Tài liệu Thiết kế chế tạo máy thái sắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG ------------ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG ETHERNET-EPON Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Hoài Trung Sinh viên thực hiện: Quách văn Hiếu Lớp: KTVT_A Khóa: 50 Hà Nội - 2013 Đồ án: ‘‘ Nghiên cứu công nghệ truy nhập quang Ethernet- Pon’’ Page 1 2 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ ngày càng phát triển thì những nhu cầu cuộc sống của con người ngày càng cao hơn. Những nhu cầu đó có thể là tìm kiếm, trao đổi thông tin, vui chơi, giải trí…Để đáp ứng những nhu cầu đó, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không ngừng đổi mới công nghệ cũng như dịch vụ mới. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để các nhà cung cấp có thể truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng, chính xác, an toàn và kinh tế. Có nhiều giải pháp được đưa ra, trong đó việc khai thác nguồn tài nguyên băng rộng luôn được đặt lên hàng đầu. Trước kia, cáp đồng đã được lựa chọn sử dụng chủ yếu cho hệ thống mạng truy nhập. Tuy nhiên với những hạn chế như băng thông nhỏ, khả năng chống nhiễu kém, suy hao lớn, phạm vi truyền ngắn, cáp đồng đã tỏ ra không còn phù hợp với nhu cầu sử dụng mạng khi mà ngày nay càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời như tripleplay, IPTV, VoD, VoIP… và đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của Internet. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để truyền tải được nhiều loại dữ liệu trong khi băng thông là có hạn. Với những vấn đề đó, việc đưa cáp quang vào sử dụng trong mạng truy nhập là một giải pháp hữu hiệu, và công nghệ PON (Passive Opical Netword: Mạng truy nhập quang thụ động) ra đời đã mở ra một tiềm năng lớn cho việc triển khai các dịch vụ băng rộng và thay thế dần các hệ thống mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp, chất lượng thấp. Trong các chuẩn PON thì hiện nay EPON (Ethernet - Pon: Mạng quang thụ động chuẩn Ethernet) đã được lựa chọn sử dụng nhiều nhất 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, EPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ của mạng truy nhập thế hệ mới. Trong đồ án này, em đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc của công nghệ EPON và khả năng triển khai tại Việt Nam. Đồ án gồm 4 chương. Chương 1 trình bày khái quát chung về mạng truy nhập quang, các công nghệ sử dụng mạng truy nhập và hướng phát triển của mạng truy nhập quang. Chương 2 đi sâu vào SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 3 tìm hiểu mạng truy cập PON. Chương 3 trình trình bày công nghệ Ethernet, cấu trúc phân lớp, giới thiệu tổng quan về kỹ thuật Ethernet, kiến trúc mô hình mạng, từ đó cho thấy thế mạnh công nghệ này trong mạng truy nhập quang thụ động và công nghệ EPON. Chương 4 khả năng triển khai mạng E-PON vào hệ thống mạng truyền tải Việt Nam. Hà Nội, ngày 14 tháng 3 năm 2013 sinh viên Quách Văn Hiếu SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 4 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 2 MỤC LỤC .............................................................................................................................. 4 TỔNG HỢP DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... 6 TỔNG HỢP DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... 8 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG ...................................... 11 1.1. Giới thiệu chung. ...................................................................................................................... 11 1.1.1. Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông. ........................................................................ 11 1.1.2. Mạng truy nhập cáp đồng. ....................................................................................................... 11 1.1.3. Mạng truy nhập cáp quang. ..................................................................................................... 13 1.2. Mạng truy nhập quang FTTx. ................................................................................................ 14 1.2.1. Giới thiệu................................................................................................................................. 14 1.2.2. Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU. ............................................................................. 14 1.2.3. Phân loại mạng FTTx theo cấu hình. ...................................................................................... 15 1.3. Các công nghệ cung cấp kết nối mạng quang FTTx. ............................................................ 16 1.3. 1. Mạng quang chủ động AON. ................................................................................................. 16 1.3.2. Mạng quang thụ động PON. .................................................................................................... 18 Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là: .......................................... 20 1.3.3. So sánh mạng PON và AON. .................................................................................................. 21 1.4. Kết luận. .................................................................................................................................... 21 CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON. .................................... 22 2.1. Kiến trúc mạng PON................................................................................................................ 22 2.2. Mô hình mạng PON. ................................................................................................................ 22 2.3. Các thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON. .................................................... 25 2.3.1. Sợi quang, cáp quang. ............................................................................................................. 25 2.3.2. Bộ tách, ghép quang. ............................................................................................................... 25 2.3.3. Các đầu cuối mạng PON. ........................................................................................................ 25 2.4. Các công nghệ của PON........................................................................................................... 26 2.4.1. APON/BPON. ......................................................................................................................... 26 2.4.2. EPON/GEPON. ....................................................................................................................... 27 2.4.3. GPON. ..................................................................................................................................... 28 2.4.4. WDM- PON. ........................................................................................................................... 29 2.4.5. CDMA-PON. .......................................................................................................................... 30 2.4.6. So sánh các chuẩn công nghệ của TDMA-PON. .................................................................... 31 2.5. Kết luận chương. ...................................................................................................................... 34 SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 5 CHƯƠNG III: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET-PON ............. 35 3.1. Tổng quan về công nghệ Ethernet. ......................................................................................... 35 3.1.1. Kiến trúc mô hình mạng Ethernet. .......................................................................................... 36 3.1.2. Các phần tử mạng Ethernet. .................................................................................................... 37 3.1.3. Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu ISO. ................................................. 38 3.1.4. Lớp con Mac Ethernet. ............................................................................................................ 40 3.1.5. Lớp vật lý Ethernet. ................................................................................................................. 42 3.1.6. Ethernet và mô hình OSI. ........................................................................................................ 43 3.2. Mạng truy nhập quang thụ động ETHERNET-PON. .......................................................... 45 3.2.1. Mạng truy nhập quang thụ động EPON. ................................................................................. 45 3.2.2. Nguyên lý hoạt động. .............................................................................................................. 46 3.2.3. Giao thức điều khiển đa điểm MPCP. ..................................................................................... 48 3.2.4. EPON với kiến trúc 802. ......................................................................................................... 53 3.3. Trễ và các phương pháp phân phối băng thông trong EPON. ............................................ 57 3.3.1. Mô hình mô phỏng của mạng truy nhập EPON. ..................................................................... 57 3.3.2. Thuật toán InterleAved Polling. .............................................................................................. 60 3.3.3. Kế hoạch phân bổ băng thông. ................................................................................................ 64 3.3.4. Các thành phần của trễ gói. ..................................................................................................... 66 3.3.5. Sự cấp phát băng thông. .......................................................................................................... 67 3.3.6. SLA aware P- DBA. ............................................................................................................... 70 3.3.7. SLA aware Adaptive DBA. ..................................................................................................... 72 3.4. Kết luận chương. ...................................................................................................................... 74 CHƯƠNG IV: KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM ............................................ 75 4.1. Tình hình triển khai mạng truy nhập quang Việt Nam. ....................................................... 75 4.2. Áp dụng triển khai thực tế tại Việt Nam. ............................................................................... 76 4.2.1. Nhu cầu sử dụng internet băng rộng tại Việt Nam. ................................................................. 77 4.2.1. Nhu cầu sử dụng IPTV của mạng VNPT tại Việt Nam. ......................................................... 79 4.2.2. Dịch vụ VoIP tại Việt Nam. .................................................................................................... 80 4.3. Kết luận. .................................................................................................................................... 83 KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................................... 84 LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 87 SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 6 TỔNG HỢP DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Vị trí mạng truy nhâp trong mạng viễn thông. .............................................. 11 Hình 1.2. Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU. ................................................... 14 Hình 1.3. Kiến trúc mạng quang chủ động. .................................................................... 18 Hình 1.4. Kiến trúc mạng quang thụ động. ..................................................................... 20 Hình 2.1. Mô hình kiến trúc mạng quang thụ động PON. ............................................ 22 Hình 2.2. Mô hình cây. ...................................................................................................... 23 Hình 2.3. Mô hình dạng bus. ............................................................................................ 23 Hình 2.4. Mô hình dạng vòng. .......................................................................................... 24 Hình 3.1. Mô hình kết nối điểm – điểm. ......................................................................... 36 Hình 3.2. Mô hình kết nối bus đồng trục. ....................................................................... 37 Hình 3.3. Mô hình kết nối sao. ......................................................................................... 37 Hình 3.4. Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI. ......................... 38 Hình 3.5. Lớp vật lý và lớp Mac tương thích với các yêu cầu cho truyền.................. 39 Hình 3.6. Dạng khung dữ liệu cơ bản Ethernet. ............................................................. 41 Hình 3.7. Mô hình tham chiếu lớp vật lý Ethernet. ....................................................... 44 Hình 3.8. Lưu lượng hướng xuống trong EPON............................................................ 47 Hình 3.9. Lưu lượng hướng lên trong EPON. ................................................................ 47 Hình 3.10. Thời gian Round – trip. .................................................................................. 50 Hình 3.11.Giao thức MPCP- hoạt động của bản tin Gate. ............................................ 51 Hình 3.12. Giao thức MPCP – hoạt động của bản tin Report. ..................................... 52 Hình 3.13. Trường link IP được nhúng trong mào đầu. ................................................ 54 Hình 3.14.a. Hướng xuống trong PtPE............................................................................ 55 Hình 3.14.b. Hướng lên trong PtPE. ................................................................................ 55 Hình 3.15. Cầu giữa các ONU trong PtPE. ................................................................... 56 Hình 3.16.a. Hướng truyền xuống trong SME. .............................................................. 56 Hình 3.16.b. Hướng truyền lên trong SME. ................................................................... 57 SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 7 Hình 3.17. Mô hình mô phỏng mạng truy nhập EPON................................................. 58 Hình 3.18. Sự phát triển lưu lượng trong ONU. ............................................................ 60 Hình 3.19. Các bước của thuật toán Interleaved Plolling. ............................................ 62 Hình 3.20. Các thành phần của trễ gói. ........................................................................... 66 Hình 4.1. Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom) ........... 78 SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 8 TỔNG HỢP DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: So sánh các chuẩn công nghệ của TDMA-PON. ......................................... 31 Bảng 4.1: Nhu cầu băng thông của một số loại hình dịch vụ. ...................................... 77 TỔNG HỢP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT ADSL TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT Asymmetric Digital Subscriber Đường dây thuê bao bất Line đối xứng Chế độ truyền tải không ATM Asynchronous Tranfer Mode Broadband Passive Optical Mạng quang thụ động Network băng rộng Cable Television Truyền hình cáp BPON CATV đồng bộ Đa truy cập phân chia CDMA Code Division Multiple Access theo mã Cấp phát băng thông DBA Dynamic Bandwidth Alocation động Mang quang thụ động EPON Ethernet PON chuẩn Ethernet Mạng truy cập dịch vụ FSAN Full Service Access Network FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Cáp quang đến cụm dân SV: Quách Văn Hiếu đầy đủ GVHD: TS.Trần Hoài Trung 9 cư FTTE Fiber To The Exchange Cáp quang đến tận tổng đài FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến tận nhà Cáp quang đến các FTTN Fiber To The Node node FTTO Fiber To The Office Cáp quang đến văn phòng Cáp quang đến tận FTTU Fiber To The User người dùng Cáp quang đến khu vực FTTX Fiber To The X X Gigabit Passive Optical Mang quang thụ động Network Gigabit GPON IEEE Institute of Electrical and lectronics Hiệp hội các kỹ sư điện và Engineers điện tử thế giới Internet Protocol Television Truyền hình Internet ID Indentify Destination Chỉ định địa chỉ đích IP Internet Protocol Giao thức Internet Integrated Services Mạng dịch vụ số tích DigitaNetwork hợp International Telecommunication Liên minh viễn thông Union quốc tế IPTV ISDN ITU IPS Intrusion Prevention System LAN Local Area Network SV: Quách Văn Hiếu Hệ thống ngăn ngừa xâm nhập Mạng cục bộ GVHD: TS.Trần Hoài Trung 10 MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập Mạng phân phối mạng ODN Optical Distribution Network quang Thiết bị đầu cuối đường OLT Optical Line Terminal dây quang ONT Optical Network Terminal Thiết bị đầu cuối mạng ONU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PON Passive ptical Network Mạng quang thụ động Time Division Multiplex Đa truy cập phân chia Access theo thời gian TDMA Giao diện người sử dụng UNI User Network Interface VOD Video On Demand WDM Wave Division Multiplexing WAN Wide Area Network - mạng Video theo yêu cầu Ghép kênh phân chia SV: Quách Văn Hiếu theo bước sóng Mạng diện rộng GVHD: TS.Trần Hoài Trung 11 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 1.1. Giới thiệu chung. 1.1.1. Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông. Mạng viễn thông gồm hai phần cấu thành chính: phần mạng lõi và phần mạng truy nhập. Q3 PSTN ISDN DDN NGN ….. Server MẠNG TRUY NHẬP SNI-NÚT GIAO DIỆN CÁC DỊCH VỤ POTS V.90.92 ISDN xDSL …. UNI-GIAO DIỆN NGƯỜI SỬ DỤNG MẠNG Hình 1.1. Vị trí mạng truy nhập trong mạng viễn thông. Mạng truy nhập nằm giữa người sử dụng dịch vụ viễn thông và điểm cung cấp dịch vụ của mạng để truyền tải các dịch vụ sẵn có từ điểm cung cấp dịch vụ đến người sử dụng. Mạng lõi bao gồm hệ thống tổng đài, điểm cung cấp dịch và các hệ thống chuyển tiếp, trung gian cùng hệ thống truyền dẫn liên đài, nhằm cung cấp các dịch vụ cho người dùng thông qua các điểm dịch vụ.[5]. 1.1.2. Mạng truy nhập cáp đồng. Hiện nay, các tổng đài quốc tế và tổng đài liên tỉnh đều đã được nâng cấp, các tổng đài nội hạt được số hóa 100%, trung kế nội tỉnh tới các tổng đài vệ tinh hầu như đã sử dụng 100% cáp quang. Chỉ còn phần truyền tín hiệu tới SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 12 thuê bao vẫn dùng đôi cáp đồng truyền thống. Mạng truy nhập cáp đồng hiện nay được sử dụng rộng dãi trong mạng trong mạng truy nhập thuê bao tại rất nhiều quốc gia. Đây là phương thức truyền dẫn đầu tiên từ khi mạng điện thoại ra đời và cho đến nay nó không ngừng hoàn thiện và phát triển. Cáp đồng đôi dây xoắn thường có kích thước 0,4 - 0,6 mm, được bọc cách điện và xoắn lại với nhau thành từng cụm vài trục đến vài trăm đôi. Hệ thống mạng đồng có ưu điểm:  Kế thừa được sự có sẵn của mạng truyền thống.  Đảm bảo tính linh hoạt, có thể chia nhỏ tới từng thuê bao phức tạp.  Cáp đồng thường có độ bền cơ lý cao. Bên cạnh những ưu điểm đó hệ thống này đang dần bộc lộ những hạn chế của nó trong khi nhu cầu về da dạng dịch vụ ngày càng lớn đó là:  Phần mạng giao tiếp trực tiếp với khách hàng hiện nay là cáp đồng nội hạt, không đáp ứng được nhu cầu phát triển trong tương lại vì dải tần của đôi dây cáp đồng chỉ đáp ứng được các dịch vụ thoại truyền thống và số liệu tốc độ chậm.  Bán kính vùng phục vụ của tổng đài bị hạn chế do khả năng truyền tín hiệu của cáp đồng, ở các thành phố lớn, vì lý do an toàn dung lượng tổng đài không thể quá lớn, điều này tạo ra một nhu cầu lớn về số lượng các tổng đài do đó khai thác khó hiệu quả, còn ở những cấp dưới của mạng do dung lượng thuê bao không cao, dung lượng tổng đài hay nút chuyển mạch thường hạn chế khoảng vài trăm đến vài nghìn thuê bao, số điểm cần phục vụ lại nhiều, điều này cũng tạo lên số lượng lớn các tổng đài độc lập, việc kết nối các tổng đài độc lập này cũng làm tăng số cấp thuê bao của mạng.  Việc khai thác và quản lý kém hiệu quả do có nhiều loại thiết bị của SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 13 nhà cung cấp khác nhau trên mạng lưới, mỗi nhà cung cấp khác nhau trên mạng lưới lại có những đặc điểm riêng dẫn đến khó quản lý, đỏi hỏi phải xây dựng các tổng đài độc lập để đáp ứng những nhu cầu phát triển.[6] [7]. 1.1.3. Mạng truy nhập cáp quang. Mạng truy nhập cáp quang có động lực phát triển từ việc triển khai cáp quang vào mạng truy nhập thuê bao. Mạng này có thể phân phối đến khách hàng bất kỳ loại hình liên lạc, thông tin giải trí nào dựa trên các dịch vụ thoại, dữ liệu, video … Mạng truy nhập có các ưu điểm sau:  Cho phép đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về dịch vụ mới cả loại hình dịch vụ lẫn dải thông (VOD, CATV, các dịch vụ multimedia, kết nối LAN, WAN…..).  Mạng truy nhập cho phép sử dụng cơ sở hạ tầng mạng có hiệu quả cao hơn, việc phát triển các dịch vụ mới cũng trở lên dễ dàng hơn bằng các thêm các loại card mới và phát triển các phần mềm tương ứng.  Mạng truy nhập cho phép triển khai các dịch vụ một cách nhanh chóng, tạo ra khả năng tích hợp các dịch vụ và giảm đáng kể các chi phí quản lý và bảo dưỡng so với mạng cáp đồng hiện tại do đó mang lại kinh tế cao.  Về mạng tối ưu cấu trúc mạng viễn thông, giảm số lượng nút chuyển mạch trong mạng, tăng bán kính phục vụ của tổng đài nội hạt. Với mạng truy nhập, mạng nội hạt hiện tại sẽ có số lượng tổng ít hơn nhưng dung lượng mỗi nút cao hơn so với mạng hiện tại.  Về quản lý mạng: mạng truy nhập có một hệ thống quản lý giúp mạng hoạt động ổn định linh hoạt với các khả năng chuẩn đoán, SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 14 khắc phục và sửa lỗi tốt. 1.2. Mạng truy nhập quang FTTx. 1.2.1. Giới thiệu. Với sự bùng nổ về nhu cầu băng thông hiện nay, việc triển khai một hệ thống mạng truy nhập quang đến từng hộ gia đình là một xu thế tất yếu. Đó chính là mạng FTTH – Fiber to the home (cáp quang đến tận nhà). FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từ các thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao. Ở đây, “x” được hiểu là một ký hiệu đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như FTTH, FTTC, FTTB, FTTN... Do đó nó có thể thay thế cơ sở hạ tầng cáp đồng hiện tại như dây điện thoại, cáp đồng trục. Đây là một kiến trúc mạng tương đối mới và đang phát triển nhanh chóng bằng cách cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng. Hiện nay, công nghệ cáp quang có thể cung cấp đường truyền lên tới tốc độ 100 Mbps. 1.2.2. Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU. FTTEx ATM NETWORK FTTCab FTTC FTTH/B ADSL (<6Km) Central Office ONU <8Mbit/s XNT ADSL,VDSL (<1Km) LL NETWORK OLT ONU XNT <26Mbit/s OTHER Optical Fibel ONU XNT VDSL(<300M) POTS/ ISDN <52 Mbit/s Optical Fibel Capper ONT Hình 1.2. Phân loại mạng FTTx theo vị trí đặt ONU. SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 15 Một cách tổng quan ta có thể nhìn thất rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTx thông qua hình 1.2. Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTU, FTTE… Điểm khác nhau của các loại hình này là vị trí đặt ONU đến thuê bao. Nếu từ OLU đến ONU (thiết bị đầu cuối người dùng) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gợi FTTH/FTTB.  FTTH (Fiber To The Home): cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao.  FTTB (Fiber To The Buiding): giống như FTTH nhưng ở đây kéo đến các tòa nhà cao tầng.  FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư. Lúc đó từ ONU đến thuê bao có thể sử dụng cáp đồng. Trong mô hình này, thiết bị đầu cuối phía người sử dụng được bố trí trong các ca bin trên đường phố, dây nối tới các thuê bao vẫn là cáp đồng. FTTC cho phép san xẻ giá thành của một ONU cho một thuê bao do đó nó có thể hạ thấp được giá thành lắp đặt ban đầu. Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To The Exchange), FTTN (Fiber To The Node)… 1.2.3. Phân loại mạng FTTx theo cấu hình. Cấu hình Pointto Point: là kết nối điểm - điểm, có một kết nối thẳng từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng. Trong hệ thống đường quang trực tiếp mỗi sợi quang sẽ kết nối tới chỉ một khác hàng. Vì sợi quag là sừ dụng riêng rẽ nên cấu hình mạng tương đối đơn giản đồng thời do băng thông không chia sẻ, tốc độ đường truyền có thể lên rất cao. Quá trình truyền dẫn trên cấu trúc cũng rất an toàn do toàn bộ quá trình truyền chỉ trên một đường dây vật lý, chỉ có các đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với các khách hàng khác. Tuy nhiên cấu trúc này có một nhược điểm cơ bản mà khó có thể phát triển cho quy mô rộng đó là giá thành đầu tư cho một khách hàng rất cao, hệ thống SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 16 sẽ trở lên rất cồng kềnh, khó khăn trong việc vận hành và bảo dưỡng khi số lượng khác hàng tăng lên. Cấu hình Point to Multipoint: kết nối điểm – đa điểm, một kết nối từ nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua bộ chia spitter. Trong hệ thống này mỗi đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được chia sẻ sử dụng chung cho một số khách hàng. Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng. Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng. Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi phát triển khỏi cồng kềnh. So sánh hai cấu hình: Hai cấu hình mạng Point to Point và cấu hình mạng Point to Multipoints có nhưng ưu nhược điểm riêng và áp dụng cho người sử dụng khác nhau nhưng cấu hình Point to Multipoints có nhưng ưu điểm vượt trội để áp dụng vào triển khai mạng thực tế. Đó là giảm chi phí lắp đặt đường truyền đến thuê bao, giảm các thiết bị, tận dụng tối đa dung lượng đường truyền. Cấu hình Point to Multipoint là cấu hình rất phù hợp với hệ thống mạng truy nhập cáp quang. 1.3. Các công nghệ cung cấp kết nối mạng quang FTTx. 1.3. 1. Mạng quang chủ động AON. Để phân phối tín hiệu, mạng quang chủ động sử dụng các thiết bị cần nguồn điện nuôi để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc mulitiplexer. Dữ liệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng đó và dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh được xung SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 17 đột khi truyền trên đường vật lý chung bằng việc sử dụng bộ đệm của các thiết bị chủ động. Từ năm 2007, hầu hết các hệ thống mạng quang chủ động được gọi là Ethernet chủ động, Ethernet chủ động sử dụng các chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu, do đó sẽ kết nối các căn hộ khách hàng với nhà cung cấp thành một hệ thống mạng Ethernet khổng lồ giống như một mạng máy tính thông thường ngoại trừ mụch đích của chúng là kết nối các căn hộ và các tòa nhà với các nhà cung cấp dịch vụ. Mỗi tủ chuyển mạch có thể quản lý tới 1.000 khác hàng, thông thường là 400 - 500 khách hàng. Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3. Một nhược điểm 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 ngược 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 thiết bị chuyển mạch tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tư lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà trong mạng truy nhập. Hình 1.3. dưới đây mô tả kiến trúc mạng quang chủ động AON. Với mô hình cáp quang chạy đến từng hộ gia đình, một thuê bao của mạng quang chủ động hình cây cách trung tâm điều khiển từ xa tới 20 km sẽ được cấp một đường dây quang riêng đủ để đáp ứng cho băng thông 2 chiều. Cấu trúc mạng này tương tự như cấu trúc của mạng cáp đồng hiện tại và vẫn dễ dàng cho các nhà cung cấp dịch vụ đã có sẵn cơ sở hạ tầng. Mạng quang chủ động được hỗ trợ các chuẩn Ethernet quang và cấu trúc đơn giản và quan trọng nhất nó rất linh hoạt cho sự tăng trưởng của hệ thống viễn thông trong tương lai. Bởi vì đặc SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 18 điểm quan trọng của các hệ thống viễn thông là các thiết bị đầu cuối thay đổi rất nhanh chóng nhưng nhưng cơ sở hạ tầng mạng thì phải tồn tại từ 15 đến 20 năm. Do đó lựa trọn giải pháp nào là điều rất quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũng như những kỹ sư thiết kế hệ thống mạng. Routed to 500 ONTs A ONT A A B C C D V B V ONT B V C V V D ONT V ONT Up To 70 km D V Up To 20 km Hình 1.3. Kiến trúc mạng quang chủ động. 1.3.2. Mạng quang thụ động PON. Mạng quang thụ động có thể định nghĩa một cách ngắn gọn như sau: mạng quang thụ động (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 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… 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 bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực. Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn ưu điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 19 có từ trước. PON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU theo yêu cầu của các dịch vụ, trong khi việc thiết lập trong mạng tích cực khá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng và trong mỗi nút mạng đều cần có các bộ phát lại. PON có thể hoạt động với chế độ không đối xứng. Chẳng hạn, một mạng PON có thể truyền dẫn theo luồng 622Mbits ở đường xuống và truy nhập theo luồng 155Mbits ở đường lên. Một mạng đối xứng như vậy sẽ giúp cho cho phí của các ONU giảm đi rất nhiều, do chỉ phải sử dụng các bộ thu phát giá thành thấp hơn. Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang, ONU/ONT. OLT là thiết bị đầu cuối đường truyền quang, 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 băng thông từ một sợi duy nhất đến người sử dụng ( n là hệ số chia của splitter, n có thể là 8, 16, 32, 64 hoặc 128) trên một khoảng cách tối đa là 20 km. Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người sử dụng cần có các ONU/ONT. Các thiết bị này có nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang. SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung 20 Split to 32 ONTs B A A B V A ONT V B V ONT A B V OLT C C D V D C V D ONT C V V ONT Split to 32 ONTs D V Up To 20 km Hình 1.4. Kiến trúc mạng quang thụ động. Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:  OLT (Optical Line Terminal): đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office. Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống FTTH, cung cấp các dao diện truy nhập PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu phía uplink.  ONU (Optical Network Unit): ONU 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 (Optical Network Terminal): Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là điểm cuối cùng của ODN.  OND (Optical Network Distribution): Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT. Cụ thể, hệ thống phân phối SV: Quách Văn Hiếu GVHD: TS.Trần Hoài Trung