Tài liệu Phân tích thiết kế mạng ftth theo công nghệ gpon

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II _____________ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HỆ CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2007-2012 Đề tài: PHÂN TÍ CH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO CÔNG NGHỆ GPON Mã số đề tài: 12407160163 Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Giáo viên hƣớng dẫn: 01/2012 TP.HCM – 2012 HUỲNH VĂN TỤ 407160163 Đ07VA3 Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II _____________ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HỆ CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2007-2012 Đề tài: PHÂN TÍ CH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO CÔNG NGHỆ GPON Mã số đề tài: 12407160163 NỘI DUNG - Chƣơng I: - Chƣơng II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON. - Chƣơng III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON. Chƣơng IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ - TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP FTTH. Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Giáo viên hƣớng dẫn: 01/2012 TP.HCM – 2012 HUỲNH VĂN TỤ 407160163 Đ07VA3 Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................. MỤC LỤC HÌNH .................................................................................................................. MỤC LỤC BẢNG ................................................................................................................. LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH ........................................ 4 1.1. FTTH, AON, PON ...................................................................................................... 4 1.1.1 Công nghệ AON ............................................................................................ 4 1.2. So sánh giữa AON và PON ........................................................................................ 9 CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON................................................................. 11 2.1. BPON chuẩn ITU-G.983 .......................................................................................... 11 2.1.1. Kiến trúc các lớp .......................................................................................... 11 2.1.2. Định dạng khung truyền dẫn ....................................................................... 13 2.1.2.1. Khung ATM ............................................................................... 14 2.1.2.2. Khung hƣớng xuống ................................................................... 15 2.1.2.3. Khung hƣớng lên ........................................................................ 16 2.1.3. Bảo mật trong BPON ................................................................................... 17 2.1.4. Chuyển mạch bảo vệ trong BPON .............................................................. 18 2.2. EPON chuẩn IEEE-802.3ah...................................................................................... 19 2.2.1. Kiến trúc các lớp trong EPON ..................................................................... 19 2.2.1.1. Lớp vật lý ................................................................................... 20 2.2.1.2. Giao diện môi trƣờng Gigabit độc lập ....................................... 22 2.2.1.3. Lớp liên kết dữ liệu .................................................................... 22 2.2.2. Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON......................................................... 23 2.2.3. Giao thức điều khiển đa điểm (MPMC) trong EPON ................................. 24 2.3. GPON chuẩn ITU-G.984 .......................................................................................... 26 2.3.1. 2.3.2. Kiến trúc các lớp trong GPON .................................................................... 26 2.3.1.1. GPON Physical Medium Dependent (PMD) Layer ................... 28 2.3.1.2. GPON Transmission Convergence (GTC) Layer ...................... 29 Định dạng khung truyền dẫn trong GPON .................................................. 30 2.3.2.1. Cấu trúc khung hƣớng xuống ..................................................... 30 2.3.2.2. Cấu trúc khung hƣớng lên .......................................................... 32 2.3.2.3. 2.3.3. Phân tích mào đầu của GEM ...................................................... 34 Phân bổ băng tần động (DBA) trong GPON ............................................... 35 CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON ........ 36 3.1. Tính khả năng phục vụ của một OLT ....................................................................... 36 3.2. Tính toán tính khả thi và mô hình khuyến nghị với bộ khuếch đại .......................... 39 CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ .................................... 45 4.1. Phân tích bài toán “Tính khả năng phu ̣c vu ̣ của OLT” ............................................. 45 4.2. Phân tić h bài toán “Tiń h khả thi và mô hin ̀ h khuyế n nghi”̣ ..................................... 50 4.2.1 Phân tích 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ chia ......................................................... 51 4.2.2 Phân tích 2: Ảnh hưởng của khoảng cách từ OLT đến ONT ...................... 54 4.2.3 Phân tích 3: Sự ảnh hưởng của công suấ t phát lên mô hình triể n khai ...... 55 4.2.4 Phân tích 4: Trường hợp cầ n chú ý khi thiế t kế .......................................... 56 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 58 TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................................................... TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc AON ...................................................................................................... 5 Hình 1.2: Cấu trúc AON Ethernet ....................................................................................... 5 Hình 1.3: Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON .................................................. 6 Hình 1.4: Nguyên lí thu/phát ONT ...................................................................................... 8 Hình 1.5 Các kiểu kiến trúc của PON ................................................................................ 8 Hình 1.6: Vùng ODN .......................................................................................................... 9 Hình 2.1 Kiến trúc các lớp trong BPON ........................................................................... 12 Hình 2.2: Cấ u trúc khung ATM ......................................................................................... 14 Hình 2.3: Cấ u trúc khung hƣớng xuố ng của BPON .......................................................... 15 Hình 2.4: Đinh ̣ da ̣ng cell PLOAM hƣớng lên ................................................................... 17 Hình 2.5: Mô hiǹ h chuyể n ma ̣ch bảo vê ̣ trong PON ......................................................... 19 Hình 2.6: Kiế n trúc các lớp trong EPON........................................................................... 20 Hình 2.7: Cấ u trúc khung truyề n dẫn của EPON .............................................................. 23 Hình 2.8: Bản tin GATE hƣớng xuống .............................................................................. 25 Hình 2.9: Bản tin REPORT hƣớng lên .............................................................................. 26 Hình 2.10: Kiế n trúc các lớp trong GPON ........................................................................ 27 Hình 2.11 : Phân lớp đóng khung GTC ............................................................................. 29 Hình 2.12: Cấ u trúc khung hƣớng xuố ng .......................................................................... 30 Hình 2.13: Cấ u trúc khung GTC hƣớng lên ...................................................................... 33 Hình 2.14: Cấu trúc khung và mào đầu của khung GEM ................................................. 34 Hình 3.1: Sƣ̣ phân bố OLT ................................................................................................ 38 Hình 3.2: Mô hiǹ h kiế n trúc 2 tầ ng splitter ....................................................................... 40 Hình 3.3: Liên kế t vâ ̣t lí tƣ̀ OLT đế n ONT ........................................................................ 41 Hình 3.4: Các vùng suy hao của sợi quang ....................................................................... 42 Hình 3.5: Bô ̣ khuế ch đa ̣i SAO11b ..................................................................................... 44 Hình 4.1: P-OLT 7432 ....................................................................................................... 46 Hình 4.2: Mô hiǹ h 2 .......................................................................................................... 52 Hình 4.3: Mô hình khả thi ................................................................................................. 53 Hình 4.4: Mô hiǹ h 3 .......................................................................................................... 55 MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1: Các mã PTI ....................................................................................................... 34 Bảng 3.1: Tỉ lệ chia và các mức tốc độ điển hình ............................................................. 37 Bảng 3.2: Thông số các loa ̣i connecter .............................................................................. 41 Bảng 3.3: Tiêu chuẩ n ITU-T G.652 về suy hao sơ ̣i quang ................................................ 42 Bảng 3.4: Thông số splitter PLC ....................................................................................... 43 Bảng 3.5: Vùng bƣớc sóng khuếch đại của OFA .............................................................. 44 Bảng 4.1: Bảng suy hao của splitter .................................................................................. 50 Bảng 4.2: Thông số khuyế n nghi ̣của ONT và OLT ......................................................... 51 LỜI MỞ ĐẦU Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng dịch vụ Viễn thông ngày càng cao do mức sống đƣợc nâng lên đồng thời công việc và nhu cầu giải trí ngày càng đòi hỏi chất lƣợng các dịch vụ phải không ngừng đƣợc tăng lên. Chúng ta có thể lấy sự gia tăng nhu cầu về Internet ra làm một ví dụ. Theo “Báo cáo Netcitizens Việt Nam năm 2011” của Cimigo, xét về tốc độ tăng trƣởng, “Việt Nam là quốc gia có tỷ lệ tăng trƣởng Internet nhanh nhất trong khu vực và nằm trong số các quốc gia có tỷ lệ tăng trƣởng cao nhất trên thế giới. Từ năm 2000, số lƣợng ngƣời sử dụng Internet đã nhân lên 120 lần. Cách đây 10 năm, tỷ lệ sử dụng Internet của Việt Nam nằm cách xa hầu hết các nƣớc Châu Á khác”. Chính vì những nhu cầu không ngừng tăng lên cùng với yêu cầu về chất lƣợng đã đặt ra cho Viễn thông bài toán tăng tốc độ truyền dẫn. Ngày nay ngƣời ta đã quen với một công nghệ xuất hiện từ 10 năm trƣớc ở Việt Nam là ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line – đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng). ADSL ra đời trở thành một điểm nhấn trong tốc độ truyền dẫn tại Việt Nam. Tuy nhiên, hiện nay với yêu cầu băng thông ngày càng cao thì ADSL hầu nhƣ “đuối sức”. Tại Việt Nam, đề án "Đƣa Việt Nam sớm trở thành nƣớc mạnh về công nghệ thông tin và truyền thông" của Thủ tƣớng Chính phủ tại Quyết định số 1755/QĐ-TTg ngày 22/09/2010 đã chỉ ra định hƣớng, tầm nhìn cho sự phát triển ngành băng rộng tại Việt Nam đến năm 2015 là: Cơ bản hoàn thành mạng băng rộng đến các xã, phƣờng trên cả nƣớc, kết nối Internet đến tất cả các trƣờng học, tỉ lệ ngƣời dân sử dụng Internet đạt trên 50%. Vì vậy, “Trong năm 2010, ngƣời ta nói nhiều tới việc băng rộng di động mà cụ thể là 3G lên ngôi sẽ khiến cho ADSL phải suy thoái. Nhƣng theo nhiều chuyên gia, đây lại không phải là điều đáng lo ngại nhất, mà đối thủ sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới “năng lực” phát triển của ADSL trong năm 2011 và các năm tới lại là FTTx (công nghệ truyền dẫn cáp quang) và FTTH (Internet cáp quang chuẩn). Theo Báo cáo viễn thôngViệt Nam, trong năm 2009 trên thế giới đã có 39,4 triệu hộ gia đình sử dụng FTTH, con số này tăng lên 51,4 triệu hộ trong năm 2010 và dự kiến sẽ đạt gần 90 triệu hộ gia đình sử dụng cáp quang vào năm 2012. Dự đoán, FTTH sẽ là ngành kinh doanh cốt lõi của các nhà cung cấp dịch vụ Internet”.[8] Tuy nhiên, FTTH vẫn còn khó khăn khi giá cƣớc đắt hơn ADSL nên việc triển khai tại Việt Nam vẫn còn nhiều khó khăn nhất định. FTTH là một trong những công nghệ của FTTx. FTTx là công nghệ mạng truy nhập sử dụng đƣờng truyền bằng cáp quang, cho tốc độ upload và download cao hơn và ổn định hơn ADSL. FTTx có các dạng: FTTN (Fiber To The Node); FTTC (Fiber To The Curb); FTTB (Fiber To The Building); FTTH (Fiber To The Home), đƣợc hiểu lần SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 1 lƣợt là: Cáp quang tới giao điểm; Cáp quang tới tủ thiết bị; Cáp quang tới tòa nhà; Cáp quang tới tận nhà. FTTx có thể là mạng truyền dẫn quang thụ động – PON (Passive Optical Network), trong đó tất cả các thành phần quang chủ động (active) giữa tổng đài CO (Central Office) và ngƣời sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động (passive), để điều hƣớng lƣu lƣợng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lƣợng của các bƣớc sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đƣờng truyền. Mặc khác, FTTx cũng có thể là mạng truyền dẫn quang chủ động AON (Active Optical Network). Trong 4 dạng FTTx, thì FTTH là hoàn chỉnh nhất về công nghệ, tiêu chuẩn quốc tế và tối ƣu tiện ích cho ngƣời dùng. Trong FTTH gồm có EPON (Ethernet PON), BPON (Broadband PON) và GPON (Gigabit PON). Xét trên phƣơng diện tốc độ truyền dẫn thì EPON có tốc độ 1Gbps cho cả 2 hƣớng (IEEE 802.3 (802.3ah)), BPON có tốc độ 155,52 Mbps cho hƣớng lên, 155,52 hoặc 622,08Mbps cho hƣớng xuống (ITU-T G.983). GPON có tốc độ cao nhất lên tới 2,488 Gbps cho cả 2 hƣớng (ITU-T G.984). SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 2 Vì vậy em chọn đề tài làm Đồ án tốt nghiệp là“PHÂN TÍ CH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO CÔNG NGHỆ GPON” nhằm làm rõ các vấn đề chính sau: Nêu rõ đƣơ ̣c nhƣ̃ng ƣu điể m của PON đồ ng thời làm rõ các chuẩ n công nghê ̣ đƣơ ̣c dùng trong PON nhƣ BPON , EPON và GPON về tố c đô ̣ truyề n dẫn , cấ u trúc khung truyề n và các vấ n đề đƣơ ̣c đề câ ̣p trong các chuẩ n đƣơ ̣c ITU -T và IEEE đƣa ra. Đƣa ra hai bài toán thiế t kế thƣ̣c tế dƣ̣a trên công nghê ̣ GPON và phân tích kế t quả của hai bài toán ấy nhằm làm rõ những vấn đề nhất định trong việc chọn GPON làm công nghê ̣ truyề n dẫn , cung cấ p dich ̣ vu ̣ cho khách hàng. Với các nội dung chính nhƣ trên, để hoàn thành mục tiêu, bài báo cáo đƣợc phân làm các chƣơng với các đề mục cụ thể nhƣ sau:  Chƣơng I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP FTTH  Chƣơng II:TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON  Chƣơng III:BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON Chƣơng IV:PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ  SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1.1. FTTH, AON, PON Nhƣ đã nói ở trên,mạng FTTH là mạng truy nhập cáp quang. Trong đó có hai phƣơng án triển khai FTTH là PON và AON. Mỗi phƣơng án đều có ƣu, nhƣợc điểm riêng. Một nhƣợc điểm rất lớn của mạng quang tích cực AON chính là ở thiết bị chuyển mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngƣợc lại để truyền đi. Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH. Nếu xét về chi phí để bảo dƣỡng thiết bị thì PON lợi thế hơn hẳn khi các thiết bị chủ động trong AON đƣợc thay bằng các thiết bị thụ động. Đồng thời, AON có nhiều ƣu điểm nhƣ: tầm kéo dây xa (lên đến 70km mà không cần bộ lặp (repeater)), tính bảo mật cao (do việc can thiệp nghe lén (eavesdropping) trên đƣờng truyền gần nhƣ là không thể), dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao khi cần, dễ xác định lỗi. Tuy nhiên, công nghệ AON cũng có khuyết điểm là chi phí cao do: việc vận hành các thiết bị trên đƣờng truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang riêng, cần nhiều không gian chứa cáp. Trong khi đó, với PON đƣờng truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung tâm OLT (Optical Line Termination) qua một thiết bị chia tín hiệu (Splitter) và từ thiết bị này mới kéo đến nhiều ngƣời dùng (có thể chia từ 32 – 64 thuê bao). Splitter không cần nguồn cung cấp, có thể đặt bất kỳ đâu nên nếu triển khai cho nhiều thuê bao thì chi phí giảm đáng kể so với AON. Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống cũng tiết kiệm điện hơn và không gian chứa cáp cũng ít hơn so với AON. Tuy nhiên, PON cũng có nhiều khuyết điểm nhƣ khó nâng cấp băng thông khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm sẽ ảnh hƣởng đến những thuê bao khác trong trƣờng hợp đã dùng hết băng thông), khó xác định lỗi hơn do một sợi quang chung cho nhiều ngƣời dùng, tính bảo mật cũng không cao bằng AON (có thể bị nghe lén nếu không mã hóa dữ liệu). 1.1.1 Công nghệAON AON có cấu trúc “point to point” (điểm - điểm), trong đó kết nối giữa khách hàng và CO thông qua thiết bị đầu cuối ONT là một kết nối trực tiếp trên một sợi quang. Những yêu cầu kết nối từ phía khách hàng thông qua sự định tuyến của các router, switch, multiplexer tại CO sẽ đi ra mạng dịch vụ bên ngoài. AON sử dụng bƣớc sóng 1550nm để truyền tín hiệu hƣớng xuống (từ CO đến phía khách hàng) và 1310nm để truyền tín hiệu cho hƣớng lên (từ phía khách hàng đến CO). Một cấu trúc của AON đơn giản đƣợc thể hiện trong Hình 1.1. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 4 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1550 nm Central office ONT 1310 nm ONT OLT ONT Hình 1.1: Cấu trúc AON Một nhƣợc điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyển mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngƣợc lại để truyền đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTX. Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tƣ lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập. Việc cùng lúc xử lí các yêu cầu truy nhập hƣớng lên của ngƣời dùng ra mạng dịch vụ bên ngoài cũng nhƣ việc phân tích để chuyển luồng dữ liệu từ các dịch vụ đến ngƣời dùng có thể gây quá tải trong xử lí hoặc xung đột tại OLT của CO. Để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới ngƣời dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất “đệm” cho quá trình này. Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet). Đó chính là bƣớc đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 đƣợc gọi là Ethernet in First Mile (EFM). Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho ngƣời sử dụng. Nhờ đó, cả phía nhà cung cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet. Các Ethernet Switch sẽ giúp giảm xung đột do xử lí tín hiệu tại CO, nó cần cấp nguồn để hoạt động. Việc chuyển mạch tại đây dựa trên lớp 2 và lớp 3 của cấu trúc khung Ethernet. Mạng AON nhƣ vừa nói có thể đƣợc miêu tả trong Hình 1.2. Central Office ONT Switch quang ONT OLT ONT Hình 1.2: Cấu trúc AON Ethernet SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 5 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1.1.2 Công nghệPON PON – Passive Optical Network, hay còn đƣợc gọi là mạng quang thụ động, một trong những công nghệ đƣợc sử dụng trong FTTH. Nhƣ đã nói ở trên,trong PON tất cả các thành phần quang chủ động (active) giữa tổng đài CO (Central Office) và ngƣời sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động (passive), để điều hƣớng lƣu lƣợng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lƣợng của các bƣớc sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đƣờng truyền. PON là công nghệ truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), các user với yêu cầu truy nhập của mình đƣợc phân biệt bằng các khe thời gian. Cấu trúc một mạng truy nhập FTTH dựa trên công nghệ PON có thể đƣợc trình bày trong Hình 1.3. SBC management systems VGW EMS FTTH EMS PON SFU ONT IP Transport Network PSTN/ TDM network VGW Video coupler ATM network OLT system SFU ONT Splitter 1:N SBU ONT MTU ONT MDU ONT Video/ audionetwork V-OLT Hình 1.3: Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 6 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH Các thành phần trong mạng FTTH trên công nghệ PON gồm có: OLT (Optical Line Termination)  Đặt ở trung tâm chuyển mạch (CO – Central Office) có nhiệm vụ giao tiếp với các mạng dịch vụ và kết nối các yêu cầu truy nhập của ngƣời dùng ra các mạng này.  Có hai chức năng chính: truyền dữ liệu từ mạng dịch vụ và phân phối cho user. Đồng thời sẽ ghép kênh các dữ liệu user trƣớc khi gửi ra các mạng dịch vụ.  Dung lƣợng mà 1 ONT có thể phục vụ đƣợc dựa trên số card hƣớng xuống của mỗi ONT. Nếu mỗi ONT có X card, mỗi card có Y port, và tỉ lệ Splitter là 1:N thì số thuê bao (số kết nối giữa ONT và OLT) đƣợc tính: Số thuê bao = X x Y x N Ví dụ: P-OLT 7432 của hãng Alcatel có 14 card hƣớng xuống, mỗi card có 4 port, tỉ lệ Splitter là 1:64 thì số ONT có thể phục vụ lên đến: 14 x 4 x 64=3584 ONT ONT (Optical Network Termination)  Đặt cuối đƣờng dây, trƣớc thiết bị ngƣời dùng đóng vai trò nhƣ “ngƣời thông dịch” cho các dữ liệu cũng nhƣ các các yêu cầu truy nhập từ phía ngƣời dùng chuyển lên.  Gồm có các loại: - SFU ONT: là thiết bị đặt ở bên ngoài nhà thuê bao, dùng cho các hộ gia đình nhỏ. Có hai giao tiếp chính là giao tiếp POTS cho điện thoại và giao tiếp 10/100 bT Ethernet. - MDU ONT: phục vụ cho khu dân cƣ, các tòa nhà, chung cƣ với nhiều yêu cầu về dịch vụ. Nó sẽ cung cấp nhiều giao tiếp hơn 1 SFU ONT và hỗ trợ giao tiếp dịch vụ nhiều hơn. - B-ONT: các ONT loại B thƣờng đƣợc cung cấp cho các doanh nghiệp hoặc một cụm các doanh nghiệp loại nhỏ. Nó có khả năng giao tiếp dịch vụ triple – play (voice, data, video).  Nếu nhìn trên phƣơng diện vật lí, ONT có nhiệm vụ chuyển đổi quang-điện tín hiệu từ nhà cung cấp dịch vụ xuống khách hàng và ngƣợc lại. Tuy nhiên, bƣớc sóng hƣớng lên và hƣớng xuống khác nhau mà tín hiệu chỉ đƣợc truyền trên mô ̣t sợi quang duy nhất nên tại ONT, xen giữa quá trình chuyển đổi quang điện sẽ có quá trình tách/ghép bƣớc sóng mà cụ thể là bƣớc sóng 1310 nm và 1490 nm. Quá trình ấy có thể đƣợc diễn giải trong Hình 1.4. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 7 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH Bộ phát 1310 nm Diplexer Optical block Bộ nhận 1490 nm Hình 1.4: Nguyên lí thu/phát ONT VGW (Voice Gateway): giao tiếp giữa PON tới mạng PSTN/TDM. V-ONT (the Voice ONT): nhận và khuếch đại/ khôi phục tín hiệu video từ mạng Video/Audio. EMS (The Element Management Systems): giao tiếp từ các mạng khác đến mạng lõi SBC. ODN (Optical Distribution Network): mạng phân phối quang, là tập hợp nhiều splitter đƣợc sắp xếp theo kiểuCây, Bus, Ring…tùy theo mục đích phục vụ của nhà cung cấp dịch vụ. (Hình 1.5) Kiến trúc thƣờng đƣợc sử dụng hiện nay là cấu trúc hình cây, nhƣ Hình 1.6. (a) Kiến trúc hình cây (sử dụng bộ 1:N) (b) Kiến trúc bus (sử dụng bộ ghép 1:2) (c) Kiến trúc vòng ring (sử dụng bộ ghép 2x2) (d) Kiến trúc hình cây với một trung kế thừa (sử dụng bộ chia 2:N) Hình 1.5 Các kiểu kiến trúc của PON SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 8 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1310 nm Splitter 1:16 1490 nm Đến 16 ONT ONT Splitter 1:16 Splitter 1:4 Splitter 1:16 OLT Splitter 1:16 tối đa 20 Km Hình 1.6: Vùng ODN Với AON nhƣ đã nói ở trên, chiều dài của đoạn này có thể lên tới 70 Km. Tuy nhiên với FTTH dựa trên công nghệ PON nói chung, khoảng cách này hỗ trợ tối đa 20 Km. Trong vùng ODN, hai thành phần kết nối quan trọng nhất dĩ nhiên là sợi quang và Spliter. Splitter: có thể hiểu đây là thành phần quan trọng trong mạng quang thụ động giúp giảm thiểu số lƣợng sợi quang sử dụng trong truyền dẫn. Một sợi quang từ CO sẽ nối tới splitter và đầu ra cung cấp cho nhiều kết nối. Có nhiều tỷ lệ chia cho splitter nhƣ 1:2; 1:4; 1:16; 1:32; 1:64. Tuy nhiên trong mạng PON hai tỷ lệ thƣờng đƣợc sử dụng là 1:32 và 1:64. 1.2. So sánh giữa AON và PON Trong phần này, sẽ phân tích những đặc điểm giữa PON và AON dựa vào những các tiêu chí: tốc độ hỗ trợ tối đa, khoảng cách truyền dẫn, vấn đề giữa số lƣợng sợi quang sử dụng với số thuê bao, vấn đề vận hành bảo dƣỡng, vấn đề bảo mật, vấn đề cung cấp băng thông để từ đó rút ra kết luận vì sao PON lại đƣợc lựa chọn triển khai mạnh mẽ hơn AON.  Xét về khoảng cách truyền dẫn và tốc độ hỗ trợ tối đa Về khoảng cách: AON có thể hỗ trợ chiều dài tối đa 70 km và PON hỗ trợ tối đa 20 km từ OLT đến ONT. Tuy nhiên, nếu xét trên phạm vi phục vụ cho một vùng dân cƣ nhƣ một thành phố, thì mô ̣t OLT phía nhà cung cấp dịch vụ hoàn toàn có thể chọn lựa địa điểm phù hợp với công nghệ PON. Mặt khác, một nhà cung cấp dịch vụ thƣờng triển khai nhiều CO nhằm phủ rộng một vùng phục vụ và nhằm mục đích dự phòng nên với khoảng cách mà PON hỗ trợ hoàn toàn có thể triển khai tốt trên thực tế. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 9 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH Về tốc độ hỗ trợ tối đa: hiện nay AON hỗ trợ tối đa từ 100 Mbps-1 Gbps cho mỗi thuê bao ở hƣớng xuống, trong khi PON với chuẩn GPON có thể hỗ trợ lên đến 2,488 Gbps cho cả 2 hƣớng lên và hƣớng xuống (nếu không dùng splitter, triển khai theo mô hình point to point).  Xét về số lượng sợi quang sử dụng với số thuê bao phục vụ Về số lƣợng sợi quang sử dụng, có thể thấy một điều rõ ràng rằng số sợi quang đƣợc sử dụng trong AON nhiều hơn số sợi quang sử dụng trong PON nếu xét về chiều dài với cùng số thuê bao.  Vấn đề bảo dưỡng Các thiết bị nhƣ Acess Node trong AON cần cấp nguồn và số lƣợng sợi quang nhiều nên AON cần không gian chứa cáp lớn nếu nhƣ triển khai. Trong khi đó với PON, một sợi quang từ CO sẽ đƣợc chia sẻ với các thuê bao qua một thiết bị thụ động (không cần cấp nguồn) là Splitter.  Vấn đề tăng băng thông cho thuê bao Đối với AON việc tăng băng thông cho một thuê bao nếu có yêu cầu thì đơn giản hơn PON rất nhiều. Bởi vì, với AON, việc tăng băng thông của một thuê bao không ảnh hƣởng đến băng thông tối đa của các thuê bao khác, nhƣng với PON, nếu băng thông của một thuê bao tăng lên, đồng nghĩa rằng băng thông tối đa cho các thuê bao khác sẽ giảm xuống. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 10 CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON Nếu xét về phƣơng thức truy cập trong PON thì PON gồm có hai loại chính: truy cập phân chia theo thời gian (TDM/TDMA-PON) và truy cập phân chia theo bƣớc sóng (WDM/WDMA-PON). Trong bài báo cáo Đồ án Tốt nghiệp này, công nghệ truy cập PON đƣợc phân tích là TDM/TDMA PON với các công nghệ APON/BPON (ATM PON/Broadband PON, GPON(Gigabit PON) và EPON(Ethernet PON). 2.1. BPON chuẩn ITU-G.983  Còn đƣợc gọi là APON (ATM PON).  BPON sử dụng phƣơng pháp truy nhập phân chia theo thời gian cho các user, và sử dụng cell ATM trong truyền dẫn.  Khoảng cách truyền dẫn từ các OLT đến các ONT là từ 10 – 20 km.  BPON sử dụng bƣớc sóng 1310 nm cho hƣớng lên và 1490 nm cho hƣớng xuống. Riêng bƣớc 1550 nm đƣợc dùng cho luồng video ở hƣớng xuống.  Theo khuyến nghị G 983.1 năm 1988 quy định tốc độ download cho BPON là 622,08 Mb/s và upload là 155,52 Mb/s. G 983.1 tháng 05/2005 qui định thêm tốc độ 1244,16 Mb/s cho hƣớng download. Đồng thời quy định rõ sử dụng hai sợi quang cho một kết nối, tuy nhiên vì bƣớc sóng sử dụng ở hƣớng xuống và hƣớng lên không giống nhau nên trên thực tế có thể dùng chung một sợi quang.  Có ba loại thiết kế cho ODN (mạng phân phối quang) giữa OLT và các ONT phụ thuộc vào suy hao của ODN. - Loại A: 5 – 20 dB - Loại B: 10 – 25 dB - Loại C: 15 – 30 dB 2.1.1. Kiến trúc các lớp BPON gồm có hai lớp chính: lớp vật lý (Physical Medium Layer) và lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence Layer). Trong lớp hội tụ truyền dẫn chia làm hai lớp con: lớp con thích nghi (Adaptation) và lớp con truyền dẫn PON (PON Transmission). SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 11 CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON BPON OSI Application Path layer Presentation Adaptation Transmission convergence layer Session Transport PON transmission Network Data Link Physical medium layer Physical Hình 2.1 Kiến trúc các lớp trong BPON  Lớp vật lý:  Chính là ODN, kết nối vật lý giữa OLT và các ONT. Làm nhiệm vụ chuyển đổi quang - điện, điều chế, giải điều chế các bƣớc sóng 1310 nm, 1490 nm và 1550 nm đề truyền đi trên môi trƣờng vật lý.  Đồng bộ giữa truyền và nhận chuỗi tín hiệu trên cơ sở đồng bộ giữa đầu thu và đầu phát.  Các qui định cho lớp vật lý: - Khoảng cách giữa OLT và ONU tối đa là 20km. - Bƣớc sóng 1260 - 1360 nm cho hƣớng lên, 1480 - 1580 nm cho hƣớng xuống. - Tốc độ bit: 155,52 hoặc 622,08 Mb/s cho hƣớng xuống và 155,52 Mb/s cho hƣớng lên. - Dạng lƣu lƣợng: song hƣớng cho tín hiệu số và chỉ duy nhất hƣớng xuống cho tín hiệu analog dùng truyền video. - Tỷ lệ splitter: hỗ trợ đến 1:32, giới hạn bởi suy hao của ODN.  Lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence Layer - TC): Có bốn chức năng chính là phân định tế bào, tạo chuỗi xác thực để kiểm soát lỗi header, tách tốc độ tế bào và tạo thích ứng cho khung truyền dẫn. TC gồm có hai lớp con:  Lớp con thích nghi (Adaptation) là lớp phụ thuộc môi trƣờng truyền dẫn, đóng vai trò chức năng trung gian giữa lớp vật lý và lớp cao hơn. Nó sẽ chuẩn bị một cell ATM để truyền trong ba bƣớc. Đầu tiên đƣa các mẫu đồng bộ tới trƣờng payload. Tiếp theo, thêm vào trƣờng SN (Sequence Number) và SNP (Sequence Number Protection) nhằm cho đầu thu biết đã nhận đƣợc cell đúng thứ tự hay không. Cuối cùng thêm vào các byte giả sao cho vùng Payload đủ 48 byte vì một cell ATM luôn cố định 48 byte Payload và 5 byte Header. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 12 CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON  Lớp con truyền dẫn PON (PON Transmission) chịu trách nhiệm đồng bộ bit, đồng bộ byte. Đối với hƣớng truyền, thực hiện ghép header và sau đó chuyển khung truyền dẫn xuống lớp vật lý. Đối với hƣớng nhận, thực hiện tách header, sau đó chuyển dòng cell ATM lên lớp cao hơn để xử lý.  Lớp tuyến (Path layer) BPON dựa trên ATM là một kết nối có hƣớng, đồng nghĩa rằng phải có một kênh ảo trong quá trình truyền dữ liệu. Lớp tuyến sẽ quy định rõ điều này bằng hai thông số trong một khung ATM là VPI (Vitual Path Identifier) và VCI (Vitual Curcuit Identifier). Các cell ATM sẽ đƣợc chuyển mạch dựa trên hai thông số trên. 2.1.2. Định dạng khung truyền dẫn Tùy theo tốc độ truyền dẫn mà một khung BPON cũng có cấu trúc khác nhau. Tuy nhiên chiều dài mỗi khung đều là 125 µs. Đối với tốc độ 155,52 Mb/s sẽ có 56 cell trong một khung (gồm có 53 cell ATM và 2 cell PLOAM - Physical Layer Operation, Administration and Maintenance). Đối với tốc độ 622,08 Mb/s (gấp 4 lần) thì số cell trong một khung sẽ tăng lên 4 lần là 224 cell (gồm 216 cell ATM và 8 cell PLOAM). Với khuyến nghị G 983.1 tháng 05/2005 có khuyến nghị thêm một tốc độ truyền dẫn ở hƣớng xuống là 1244,16 Mb/s (8 x 155,52 Mb/s) thì số lƣợng cell sẽ là 448 cell (có 432 cell ATM và 16 cell PLOAM). Cell PLOAM đóng vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động truyền dẫn của BPON. Ở khung hƣớng xƣớng, trong trƣờng hợp việc gán băng thông động (DBA) đƣợc thiết lập cell PLOAM qui định các Grant cho phép các ONT gửi một hay nhiều cell kế tiếp đến các TCON. ở các khung hƣớng lên, PLOAM chứa các thông tin do các ONT gửi cho các OLT về trạng thái hàng đợi, hỗ trợ các OLT trong việc gán băng thông động. Có hai vấn đề gây nên sự khác biệt giữa khung hƣớng xuống và khung hƣớng lên: đối với khung hƣớng xuống, chính vì có đến ba tốc độ (155,52;622,08;1244,16 Mb/s) nên số lƣợng cell ATM cũng nhƣ cell PLOAM trong một khung thời gian cũng khác nhau nhƣ đã nói ở trên. Nhƣng đối với hƣớng lên, cần chú ý đến ở đây là cấu trúc một cell PLOAM hƣớng lên thì khác cấu trúc một cell PLOAM hƣớng xuống. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 13 CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON 2.1.2.1. Khung ATM Dữ liệu đƣợc truyền dẫn trong BPON đƣợc đóng vào các khung ATM. Vì thế cần hiểu rõ cell ATM trƣớc khi nói đến khung truyền dẫn trong BPON. VPI GFC Header (5 bytes) VPI VPI VPI I I VCI VCI VPI PT I 53 by tes VPI VPI CLP PT I CLP HEC HEC Payload Payload Payload (48 bytes) (48 bytes) (48 bytes) 8 bits ATM cell ATM UNI cell ATM NNI cell Hình 2.2: Cấ u trúc khung ATM Cell ATM có cấu trúc nhƣ hình trên, gồm có 48 Byte phần Payload chứa dữ liệu và 5 Byte header dùng để chuyển mạch các khung ATM. Có hai loại cell ATM là ATM UNI (cell do thiết bị đầu cuối gửi lên node chuyển mạch) và ATM NNI (cell giữa hai node chuyển mạch), cell ATM NNI không có trƣờng GFC. Trong Header của ATM có những thành phần sau:  GFC (Generic Flow Control):Cung cấp chức năng mang tính chất nội bộ khi có nhiều thiết bị (thƣờng là thiết bị đầu cuối) chia sẻ chung một giao diện ATM. Trƣờng này thƣờng không đƣợc thiết lập, có giá trị mặc định là 0 (nhị phân: 0000).  Virtual Path Identifier (VPI):Cùng với các VCI sẽ chịu trách nhiệm xác định đích kế tiếp khi các cell đƣợc chuyển qua một dãy các bộ chuyển mạch ATM trên đƣờng đến đích cuối cùng của nó.  Virtual Channel Identifier (VCI):Cùng với các VPI sẽ chịu trách nhiệm xác định đích kế tiếp khi các cell đƣợc chuyển qua một dãy các bộ chuyển mạch ATM trên đƣờng đến đích cuối cùng của nó.  Payload Type (PT): Bit đầu tiên của PT dùng để chỉ định cell chứa dữ liệu ngƣời dùng hay thông tin điều khiển (nếu cell chứa dữ liệu ngƣời dùng thì nó có giá trị là 0 và sẽ có giá trị 1 nếu cell chứa thông tin điều khiển). Bit thứ hai cho biết trạng thái tắc nghẽn (có giá trị là 0 nếu không tắc nghẽn và bằng 1 nếu có tắc nghẽn). Bit thứ ba xác định xem cell có phải là cell cuối cùng của chuỗi cell trong khung hay không (nếu có giá trị là 1 là cell cuối cùng của khung). SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 14