy nhập CES Carrier Ethernet Switch Bộ chuyển mạch mang lưu lượng Ethernet CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư DBA Dynamic Bandwith Assigment Phân định băng thông động DBR Deterministic Bit Rate Tốc độ bit danh định DBRu Dynamic Bandwith Report Báo cáo băng thông động luồng lên DRR Deficit round - robin Quay vòng không đầy đủ DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số DSLAM Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số DSL EPON Ethernet Passive Optical Mạng quang thụ động Ethernet Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt FCS Frame Check Sequence Dãy bit kiểm tra khung FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FTTB Fiber to the Building FTTC Fiber to the Curb Cáp quang nối đến cụm dân cư FTTH Fiber to the Home Cáp quang nối đến nhà thuê bao FTTN Fiber to the Node Cáp quang nối đến các điểm nút GEM G-PON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON GPM G-PON Physical Media Môi trường vật lý GPON GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit GTC G-PON Transmission Hội tụ truyền dẫn GPON HDSL Hight bit rate DSL Đường dây thuê bao số tốc độ cao HDTV Hight Difinition Television Truyền hình phân giải cao HEC Header Error Control Điều khiển lỗi mào đầu IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ thuật điện và điện tử IPTV IP Television Truyền hình IP Mạng cục International Telecommunication Liên minh viễn thông quốc tế bộ ITU Union MANLoc Metro Area Network Mạng đô thị MANE MAN Ethernet Mạng đô thị công nghệ Ethernet MSAN Multi Service Access Node Nút truy cập đa dịch vụ OAM Operation Administration Vận hành, quản lý, bảo dưỡng ODN Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal OMCI ONU Management and Control Giao diện quản lý và điều khiển ONU ONT Optical Network Termination ONU Thiết bị đầu cuối quang người Thiết bị kết cuối đường quang Thiết bị kết cuối mạng quang ONU-ID ONU Identifier Nhận dạng ONU PCBd Physical Control Block Khối điều khiển vật lý hướng xuống PDU Protocol Data Units Đơn vị số liệu giao thức Plend Payload Length downstream Chiều dài tải hướng xuống Viết tắt PLI Tiếng Anh Payload Length Indicator Tiếng Việt Chị thị chiều dài tải PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM PLOAMd PLOAM downstream PLOAM hướng xuống PLOAMu PLOAM upstream PLOAM hướng lên PLOu Physical Layer Overhead PLSu Power Levelling Sequence Điều khiển công suất hướng lên PMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động Port-ID Port Identifier Nhận dạng cổng PTI Payload Type Indicator Chỉ thị loại tải QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RTD Round Trip Delay Trễ khứ hồi SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SDTV Standard Definition Television Truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn STM Synchrounous Transport Mode Chế độ truyền tải đồng bộ TC Transmission Convergence T-CONT Transmission Container Hội tụ truyền dẫn Khối truyền dẫn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian VC Virtual Channel Kênh ảo VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo VDSL Very High Bit DSL Đường dây thuê bao số tốc độ rất cao VLAN Virtual LAN Mạng LAN ảo VoD Video On Demand Video theo yêu cầu VPI Nhận dạng đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Băng thông của các dịch vụ.....................................................................48 Bảng 3.2. Phân loại đối tượng khách hàng..............................................................49 Bảng 3.3. Thuê bao điện thoại cố định, băng rộng tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2006 – 2010......................................................................................................................... 60 Bảng 3.4. Thống kê số thuê bao cố định, băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh giai đoạn 2006 -2010......................................................................................................60 Bảng 3.5. Dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao của Viễn thông Bắc Ninh đến năm 2015..........................................................................................................61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Mô hình mạng quang thụ động..................................................................4 Hình 1.2. Các kiểu kiến trúc của PON.......................................................................5 Hình 2.1. Kiến trúc mạng GPON.............................................................................10 Hình 2.2. Các khối chức năng của OLT..................................................................11 Hình 2.3. Các khối chức năng của ONU.................................................................12 Hình 2.4. Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2.....................................13 Hình 2.5. Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao...............................................14 Hình 2.7. Mô hình TDMA GPON hình cây.............................................................19 Hình 2.8. Ngăn xếp giao thức của GTC...................................................................21 Hình 2.9. Khái niệm điều khiển truy nhập môi trường............................................23 Hình 2.10. Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên.............................24 Hình 2.11. Cấu trúc khung đường xuống.................................................................25 Hình 2.12. Các trường thông tin trong khung đường xuống....................................25 Hình 2.13. Cấu trúc khung đường lên......................................................................26 Hình 2.14. Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên...........................27 Hình 2.15. Cấu trúc khung và mào đầu GEM..........................................................28 Hình 2.16. Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM......................................30 Hình 2.17. Một số trường hợp phân mảnh...............................................................31 Hình 2.18. Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC.....................................32 Hình 2.19. Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM...................................33 Hình 2.20. TDM ánh xạ qua GEM..........................................................................34 Hình 2.21. Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM..................................34 Hình 2.22. Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON..............................35 Hình 2.23. Cửa sổ định cỡ.......................................................................................36 Hình 2.24. Thủ tục định cỡ pha 1............................................................................37 Hình 2.25: Thủ tục định cỡ pha 2............................................................................37 Hình 2.26. Phân định băng thông động....................................................................38 Hình 2.27. Nguyên lý của hàng đợi công bằng........................................................39 Hình 2.28. DRR sử dụng thông báo nhiều hàng đợi................................................42 Hình 3.1. Các giải pháp cung cấp FTTx..................................................................50 Hình 3.2. Quy trình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao.........................54 Hình 3.3. Mô hình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao..........................57 Hình 3.4. Hiện trạng cấu hình mạng MAN-E Viễn thông Bắc Ninh.......................63 Hình 3.5. Mô hình đấu nối hiện tại các trạm băng rộng Viễn thông Bắc Ninh........64 -1- MỞ ĐẦU Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, trong đó thông tin là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã hội. Do đó, nhu cầu truyền thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện trong đời sống kinh tế – xã hội của từng quốc gia cũng như kết nối toàn cầu. Để đáp ứng được vai trò động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội, trong đó mạng truy nhập đóng vai trò rất quan trọng trong việc đưa các dịch vụ tốc độ cao, băng thông rộng đến người sử dụng. Để đáp ứng nhu cầu đó, các nhà khoa học, các tổ chức viễn thông quốc tế, các hãng cung cấp thiết bị, các nhà khai thác,… đã và đang nghiên cứu phát triển và áp dụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện để phát triển mạng viễn thông. Trong đó, công nghệ PON (Passive Optical Network) nói chung và GPON (Gigabit Passive Optical Network) nói riêng là một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề băng thông trong mạng truy nhập, cho phép triển khai các dịch vụ băng rộng/tốc độ cao và các dịch vụ có tính tương tác. Hiện tại, ở nước ta mạng truy nhập cáp đồng truyền thống vẫn còn khá lớn, không thể đáp ứng được các yêu cầu trên của xã hội mà hầu như chỉ đáp ứng được dịch vụ thoại và các dịch vụ số liệu tốc độ thấp. Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông của nước ta hiện nay, trong đó có Tập đoàn VNPT nói chung và Viễn thông Bắc Ninh nói riêng, đã và đang nghiên cứu lựa chọn các giải pháp công nghệ xây dựng mạng truy nhập có băng thông rộng, trong đó công nghệ PON nói chung và GPON nói riêng là một xu hướng có tính khả thi cao, để đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội. Chính vì vậy, việc nghiên cứu giải pháp công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập để phát triển mạng viễn thông của Viễn thông Bắc Ninh để đảm bảo được tính kinh tế – kỹ thuật và đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin hiện tại và trong tương lai của Bắc Ninh là một vấn đề cấp thiết. -2- Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, em đã quyết định chọn đề tài: "Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh" làm luận văn Thạc sỹ kỹ thuật. Luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng truy nhập quang thụ động (PON) Chương 2: Công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Gigabit (GPON) Chương 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại Viễn thông Bắc Ninh -3- Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THU ĐỘNG (PON) 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng rộng ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng dịch vụ. Đứng trước tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp ứng những đòi hỏi về băng thông như DSL hay cáp modem. Tuy nhiên, cả DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập. Trong bối cảnh đó, công nghệ truy nhập quang thụ động PON (Passive Optical Network) được cho là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng. Người ta trông đợi PON sẽ giải quyết được các vấn đề tắc nghẽn băng thông của mạng truy nhập trong kiến trúc mạng viễn thông, giữa một bên là các nhà cung cấp dịch vụ, các điểm kết cuối, các điểm truy nhập và một bên là các công ty được cung cấp dịch vụ, hay một khu vực tập trung các thuê bao. Trong các khuyến nghị về mạng và các hệ thống truyền dẫn, ITU-T đã đưa các định nghĩa và kiến trúc làm cơ sở cho việc xây dựng mạng quang thụ động. Một cách ngắn gọn, PON có thể được định nghĩa như sau: “PON là một mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết bị quang điện tử”. Như vậy với khái niệm này, mạng PON sẽ không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện - quang. Thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc,... Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như: không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực. 1.2. KIẾN TRÚC MẠNG PON Mô hình mạng quang thụ động PON như trong Hình 1.1 -4- Hình 1.1. Mô hình mạng quang thụ động Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT và các ONU đều nằm ở đầu cuối của PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang. PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổ biến. PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng cho các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các khu trường sở,... Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao. Có một số cấu hình kết nối điểm - đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus như trong Hình 1.2 -5- Hình 1.2. Các kiểu kiến trúc của PON Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khai theo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên. Ngoài ra, PON còn có thể thu gọn lại thành các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây. Tất cả các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU. OLT nằm ở CO (Center Office) và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), là những mạng đường trục. ONU nằm tại vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC). Trong các cấu hình trên, cấu hình hình cây 1:N như Hình 1.2 (a), hay cấu hình cây và phân nhánh Hình 1.2 (b) được sử dụng phổ biến nhất. Đây là những cấu hình rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như những đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông. 1.3. CÁC CÔNG NGHỆ PON 1.3.1. CÔNG NGHỆ APON/BPON Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN (Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho mạng truy nhập băng rộng và FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của ATM. Hệ thống này được gọi là -6- APON (viết tắt của ATM PON). Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON với ý diễn đạt PON băng rộng. Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng, .v.v. Năm 1997 nhóm FSAN đưa các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính thức. Từ đó, các tiêu chuẩn ITU G.983.x cho mạng BPON lần lượt được thông qua. Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps. Các hệ thống BPON đã được sử dụng ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu. 1.3.2. CÔNG NGHỆ EPON/GEPON Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile (EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập vùng, hướng tới các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn giữ các tính chất của Ethernet truyền thống. Ethernet PON (EPON) được bắt đầu nghiên cứu trong thời gian gian này. EPON là mạng PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3. 1.3.3. CÔNG NGHỆ GPON Từ năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng Gigabit PON (GPON) bao gồm G.984.1, G.984.2, G.984.3 và G.984.4. Chuẩn GPON hiện nay được định nghĩa dựa trên các giao thức cơ bản của chuẩn SONET/SDH ITU. Các giao thức của nó khá đơn giản và đòi hỏi rất ít thủ tục. Chính vì thế mà hiệu suất băng thông của GPON đạt tới trên 90%. GPON có các ưu điểm như: Cung cấp dịch vụ bộ ba: hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu và hình ảnh truyền theo định dạng gốc của nó. Rất nhiều các dịch vụ Ethernet như QoS, VLAN, pVLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) và RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) cũng được hỗ trợ. Hiệu suất và tốc độ đường truyền cao nhất: tốc độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng lên tới 2,5/2,5 Gbit/s và là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH và FTTB. -7- Hiện nay cũng như trong tương lai GPON là công nghệ phù hợp cho việc truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ thoại và hình ảnh qua PON bằng việc sử dụng giao thức SONET/SDH 1.3.4. CÔNG NGHỆ WDM PON Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON) là thế hệ kế tiếp của mạng truy nhập quang và cho băng thông lớn nhất. TDM PON (bao gồm BPON, GPON và GEPON) sử dụng các bộ chia công suất quang thụ động, hướng xuống là quảng bá và ONU nhận dữ liệu của mình thông qua nhãn địa chỉ nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh trong miền thời gian. WDM PON sử dụng các bộ ghép sóng WDM thụ động, hướng xuống mỗi ONU nhận dữ liệu trên một bước sóng, hướng lên các bước sóng khác nhau được ghép thông qua bộ ghép sóng WDM tới OLT. Do sử dụng một bước sóng cho mỗi ONU nên WDM PON có tính bảo mật và tính mềm dẻo tốt hơn. Công nghệ WDM PON sẽ là sự lựa chọn của tương lai và là bước phát triển kế tiếp cho các công nghệ mạng truy nhập quang PON. 1.3.5. NHẬN XÉT Hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu khác như GPON hay EPON. Trong khi, EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại cho phép đạt tới tốc độ 2,448 Gbit/s. EPON tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định các thủ tục truyền thông vì vậy nó chỉ đạt hiệu suất từ 50% ÷ 70%, băng thông của EPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps. Trong khi đó, GPON có thể đạt tới hiệu suất mạng 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ rộng băng tần được sử dụng cho việc quy định các thủ tục của giao thức truyền thông. GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2.300 Mbps, độ rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ. Đã được chuẩn hoá theo ITU–T G.984, GPON cho phép cung cấp đường -8- truyền với các định dạng gốc như IP và TDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sử dụng cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho các doanh nghiệp. Độ rộng băng GPON có thể đáp ứng cho truyền dữ liệu Internet, nhiều dòng IPTV đồng thời (Internet Protocol Television) và có thể hỗ trợ truyền thông cả SDTV (Standard Definition Television) và HDTV (High Definition TeleVision), GPON đã thực sự được đánh giá là kinh tế hơn EPON. Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN : lớp A và lớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn. Lớp C cho phép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng cuối, đạt tới 64 thậm chí 128 ONU/ONT. Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đối xứng 1,25/1,25 Gbps. ITU- T G.984.2 GPON GPM linh hoạt và biến đổi được nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép 155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps. Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường truy nhập, bao gồm các ứng dụng FTTH và FTTB/FTTC. Trong khi GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầu thực tế, EPON không thực hiện được điều này. Mặc dù đây không là một vấn đề lớn về chi phí đối với kết nối tốc độ cao, tuy nhiên để hỗ trợ 1,25 Gbps hướng lên, đòi hỏi phải cung cấp laser DFP ở đầu cuối và điôt quang thác APD đắt tại trung tâm mạng quang CO. Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPON trong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết hỗ trợ cho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật. Đây là những điều kiện cần thiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn. 1.4. KẾT LUẬN PON là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch vụ băng rộng (thoại, dữ liệu, video) giữa các khối kết cuối đường dây ở xa (OLT) và kết cuối mạng (ONU). Một mạng PON hỗ trợ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus, hoặc ring, do đó giúp cho việc linh hoạt trong vấn đề tổ chức mạng. -9- Các hệ thống PON đang được triển khai trên thế giới gồm: APON/BPON, GPON và EPON. Trong đó APON/BPON là những hệ thống được nghiên cứu và triển khai từ giữa những năm 90 của thế kỷ 20, đây là các hệ thống truy nhập quang băng rộng hỗ trợ chỉ cho lưu lượng ATM. Thế hệ kế tiếp của APON/BPON là GPON với việc cải thiện hơn về tốc độ, hỗ trợ nhiều tốc độ khác nhau cho cả đường lên và đường xuống, đặc biệt là hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP. GPON được chuẩn hoá bởi ITU-T với chuẩn G.984. Được nghiên cứu muộn hơn, từ năm 2001, hệ thống EPON cũng đã được triển khai khá phổ biến tại một số nước trên thế giới. EPON được xây dựng trên cơ sở công nghệ Ethernet, EPON chỉ hỗ trợ truyền dẫn đối xứng. Hiện nay GPON đã được triển khai rộng rãi tại một số nước, GPON cũng đã được lựa chọn để thay thế cho các mạng truy nhập của nhiều nước trên thế giới. Với những đặc điểm kỹ thuật công nghệ mềm dẻo hỗ trợ nhiều lựa chọn cho tốc độ truy nhập, đồng thời hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tích hợp với chất lượng cao, GPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ của mạng truy nhập thế hệ mới. - 10 - Chương 2 CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT (GPON) 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG GPON (Gigabit Passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984. GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Gbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Gbit/s thậm chí tới 2,448 Gbit/s của băng thông luồng lên. Phương thức đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép nâng cao chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ TDM và Ethernet, điều đó cho phép GPON hỗ trợ nhiều loại dịch vụ với chi phí thấp cũng như khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị. 2.2. KIẾN TRÚC GPON 2.2.1. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPON Hình 2.1. mô tả cấu hình hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một bộ chia quang và các sợi quang. Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia quang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối tới ONU. Hình 2.1. Kiến trúc mạng GPON