Luận văn tôt nghiệp – Nguyễn Quang Huy
Mục lục
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................................................i
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP..................................................2
1.1 Sự ra đời............................................................................................................2
1.2 Khái niệm..........................................................................................................2
1.3 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập...........................................4
1.4 Các công nghệ truy nhập..................................................................................5
1.4.1 Phân loại......................................................................................................5
1.4.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập..............................................6
1.4 Kết luận chương.................................................................................................9
CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON.......................10
2.1 Mạng thụ động PON........................................................................................10
2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động................................................................10
2.1.2 Đặc điểm chính của hệ thống......................................................................10
2.1.3 Kiến trúc mạng quang thụ động PON.........................................................11
2.1.5So sánh mạng PON và AON........................................................................14
2.1.6 Các chuẩn mạng PON.................................................................................17
2.1.7 Ưu, nhược điểm mạng PON........................................................................23
2.2 Giới thiệu công nghệ GPON............................................................................23
2.3 Kiến trúc mạng GPON....................................................................................24
2.3.1 Kết cuối đường quang OLT........................................................................24
2.3.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT.............................................................25
2.3.3 Mạng phân phối quang ODN......................................................................26
2.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật...................................................................................27
2.4.1 Tốc độ bit....................................................................................................27
2.4.2 Khoảng cách...............................................................................................28
2.4.3 Tỉ lệ chia.....................................................................................................28
2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON...........28
2.5.1 Kỹ thuật truy nhập......................................................................................28
2.5.2 Phương thức ghép kênh...............................................................................29
2.6 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON...................................................30
2.6.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD......................................................30
2.6.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC.........................................................................31
2.6.3 Cấu trúc khung GTC...................................................................................35
Luận văn tôt nghiệp – Nguyễn Quang Huy
Mục lục
2.7 Phương thức đóng gói dữ liệu.........................................................................36
2.7.1 Cấu trúc tế bào ATM..................................................................................36
2.7.2 Cấu trúc khung GEM.................................................................................38
2.8 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động....................................................39
2.8.1 Chuyển mạch bảo vệ...................................................................................39
2.8.2 Bảo mật trong GPON..................................................................................40
2.9 Kết luận chương...............................................................................................40
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA
TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM........................................................................41
3.1 Giới thiệu phần mềm OptiSystem..................................................................41
3.1.1 Giới thiệu chung..........................................................................................41
3.1.2 Các ứng dụng của phần mềm OptiSystem...................................................41
3.1.3 Các đặc điểm chính của phần mềm OptiSystem.........................................42
3.2 Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON...................................................44
3.2.1 Các thông số thiết lập mạng GPON............................................................44
3.2.2 Sơ đồ hệ thống mạng GPON.......................................................................47
3.3 Phân tích mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem..........48
3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang.............................................48
3.3.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang........................................52
3.4 Kết luận chương...............................................................................................62
KẾT LUẬN................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................64
Luận văn tốt nghiệp
Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống...............................................2
Hình 1.2: Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T.....................................3
Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập.................................................4
Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON..........................................11
Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON........................................................................12
Hình 2.3: Bộ chia công suất quang..............................................................................13
Hình 2.4: Cấu trúc của WDM-PON.............................................................................22
Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT....................................................................24
Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU......................................................................25
Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao...................................................26
Hình 2.8: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây..........................................................28
Hình 2.9: Cấu trúc phân lớp mạng GPON...................................................................30
Hình 2.10: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC.............................................................32
Hình 2.11: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC.............................................33
Hình 2.12: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC..........................35
Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên GTC.................................................................35
Hình 2.14: Cấu trúc tế bào ATM.................................................................................36
Hình 2.15: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI (a) và NNI (b).............................37
Hình 2.16: Cấu trúc khung và mào đầu GEM..............................................................38
Hình 3.1: Giao diện người sử dụng của OptiSystem....................................................41
Hình 3.2: Thiết lập các thông số cho đường xuống......................................................45
Hình 3.3: Thiết lập các thông số cho đường lên...........................................................46
Hình 3.4: Thiết lập các thông số toàn mạng.................................................................46
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON.......................................................47
Hình 3.6: Cấu trúc khối ONU......................................................................................48
Hình 3.7: Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất..................49
Hình 3.8: Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER............................51
Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ.............................................................................51
Hình 3.10: Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát = 1dBm..................................53
Hình 3.11: Công suất đo tại đầu vào của ONU 1 khi Pphát = 1dBm...........................53
Hình 3.12: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1.......................................53
Luận văn tốt nghiệp
Danh mục hình vẽ
Hình 3.13: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1...............................54
Hình 3.14: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1........................................54
Hình 3.15: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1................55
Hình 3.16: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2 với L = 10km.................55
Hình 3.17: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2...............................56
Hình 3.18: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2........................................56
Hình 3.19: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2................57
Hình 3.20: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3 với bộ chia 1:16.............57
Hình 3.21: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3...............................58
Hình 3.22: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3........................................58
Hình 3.23: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3................59
Hình 3.24: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 với bộ chia 1:16..................59
Hình 3.25: Công suất đo được tại đầu ra của bộ OLT khi Pphát = 5dBm....................60
Hình 3.26: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 khi Pphát = 5dBm..............60
Hình 3.27: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4 với Pphát = 5dBm..........60
Hình 3.28: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4...............................61
Hình 3.29: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4........................................61
Hình 3.30: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4................62
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến.................................................................6
Bảng 1.2: Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập.................................................7
Bảng 1.3: So sánh về giá thành các công nghệ..............................................................8
Bảng 2.1: Bảng so sánh AON và PON về băng thông.................................................15
Bảng 2.2: Bảng so sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng..........................16
Bảng 2.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON.................................................19
Luận văn tốt nghiệp
Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
Nghĩa tiếng anh
Nghĩa tiếng việt
CATV
CDMA
CO
DTV
DBA
Asymmetric Digital Subscriber
Line
ATM-Based Passive Optical
Network
Asynchronous Tranfer Mode
Bit Error Rate (The ITU-T uses Bit
Error Ratio)
Broadband Passive Optical
Network
Cable Television
Code Division Multiple Access
Central Office
Definition Television
Dynamic Bandwidth Alocation
EPON
Ethernet PON
FEC
FO
FSAN
FTTB
FTTC
FTTCa
b
FTTN
FTTO
FTTP
Forward Error Correction
FiberOptic
Full Service Access Network
Fiber To The Building
Fiber To The Curb
Truyền hình cáp
Đa truy nhập phân chia theo mã
Tổng đài trung tâm
Truyền hình kỹ thuật số
Cấp phát băng thông động
Mạng quang thụ động chuẩn
Ethernet
Sửa lỗi trước
Sợi quang
Mạng truy nhập dịch vụ đầy đủ
Cáp quang đến tòa nhà
Cáp quang đến cụm dân cư
FibertotheCabinet
Cáp quang kéo tới tủ
FTTH
GEM
GPON
HDTV
Fiber To The Node
Fiber To The Office
FibertothePremises
Fibertothex, where x = (H)ome,
(C)urb, (B)uilding, (P)remesis,
etc.
Fiber To The Home
GPON Encapsulation Method
Gigabit Passive Optical Network
HighDefinition Television
HFC
Hybrid Fiber Coaxial
IPTV
ISDN
ISP
Internet Protocol Television
Integrated Services DigitaNetwork
Internet Service Provider
International Telecommunication
Union
Local Area Network
Cáp quang đến các node
Cáp quang đến văn phòng
Cáp quang kéo tới khách hàng
Cáp quang kéo tới x, trong đó x có
thể là Home, Curb, Building,
Premises…
Cáp quang đến tận nhà
Phương thức đóng gói GPON
Mạng quang thụ động Gigabit
TV độ nét cao
Mạng lai giữa cáp đồng và cáp
quang
Truyền hình Internet
Mạng dịch vụ số tích hợp
Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ADSL
APON
ATM
BER
BPON
FTTx
ITU
LAN
Đường dây thuê bao bất đối xứng
Mạng quang thụ động dùng
ATM
Chế độ truyền tải không đồng bộ
Tỉ lệ lỗi bít
Mạng quang thụ động băng rộng
Liên minh viễn thông quốc tế
Mạng máy tính cục bộ
Luận văn tốt nghiệp
MAC
MAN
OAM
ODF
ODN
OLT
OMCI
ONT
ONU
P2P
PDU
PLOA
M
PMD
PON
QoS
SDH
SNR
SONE
T
Media Access Control
Metropolitan Area Network
Operations Administration and
Maintenance
Optical Distribution Frame
Optical Distribution Network
Optical Line Terminal/Termination
ONT Management Control
Interface
Optical Network
Terminal/Termination
Optical Network Unit
Point-to-Point
Protocol Data Unit
Physical Layer Operations and
Maintenance
Polarization Mode Dispersion
Passive Optical Network
Quality of Service
Synchronous Digital Hierarchy
Signal-to-Noise Ratio
Điều khiển truy nhập
Mạng đô thị
Synchronous Optical Network
Mạng quang đồng bộ
TDM
TimeDivision Multiplexing
TDMA
Time Division Multiplex Access
UNI
User Network Interface
Very High Bit Rate Digital
Subscriber Line
Video On Demand
Voice over Internet Protocol
Wave Division Multiplexing
VDSL
VoD
VoIP
WDM
Thuật ngữ viết tắt
Khai thác quản lí và bảo dưỡng
Hộp phân phối quang
Mạng phân phối quang
Thiết bị đầu cuối đường dây quang
Giao diện điều khiển quản lý thiết bị
đầu cuối mạng
Thiết bị đầu cuối mạng
Thiết bị mạng quang
Điểm tới điểm
Đơn vị dữ liệu giao thức
Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật
lý
Tán sắc mode phân cực
Mạng quang thụ động
Chất lượng dịch vụ
Phân cấp đồng bộ số
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Giao diện người sử dụng mạng
Đường dây thuê bao số tốc độ rất
cao
Video theo yêu cầu
Thoại qua giao thức Internet
Ghép kênh phân chia theo bước sóng
Luận Văn tốt nghiệp
Lời mở đầu
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu vực kinh tế, các tổ chức xã hội đã
tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh
và dữ liệu.Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và
phát triển với tốc độ nhanh chóng như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, các
dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ gia tăng
tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu đang ngày càng tăng. Sự phát triển của các loại hình
dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông
rộng, tốc độ truy nhập cao. Vậy nên mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan
trọng để giải quyết các vấn đề trên. Trong đó, mạng truy nhập quang thụ động GPON
(Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy
nhập để làm giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn mạng. Mạng GPON là mạng điểm đến đa
điểm mà không cần có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến
đích, cơ bản thì nó bao gồm sợi quang, và các thiết bị thụ động. Điều này làm tiết kiệm
chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng
quang.
Những năm gần đây Việt Nam cũng đã triển khai mạng truy nhập quang thụ
động GPON đang có nhiều ưu thế. Công nghệ GPON hiện nay là một trong những
công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho việc triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước
trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp
thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng.
Xuất phát từ vị trí, vai trò của mạng truy nhập quang và các công nghệ truy
nhập quang trong sự phát triển chung của hệ thống mạng viễn thông và mong muốn
tìm hiểu mô hình hệ thống GPON nên em đã chọn đề tài “Phân tích và thiết kế mạng
truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng OptiSystem.” làm đề tài luận văn tốt
nghiệp của mình. Ngoài phần lời mở đầu, nội dung luận văn được chia thành ba
chương cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quang mạng truy nhập .
Chương này trình bày khái niệm mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truy
nhập quang. Những ưu điểm vượt trội của mạng truy nhập.
Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON.
Chương này trình bày kiến trúc mạng quang thụ động PON. Và tìm hiểu sâu
hơn về công nghệ GPON như các tiêu chuẩn kỹ thuật, kỹ thuật truy nhập…
Chương 3: Phân tích và thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phầm
mềm OptiSystem.
Chương này trình bày các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang và phân tích
các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang thông qua phần mềm OptiSystem.
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP
1.1 Sự ra đời
Mạng viễn thông hiện nay được phát triển theo hướng hoàn toàn đa phương tiện
và Internet. Điều này làm cho việc tìm kiếm phương án giải quyết truy nhập băng
thông có giá thành thấp, chất lượng cao đã trở nên rất cấp thiết.
Cùng với sự phát triển của xã hội thông tin, nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông
ngày càng tăng, từ dịch vụ điện thoại đến dịch vụ số liệu, hình ảnh, đa phương tiện.
Việc tích hợp các dịch vụ này vào cùng một mạng sao cho mạng viễn thông trở
nên đơn giản hơn và đang trở thành vấn đề nóng bỏng của nghành viễn thông quốc
tế.
1.2 Khái niệm
Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống.
Theo quan điểm truyền thống, mạng truy nhập hay công trình ngoại vi là toàn
bộ hệ thống thiết bị và đường truyền dẫn nằm giữa tổng đài và thiết bị đầu cuối
của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đến
thuê bao(hình 1.1). Như vậy, mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống là một
trong các loại hình mạng phức tạp nhất trên thế giới, chứa đựng một khối lượng
khổng lồ các đôi dây cáp đồng để kết nối từ tổng đài nội hạt đến các thuê bao.
Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống
Dịch vụ cơ bản do mạng truyền thống cung cấp là dịch vụ thoại truyền thống
POST(plain old telephone services). Với sự phát triển không ngừng của công
nghệ, mạng cáp đồng nội hạt ngày nay còn có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ
IPTV. Tuy nhiên, mạng truy nhập truyền thống bộc lộ khá nhiều nhược điểm như:
• Hạn chế khả năng cung cấp các dịch vụ mới, đặc biệt là dịch vụ băng thông.
• Chi phí đầu tư lớn, lãng phí thiết bị
• Bán kính phục vụ nhỏ.
Để khắc phục được những nhược điểm trên của mạng truy nhập truyền thống,
nhiều giải pháp ra đời. Ngoài các giải pháp nâng cao năng lực của mạng truy nhập
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
truyền thống như dùng tổng đài phân tán RLC, dùng bộ cung cấp mạch vòng thuê
bao số DLC, thay đổi đường kính cỡ cáp…còn xuất hiện các công nghệ truy nhập
khác như truy nhập quang, truy nhập quang lai ghép đồng trục, truy nhập vô tuyến.
Như vậy khái niệm mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống khôn còn đúng
với tất cả các mạng truy nhập hiện nay
Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU_T
Theo các khuyến nghị của ITU-T, mạng truy nhập hiện được định nghĩa như
trên hình 1.2.Theo đó mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa
giao diện nút dịch vụ(SNI) và giao diện người sử dụng- mạng (UNI).Mạng truy
nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông. Giao diện điều kiển và
quản lý mạng là Q3
Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI,
còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN) thông quan SNI. Về nguyên tắc
không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI. Mạng truy nhập và
nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống mạng quản trị viễn thông (TMN) qua
giao diện Q3.
Hình 1.2: Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T.
Giao diện nút dịch vụ
Là giao diện ở mặt cắt dịch vụ của mạng truy nhập. Kết nối với tổng đài SNI
cung cấp cho thuê bao các dịch vụ cụ thể. VD: tổng đài có thể kết nối với mạng
truy nhập qua giao diện V5
Giao diện V5 cung cấp chuẩn chung kết nối thuê bao số tới tổng đài số nội hạt.
Giải pháp này có thể mang lại hiệu quả cao do cho phép kết hợp hệ thống truyền
dẫn thuê bao và tiết kiệm card thuê bao ở tổng đài. Hơn nữa phương thức kết nối
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
này cũng thúc đẩy việc phát triển các dịch vụ băng rộng.
Giao diện người sử dụng- mạng
Đây là giao diện phía khách hàng của mạng truy nhập. UNI phải hỗ trợ nhiều
dịch vụ khác nhau, như thoại tương tự, ISDN băng hẹp và băng rộng và dịch vụ
leased số hay tương tự….
Giao diện quản lý
Thiết bị mạng truy nhập phải cung cấp giao diện quản lý để có thể điều kiển
một cách hiệu quả toàn bộ mạng truy nhập. Giao diện này cần phải phù hợp với
giao thức Q3 để có thể truy nhập mạng TMN và hoàn toàn tương thích với các hệ
thống quản lý mạng mà thiết bị do nhiều nhà sản xuất cung cấp. Hiện nay phần
nhiều các nhà cung cấp thiết bị sử dụng giao diện quản lý của riêng mình thay vì
dùng chuẩn Q3.
1.3 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập
Với định nghĩa mạng truy nhập như trên để đạt được cấu trúc như mong muốn
thì mạng truy nhập nói riêng và mạng viễn thông nói chung phải trải qua những
giai đoạn quá độ với nhiều trạng thái khác nhau tương tự với những xuất phát
điểm(mạng truyền số liệu, thoại truyền thống PSTN, mạng di động, mạng di động
nội hạt) và giải pháp sử dụng khác nhau. Hình 1.3 cho chúng ta thấy mốc phát
triển của các dòng thiết bị truy nhập trong mạng viễn thông với xuất phát điểm là
mạng PSTN.
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập.
1.4 Các công nghệ truy nhập
1.4.1 Phân loại
Có rất nhiều tiêu chí khác nhau để phân loại công nghệ truy nhập. Ở đây, chúng ta
thực hiện phân loại theo hai tiêu chí: dựa trên băng thông và môi trường truyền dẫn.
*Phân loại dựa trên băng thông:
• Truy nhập băng hẹp:
∙ Là truy nhập có tốc độ truy nhập <2Mbps. Ví dụ: truy nhập bằng quay số(dialup), công nghệ ISDN băng hẹp (N-ISDN), xDSL băng hẹp (ISDN, SDSL, ADSL
lite)…
• Truy nhập băng rộng:
∙ Là truy nhập có tốc độ truy nhập >2Mbps. Ví dụ: công nghệ xDSL, công nghệ
Moderm cáp (MC), công nghệ truy nhập qua đường dây điện lực (PLC), công
nghệ truy nhập quang, LMDS, Wimax, truy nhập vệ tinh…
*Phân loại dựa trên môi trường truyền dẫn:
• Công nghệ truy nhập hữu tuyến:
∙ Công nghệ modem băng tần thoại, ISDN, xDSL, Ethernet dựa trên cáp đồng
xoắn.
∙ Công nghệ modem cáp CM trên mạng cáp truyền hình cáp CATV.
∙ Công nghệ PLC trên mạng cáp điện
∙ Công nghệ truy nhập quang trên cáp CATV, PLC, PSTN
• Công nghệ truy nhập vô tuyến:
Chúng ta có thể nhìn thấy truy nhập vô tuyến theo quan điểm của IEE (bảng 1.1).
Theo đó căn cứ vào vùng bao phủ hệ thống thiết bị chúng ta có các mạng diện hẹp
PAN với những ví dụ công nghệ như Blutooth, Wireless USB. Các mạng diện nội hạt
với điển hình là công nghệ WLAN với những chuẩn cho lớp vật lý 802.11a,
802.11b,802.11g,802.11n. Tiếp theo là các mạng diện rộng với những cải tiến của
chuẩn 801.11, những mạng truy nhập vô tuyến đa kênh đa điểm, đa kênh đa điểm nội
hạt (MMDS và LMDS) với xuất phát điểm là dùng để quảng bá tín hiệu truyền hình.
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
Cuối cùng là mạng diện rộng với các thế hệ của điện thoại tế bào và cộng thêm vào đó
hệ thống truy nhập sử dụng vệ tinh.
PAN
LAN
802.11a
Bluetooth
802.15
802.11b
802.11g
802.11n
HiperLAN2
Notebook/PC đến
thiết bị / Máy in /
Bàn phím/ Điện
thoại
< 1Mbps
MAN
WAN
802.11
2.5G/3G
802.16
GSM/GPRS
MMDS
CDMA/1x/3x
LMDS
4G
Máy tính - Máy
Truy nhập đến km
Các máy cầm tay và
tính và tới
cuối cùng và cố
thiết bị PDA đến
internet
định
Internet
2 đến 54 + Mpbs
22+ Mbps
10 đến 384 kbps
Bảng 1.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến.
1.4.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập
Chúng ta có thể thể so sánh các công nghệ truy nhập trên nhiều góc nhìn khác
nhau:
Bảng 1.2: cho chúng ta so sánh chung nhất giữa những công nghệ.
Bảng 1.3: đánh giá về các công nghệ truy nhập trên khía cạnh kinh tế khi triển khai.
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Công nghệ
Dial – up
(V90)
xDSL
(ADSL)
Modem cáp
IDSN
Vệ tinh
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
Băng thông
Tốc
Tốc độ lên
xuống
Ưu điểm
độ
Phạm vi cung cấp
33.6 Kb/s
56.6 Kb/s
rộng,
Giá thành rẻ
Tốc độ cao
1.5 Mb/s
8 Mb/s
Độ tin cậy cao
Tốc độ cao
Tối đa 10 Tối đa 30
Giá thành rẻ
Mb/s
Mb/s
Chuẩn thông dụng
Sử dụng rộng rãi
128 Kb/s
128 Kb/s
Tương thích với
DSL
33.6 Kb/s
Khả năng ứng
dụng rộng rãi
400 Kb/s
Có khả năng di
Vô tuyến di Tùy thuộc Tùy thuộc
động triển khai
động
công nghệ công nghệ
dịch vụ nhanh
Tốc độ cao
Vô tuyến cố Tùy thuộc Tùy thuộc
Nhiều cấp độ ứng
định
công nghệ công nghệ
dụng.
Cáp quang
Lớn ( cỡ Lớn
Gbps)
Gbps)
PLC
18 Mb/s
Nhược điểm
(cỡ
45 Mb/s
Tốc độ rất chậm
Nhiều
nhau
chuẩn
khác
Cấu trúc và băng tần
phải chia sẻ
Tốc độ chậm
Chi phí rất cao
Khó quản lý giám sát
Tốc độ luồng lên thấp
Chi phí thiết bị cao
Độ tin cậy chưa cao
Ảnh hưởng do các tác
dụng của thời tiết
Nhiều chuẩn công
nghệ
Khó khăn khi triển
khai trên diện rộng
Chi phí thiết bị cao.
Phạm vi ứng dụng
hạn chế.
Phụ thuộc vào cự ly
và anten
Tộc độ cao.
Chất lượng kết nối Giá thành đắt
cao
Có mặt ở khắp nơi
trên đường dây Chưa có chuẩn chung
điện lực
Bảng 1.2: Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập.
Công nghệ
Băng thông
Tốc độ lên Tốc
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Ưu điểm
độ
Nhược điểm
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
xuống
Dial – up
(V90)
xDSL
(ADSL)
Modem cáp
Phạm vi cung cấp
33.6 Kb/s
1.5 Mb/s
56.6 Kb/s
8 Mb/s
Tối đa 10 Tối đa 30
Mb/s
Mb/s
Tốc độ rất chậm
Giá thành rẻ
Tốc độ cao
Nhiều
Độ tin cậy cao
Tốc độ cao
128 Kb/s
33.6 Kb/s
động
công nghệ
định
công nghệ
Khả
Tốc độ chậm
Khó quản lý giám sát
Tốc độ luồng lên thấp
năng
ứng
dụng rộng rãi
thuộc
công nghệ
Vô tuyến cố Tùy thuộc Tùy
phải chia sẻ
Tương thích với Chi phí rất cao
400 Kb/s
Vô tuyến di Tùy thuộc Tùy
khác
Cấu trúc và băng tần
Giá thành rẻ
DSL
Vệ tinh
chuẩn
nhau
Chuẩn thông dụng
Sử dụng rộng rãi
IDSN
128 Kb/s
rộng,
thuộc
công nghệ
triển
Độ tin cậy chưa cao
Ảnh hưởng do các tác
Có khả năng di
động
Chi phí thiết bị cao
khai
dịch vụ nhanh
dụng của thời tiết
Nhiều chuẩn công
nghệ
Khó khăn khi triển
khai trên diện rộng
Chi phí thiết bị cao.
Tốc độ cao
Phạm vi ứng dụng
Nhiều cấp độ ứng hạn chế.
dụng.
Phụ thuộc vào cự ly
và anten
Cáp quang
PLC
Lớn ( cỡ Lớn
Gbps)
Gbps)
18 Mb/s
45 Mb/s
(cỡ
Tộc độ cao.
Chất lượng kết nối Giá thành đắt
cao
Có mặt ở khắp nơi
trên
đường
dây Chưa có chuẩn chung
điện lực
Bảng 1.3: So sánh về giá thành các công nghệ
Hiện trạng và hướng phát triển
Rất nhiều tài liệu công nhận rằng xu hướng phát triển của mạng truy nhập bao
gồm hai hướng cơ bản:
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
Thứ nhất là cung cấp cho khách hàng băng thông gần như không hạn chế đó
chính là xu hướng phát triển các công nghệ quang thụ động
Thứ 2 là cung cấp cho người dùng kết nối mọi lúc mọi nơi với tốc độ có thể
thỏa mãn những ứng dụng cơ bản đó chính là các truy nhập vô tuyến với các thế hệ từ
2 đến 4.
Phát triển của truy nhập vô tuyến hội tụ đến 4G
Để tiến đến thế hệ thứ 4 mạng truy nhập vô tuyến sẽ hội tụ lại từ hai hướng:
Hướng 1: Từ các hệ thống cá nhân, nội hạt, thành phố (với những đại diện điển
hình WLAN và Wimax).
Hướng 2: Từ phía các diện rộng ( với các đại diện là GSM, IMT2000,
WCDMA).
1.4 Kết luận chương
Trong chương 1, em đã giới thiệu các quan điểm khác nhau về mạng truy nhập,
những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truy nhập
theo băng thông và môi trường truyền dẫn.
Xu hướng phát triển của mạng truy nhập trong tương lai tuy có nhiều quan điểm khác
nhau nhưng đều thống nhất hướng tới công nghệ truy nhập theo mạng thế hệ sau NGN
với tiêu chí truy nhập mọi lúc, mọi nơi và không hạn chế tốc độ.
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON
2.1 Mạng thụ động PON
2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động
Mạng quang thụ động PON là một mạng quang không có các phần tử điện phụ
hay thiết bị quang điện tử. PON là công nghệ sử dụng các bộ chia quang (Splitter) để
nối tới rất nhiều thiết bị đầu cuối mạng quang. Như vậy, trong PON sẽ bao gồm: Sợi
quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc, chính nhờ vào
cấu trúc như thế mà PON có những ưu điểm đặc trưng như:
Không yêu cầu cung cấp nguồn điện nên không ảnh hưởng của lỗi nguồn.
Tạo thành đường truyền thông suốt giữa tổng đài và thuê bao. Làm cho cấu trúc
mềm dẻo hơn vì nó chỉ phụ thuộc vào dạng tín hiệu. Và việc sử dụng linh kiện
thụ động sẽ làm tăng độ tin cậy của hệ thống.
Chi phí cho khai thác vận hành và bảo dưỡng nhỏ.
Đối với cấu trúc mạng PON, công suất quang sẽ quyết định số bộ chia quang.
Tín hiệu có băng tần càng lớn, công suất quang càng nhỏ thì mức thu giảm, vì
vậy khả năng chia kênh sẽ bị giảm so với trường hợp tín hiệu băng hẹp. Cho
nên để tăng băng tần hệ thống phải áp dụng các công nghệ truyền dẫn tiên tiến
như kĩ thuật thu kết hợp hay kĩ thuật ghép bước sóng.
2.1.2 Đặc điểm chính của hệ thống
• Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến
từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128.
• PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet.
• PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data và video tốc độ cao.
• Khả năng cung cấp băng thông cao.
• Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này
sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng.
• Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần và
cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa
OLT và splitter.
• PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợi
quang.
• PON có thể hỗ trợ topo hình cây, sao, bus và ring.
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
2.1.3Kiến trúc mạng quang thụ động PON
Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang,
ONU/ONT. OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất
cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang. Tín hiệu từ OLT sẽ
đến các splitter quang. Splitter quang được sử dụng để phân chia công suất từ một sợi
duy nhất đến x người sử dụng (x có thể là 32, 64 hoặc 128, điều đó phụ thuộc vào hệ
số chia của splitter) trên một khoảng cách tối đa là 20 km. Để thu được tín hiệu từ
OLT, tại phía người sử dụng cần có các bộ ONU/ONT.
Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Từ mô hình chung ở trên, mạng PON còn được triển khai dưới các dạng kiến
trúc như sau:
Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON
Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:
OLT: Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office. Nó là thành
phần quan trọng nhất trong hệ thống GPON, cung cấp các giao diện truy nhập
PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu
phía đường lên.
ONU: Đây là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng. Nó là điểm cuối của mạng
quang FTTH. ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON thành
các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại
được sử dụng tại thuê bao.
ONT: Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là điểm cuối cùng của ODN.
ODN: Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT. Cụ thể,
hệ thống phân phối quang ODN bao gồm các thành phần sau đây:
Măng xông quang
Dây nhảy quang
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Hộp phối quang ODF
Splitter (bộ chia/ghép quang). Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia công
suất quang. Dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở
đầu ra. Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức là
không phải cấp nguồn. Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia. Hệ số
chia càng lớn thì suy hao càng lớn. Với hệ số chia là 1:2 thì suy hao khoảng 3
dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB. Suy hao này chính là
suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý. Hình 2.3 cho biết
nguyên lý chung của bộ chia công suất quang. Giả sử tại đầu vào có 3 bước
sóng λ1 ở đường xuống, λ2, λ3 ở đường lên, với bộ chia công suất có hệ số chia
là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào là λ2và bước sóng ra là
λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước sóng ra là λ1.
Hình 2.3: Bộ chia công suất quang
2.1.4 Các chuẩn PON
ITU-TG983
APON (ATM Pasive Optical Network) Mạng quang thụ động ATM. Đây là
chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên.Từng được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng
thương mại trên nền ATM.
BPON( Broadband PON) là chuẩn trên nền APON. Được bổ xung để hỗ trợ cho
WDM ghép kênh phân chia theo bước sóng, cấp phát băng thông đường lên rộng và
lớn hơn, tính chọn lọc cao. Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn gọi là OMCI,
giữa OLT và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp hỗn hợp, cụ thể :
• G983.1 : Năm 1998, trình bày về lớp vật lý cưa hệ thống APON/BPON.
• G983.2 : Năm 1999, đặc tính của giao diện điều kiển và quản lý ONT.
• G983.3 : Thông quan năm 2001, đặc tính mở rộng cung cấp những dịch vụ
thông qua phân bổ bước sóng.
Nguyễễn Quang Huy CB110855
Luận văn tốt nghiệp
Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
• G983.4 : Thông qua năm 2001, mô tả những cơ chế cần thiết để hỗ trợ phan
bổ băng tần động trong các ONT của cùng một mạng PON.
• G983.5 : Thông qua năm 2002, xác định những cơ chế chuyển mạch bảo vệ
cho BPON.
• G983.6 : Thông qua năm 2002, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều
kiển cần thiết cho quản lý những chức năng chuyển mạch tại ONT.
• G983.7 : Thông qua năm 2001, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều
kiển cần thiết cho quản lý những chức năng DBA tại ONT.
ITU-T984
GPON ( Gigabit PON) là một sự phát triển của chuẩn BPON. Nó hỗ trợ tốc độ cao
hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp giao thức ( ATM, GEM, Ethrenrt)
• G 984.1 : mô tả những đặc tính chung của hệ thống GPON như là kiến trúc,
tốc độ bít, bảo vệ và bảo mật
• G984.2 : Xác định những thông số của GPON tại tốc độ lên là ( 155Mb/s,
622Mb/s, 1,5 Gb/s, 2,5Gb/s), xuống là (1,5Gb/s và 2,5Gb/s)
• G983.4 : Mô tả những đặc tính về khung hội tụ truyền dẫn của GPON, bản tin,
phương pháp xác định khoảng, hoạt động, giám sát, những chức năng bảo dưỡng và
bảo mật.
IEEE 802.3ah
EPON hay GEPON ( Ethernet PON) là một chuẩn IEEE để sử dụng Ethernet
cho dữ liệu gói.
Trong các giải pháp mạng PON, giải pháp EPON được hỗ trợ và phát triển
nhanh nhất. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chọn giải pháp này để làm mạng truy nhập
và truyền tải lưu lượng Metro (MEN) để cung cấp đa dịch vụ. Tuy nhiên cơ chế duy trì
và phục hội mạng của giải pháp EPON còn chậm nên chỉ có thể áp dụng cho mạng có
quy mô vừa và nhỏ.
2.1.5So sánh mạng PON và AON
Mạng quang chủ động AON (Active Optical Network) là kiến trúc mạng điểm điểm. Thông thường mỗi thuê bao có một đường cáp quang riêng chạy từ thiết bị trung
tâm (Access Node) đến thuê bao.
Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật PON và
AON. Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ xem xét một số thông số quan trọng như băng
thông, khả năng điều khiển luồng, khoảng cách…
Nguyễễn Quang Huy CB110855
- Xem thêm -