Đồ án điệnt tử viễn thông - Đề tài: "THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG " - HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Chia sẻ: Nguyễn Thị Thúy Thúy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

335
lượt xem 153
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những năm gần đây, việc gia tăng dung lƣợng mạng truyền dẫn cùng với việc phát triển các ứng dụng và dịch vụ mới đến khách hàng đã tạo ra hiện tƣợng gọi là thắt cổ chai trong mạng truy nhập. Không nghi ngờ gì nữa mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn. Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tƣợng thắt cổ chai. Mạng PON là mạng điểm...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án điệnt tử viễn thông - Đề tài: "THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG " - HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

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: HOÀN CHỈNH KIẾN THỨC ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Đề tài: THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG Mã số đề tài: 09407360001 Sinh viên thực hiện: HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN MSSV: 407360001 Lớp: Đ07VTH1 Giáo viên hƣớng dẫn: Thạc sĩ ĐỖ VĂN VIỆT EM TPHCM – 2009
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự Do – Hạnnh Phúc -------- o0o -------- -------- o0o -------- Thành phố Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2009 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC ( Dành cho ngƣời hƣớng dẫn ) 1. Tên đề tài tốt nghiệp: ................................................................................................. .................................................................................................................................. .............................................................................................. Mã đề tài: .................. 2. Họ tên sinh viên thực hiện: .................................................... Lớp: .......................... Ngày sinh: ............................................................................. MSSV: ...................... 3. Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện: Số trang: ............................................................ Số chƣơng (phần): ........................ Số bảng số liệu: ................................................. Số hình vẽ: ................................... Số tài liệu tham khảo: ........................................ Phần mềm sử dụng: ...................... Hiện vật (sản phẩm phần mềm, phần cứng): .............................................................. 4. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp: 4.1. Nội dung thực hiện: ........................................................................................... .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4.2. Kết quả sản phẩm: .............................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4.3. Khả năng áp dụng: .............................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4.4. Hình thức trình bày:............................................................................................ .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 5. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp:
.................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 6. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ  7. Đánh gía chung: Điểm số : ................ /10 ; Điểm chữ: .............................................. Xác nhận của Bộ môn/Khoa Giáo viên hƣớng dẫn
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ------ -- o0o -------- ------ -- o0o -------- Thành phố Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ….. năm 2009 PHIẾU NHẬN XẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC ( Dành cho ngƣời đọc duyệt ) 1. Tên đề tài tốt nghiệp: ........................................................................................................... ............................................................................................................................................ .............................................................................................. Mã đề tài: ............................ 2. Họ tên sinh viên thực hiện: .................................................... Lớp: .................................... Ngày sinh: ............................................................................. MSSV: ................................ 3. Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện: Số trang:.................................................................. Số chƣơng: ....................................... Số bảng số liệu: ....................................................... Số hình vẽ: ....................................... Số tài liệu tham khảo: .............................................. Phần mềm sử dụng: .......................... Hiện vật (sản phẩm phần mền, phần cứng): ......................................................................... 4. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp: 4.1. Nội dung thực hiện: ...................................................................................................... ............................................................................................................................................ 4.2. Kết quả sản phẩm: ........................................................................................................ ............................................................................................................................................ 4.3. Khả năng áp dụng: ........................................................................................................ ............................................................................................................................................ 4.4. Hình thức trình bày:...................................................................................................... ............................................................................................................................................ 5. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp: ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ 6. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ  7. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc Hội đồng: a).........................................................................................................................................
............................................................................................................................................ b) ........................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ c)......................................................................................................................................... ............................................................................................................................................ 8. Đánh giá chung: Điểm số: ................. /10 ; Điểm chữ: ...................................................... ( Ghi chú: Trong trƣờng hợp thay đổi điểm chấm giáo viên phải ký tên xác nhận ). Xác nhận của Bộ môn/Khoa Giáo viên đọc duyệt
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi đến:  Ba mẹ và gia đình người đã hỗ trợ không những về vật chất mà còn là tinh thần và là nguồn động viên rất lớn của em trong suốt quá trình học tập.  Các quý thầy cô của trường Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông cơ sở tại Tp.HCM nói chung và các thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông nói riêng những người đã giảng dạy truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong suốt 2 năm học qua.  Thầy Đỗ Văn Việt Em_người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án tốt nghiệp này.  Các bạn đồng lớp Điện tử - Viễn thông niên khóa 2007 – 2009 đã hỗ trợ, động viên nhau trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp này. Một lần nữa em chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2009 Sinh viên thực hiện HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN
LỜI MỞ ĐẦU Các kĩ thuật trong thông tin quang có thể cung cấp giải pháp ứng dụng cho hiện tại và tƣơng lai. Thông qua sự phát triển của sợi quang thì kiến trúc mạng viễn thông cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu có dung lƣợng lớn. Một số thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lƣợng băng thông cao, truyền dẫn dài, đáng tin cậy. Những năm gần đây, việc gia tăng dung lƣợng mạng truyền dẫn cùng với việc phát triển các ứng dụng và dịch vụ mới đến khách hàng đã tạo ra hiện tƣợng gọi là thắt cổ chai trong mạng truy nhập. Không nghi ngờ gì nữa mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn. Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tƣợng thắt cổ chai. Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà không 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 dƣỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng đƣợc kiến trúc mạng quang. Hiện nay có 2 mạng PON đƣợc chuẩn hóa tùy theo kĩ thuật lớp 2 đƣợc sử dụng là ITU-T and IEEE. Chuẩn PON đầu tiên dựa vào ATM nhƣ là APON và BPON và dựa vào giao thức đóng gói GFP đƣợc biết nhƣ là GPON. Thứ 2 là chuẩn IEEE 802.3ah nổi lên nhƣ là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho mạng truy nhập băng rộng ở thế hệ kế tiếp, đó là EPON. Luận án tốt nghiệp này đƣợc trình bày gồm 4 chƣơng với nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network). Chƣơng này giới thiệu về mạng PON, các thành phần cơ bản trong mạng PON và phân loại các loại PON. Chƣơng 2: Tìm hiểu FTTH (Fiber to the home). Chƣơng này tìm hiểu cụ thể các loại PON chuẩn theo ITU-T: APON/BPON, GPON và EPON, sau đó giới thiệu muốn mở rộng mạng PON chuẩn này bằng cách sử dụng bộ khuếch đại quang nhƣ thế nào? Chƣơng 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH. Chƣơng này nêu ra mô hình thiết kế, bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng quang thụ động PON theo chuẩn ITU-T và hƣớng mở rộng của mạng PON. Chƣơng 4: Chƣơng trình thiết kế. Giới thiệu chƣơng trình thiết kế. Áp dụng Visual basic. Net để giải quyết chƣơng trình. Do thời gian nghiên cứu không nhiều và quá trình thiết kế chắc chắn không tránh khỏi một số thiếu sót nhất định. Mong đƣợc sự góp ý phê bình quý báu của quý thầy cô để sau này em tiếp tục nghiên cứu sâu hơn.
Tp.HCM, ngày 01 tháng 10 năm 2009 Sinh viên thực hiện HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN
MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................................. i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... vi CHƢƠNG 1 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON......................................... 1 1.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON ............................................................................. 1 1.1.1. Công nghệ PON ........................................................................................................... 1 1.1.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON ............................................................................... 1 1.2. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON ........................................................ 2 1.2.2. OLT ............................................................................................................................. 4 1.2.2.1. Phần lõi OLT ............................................................................................................. 4 1.2.2.2. Phần dịch vụ OLT ..................................................................................................... 5 1.2.2.3. Phần chung OLT ....................................................................................................... 5 1.2.3. ONU ............................................................................................................................ 5 1.2.3.1. Phần lõi ONU ............................................................................................................ 5 1.2.3.2. Phần dịch vụ ONU .................................................................................................... 6 1.2.3.3. Phần chung ONU ...................................................................................................... 6 1.2.4. ODN ............................................................................................................................ 6 1.2.4.1. Sợi quang và cáp quang ............................................................................................. 6 1.2.4.2. Splitter ...................................................................................................................... 7 1.3. Tại sao PON lại phát triển ............................................................................................... 8 1.4. Phân loại PON................................................................................................................. 9 Chƣơng 2 TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME .................................................................................... 11 2.1. APON/BPON ................................................................................................................ 11 2.1.1. Mô tả hệ thống APON/BPON..................................................................................... 12 2.1.2. Kiến trúc phân lớp APON/BPON ............................................................................... 13 2.1.3. Khung truyền dẫn APON/BPON ................................................................................ 13 2.1.4. Bƣớc sóng trong APON.............................................................................................. 16 2.1.5. Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ .................................................................................... 17 2.2. GPON ........................................................................................................................... 18 2.2.1. Mô tả hệ thống GPON ................................................................................................ 18 2.2.2. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC)........................................................................... 19 2.2.3. Khung truyền dẫn GPON ........................................................................................... 20 2.2.3.1. Cấu trúc khung down............................................................................................... 20 2.2.3.2. Cấu trúc khung up ................................................................................................... 24 2.2.3.3. Ánh xạ lƣu lƣợng vào tải GTC................................................................................. 28 2.2.4. Sắp xếp giao thức GPON............................................................................................ 30 2.2.5. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON .................................................................. 32 2.2.6. Bảo mật ...................................................................................................................... 33 2.2.7. Sửa lỗi FEC ................................................................................................................ 33 2.3. EPON............................................................................................................................ 34 i
2.3.1. Kiến trúc tầng Ethernet và EPON ............................................................................... 34 2.3.2. Lớp phụ thuộc môi trƣờng vật lí PMD của EPON....................................................... 36 2.3.3. Hoạt động burst mode và Loop Timing trong EPON .................................................. 36 2.3.4. Khung Ethernet .......................................................................................................... 37 2.3.5. Giao thức điều khiển đa điểm ..................................................................................... 37 2.3.5.1. Ranging trong EPON ............................................................................................... 38 2.3.5.2. Hoạt động Gate và Report ....................................................................................... 38 2.3.5.4. Khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm ............................................................... 40 2.3.5.5. Tự động khám phá ONU ......................................................................................... 41 2.3.5.6. Mô phỏng P2P trong EPON..................................................................................... 42 2.3.6. So sánh EPON và GPON ............................................................................................ 45 2.4. SuperPON ..................................................................................................................... 46 2.5. Phân bổ băng tần ........................................................................................................... 47 2.5.1. Phƣơng pháp phân bổ băng tần cố định ...................................................................... 47 2.5.2. Mô tả hoạt động phân phối băng tần động cơ bản ...................................................... 48 2.5.3. IPACT ........................................................................................................................ 49 2.5.4. Phân phối băng thông tối thiểu đƣợc đảm bảo ............................................................ 52 2.5.5.3. Phân bổ băng thông động......................................................................................... 40 2.5.5.7. Mã hóa và bảo vệ .................................................................................................... 45 2.6. Chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong mạng quang thụ động PON ............. 53 2.6.1. Quản lí mạng cơ bản................................................................................................... 54 2.6.2. Các chức năng quản lí ................................................................................................ 55 2.6.2.1. Quản lí thực thi........................................................................................................ 55 2.6.2.2. Quản lí cấu hình ...................................................................................................... 55 2.6.2.3. Quản lí kế toán ........................................................................................................ 55 2.6.2.4. Quản lí lỗi ............................................................................................................... 55 2.6.2.5. Quản lí bảo mật ....................................................................................................... 56 2.6.3. Hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong FTTH ............................................................ 57 2.7. Ứng dụng ...................................................................................................................... 58 2.7.1. Trên thế giới ............................................................................................................... 58 2.7.2. Tại Việt Nam.............................................................................................................. 59 Chƣơng 3 MÔ HÌNH THIẾT KẾ VÀ BÀI TOÁN THIẾT KẾ FFTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON ............................................................................ 61 3.1. Ý tƣởng mô hình thiết kế ............................................................................................... 61 3.2. Bài toán thiết kế ............................................................................................................ 62 3.2.1. Bài toán 1 Thiết kế FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON ........................................ 62 3.2.2. Bài toán 2 Tính công suất thu đƣợc ở OLT và ONU và so sánh với độ nhạy của thiết bị sau đó đƣa ra kết luận có thiết kế đƣợc FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON không?62 3.2.3. Bài toán 3 Sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất phát của OLT trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON ........................................................................................... 64 3.2.4. Bài toán 4 ii
Sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao do tỉ lệ bộ chia splitter gây nên trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON ............................................................................... 65 3.3. Giả sử một số thiết bị OLT và ONU .............................................................................. 67 Chƣơng 4 CHƢƠNG TRÌNH THIẾT KẾ ......................................................................................... 69 4.1. Giới thiệu chƣơng trình ................................................................................................. 69 4.2. Hƣớng dẫn thực hiện chƣơng trình ................................................................................ 69 PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 81 TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................................................... 82 iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1 : Mô hình hệ thống mạng PON [1]. ......................................................................... 2 Hình 1. 2 : Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng [9]. ......................................................................................................................................... 3 Hình 1. 3 : Các khối chức năng OLT [6]. ............................................................................... 4 Hình 1. 4 : Các khối chức năng ONU [6]................................................................................ 5 Hình 1. 5 : Đặc tuyến suy hao của sợi quang [1]. .................................................................... 7 Hình 1. 6 : Các loại splitter..................................................................................................... 8 Hình 1. 7 : Việc triển khai sợi quang trong mạng truy nhập [10]............................................. 9 Hình 2. 1 : Mô hình hệ thống BPON [1], [10] ...................................................................... 11 Hình 2. 2 :Kiến trúc phân lớp APON/BPON ........................................................................ 13 Hình 2. 3 : Cấu trúc khung download và up load của APON ................................................ 16 Hình 2. 4 : Kế hoạch phân bổ bƣớc sóng của ITU-T G.983.3 ............................................... 17 Hình 2. 5 : Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ đƣợc đƣa ra trong ITU-T G.983.1 ....................... 18 Hình 2. 6 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON [5]..................................................... 20 Hình 2 .7 : Khung down GTC [5] ......................................................................................... 20 Hình 2. 8 : Mô tả chi tiết khung down GTC.......................................................................... 21 Hình 2. 9 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU [5] .................................................................... 22 Hình 2. 10 : Khung up GTC [5]............................................................................................ 24 Hình 2 .11 : Mô tả chi tiết khung up GTC [1] ....................................................................... 25 Hình 2. 12 : Các cell ATM ở hƣớng up lên [5] ..................................................................... 27 Hình 2. 13 : Các khung GEM ở hƣớng up lên [5] ................................................................. 27 Hình 2. 14 : Báo cáo DBA ở hƣớng up lên [5] ...................................................................... 27 Hình 2. 15 : Cấu trúc header vả khung GEM [5]................................................................... 28 Hình 2. 16 : Cơ chế trạng thái mô tả GEM [5] ...................................................................... 29 Hình 2. 17 : Ánh xạ và phân đoạn dữ liệu của user thành tải GEM [5] .................................. 30 Hình 2. 18 : Ghép dữ liệu khẩn cấp sử dụng thủ tục phân khung GEM [5] ........................... 30 Hình 2. 19 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 1 : Thủ tục đăng kí số serial cho ONU mới [1] ............................................................................................................................................ 31 Hình 2. 20 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 2 : Thủ tục đo độ trễ [1] ................................ 32 Hình 2. 21 : Ví dụ khung down cho tốc độ 2.488 Gbps [5] ................................................... 33 Hình 2. 22 : Ví dụ khung up lên [5] ...................................................................................... 34 Hình 2. 23 : Kiến trúc lớp P2P Ethernet và lớp P2MP EPON [1] .......................................... 35 Hình 2. 24 : Khuôn dạng khung Ethernet chuẩn. .................................................................. 37 Hình 2. 25 : Thủ tục sắp xếp EPON [1]. ............................................................................... 38 Hình 2. 26 : Hoạt động Gate của EPON [1] .......................................................................... 39 Hình 2. 27 : Hoạt động Report của EPON ............................................................................ 40 Hình 2. 28 : Khuôn dạng của khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU .............. 41 Hình 2. 29 : Thủ tục dò tìm tự động trong EPON ................................................................. 41 Hình 2. 30 : Các ONU không thấy lƣu lƣợng trực tiếp với nhau mà phải thông qua OLT ..... 42 Hình 2. 31 : Mô phỏng P2P trong EPON .............................................................................. 43 iv
Hình 2. 32 : Nhãn khung MAC trong EPON ........................................................................ 44 Hình 2. 33 : Mô phỏng hoạt động OLT quảng bá lƣu lƣợng và ONU truyền P2P trong EPON ............................................................................................................................................ 45 Hình 2. 34 : MAC P2P và quảng bá trong EPON ................................................................. 45 Hình 2. 35 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt sau bộ OLT ............................................ 47 Hình 2. 36 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt gần splitter để bù suy hao cho splitter ..... 47 Hình 2. 37 : Phân bổ khe thời gian cố định [3] ..................................................................... 48 Hình 2. 38 : Mô hình phân bổ băng tần động cơ bản [1] ....................................................... 48 Hình 2. 39 : Các bƣớc thuật toán polling [3] ......................................................................... 52 Hình 2. 40 : Các bƣớc của giao thức phân bổ băng thông tối thiểu........................................ 53 Hình 2. 41 : Các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và mối quan hệ của chúng [13] ............................................................................................................................................ 54 Hình 2. 42 : Các tiến trình quản lí lỗi [13] ............................................................................ 56 Hình 2. 44 : Bảng cập nhật xếp hạng sử dụng FTTH ở châu Á ............................................. 58 Hình 2. 43 : OLT khởi tạo loop-back điều khiển từ xa [13] .................................................. 58 Hình 3. 1 : Mô hình thiết kế mạng PON ............................................................................... 61 Hình 3. 2 : Minh họa khoảng cách truyền cần tăng và vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán muốn tăng công suất phát ............................................................................................. 64 Hình 3. 4 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán bù suy hao cho splitter .... 66 Hình 3. 5 : Lƣu đồ giải thuật của bài toán số 2, 3 và 4 ............ Error! Bookmark not defined. Hình 4. 1: Giao diện chính của chƣơng trình ........................................................................ 71 Hình 4. 2 : Giao diện của chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý ..... 71 Hình 4. 3 : Giao diện xuất hiện bảng thông báo khi không nhập vào số thuê bao .................. 72 Hình 4. 4 : Giao diện kết quả chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý 72 Hình 4. 5 : Giao diện chƣơng trình thiết kế FTTH dựa trên công nghệ quang thụ động ......... 73 Hình 4. 6 : Giao diện cơ sở dữ liệu của chƣơng trình thiết kế mạng PON chuẩn theo ITU-T. 73 Hình 4. 7 : Giao kết quả chƣơng trình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T ....................... 75 Hình 4. 8 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất phát ...................................................................................................................................... 75 Hình 4. 9 : Giao diện kết quả tính toán khi sử dụng bộ khuếch đại để tăng công suất phát. .. 76 Hình 4. 10 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho splitter. ................................................................................................................................. 77 Hình 4. 11 : Giao diện kết quả của chƣơng trình thiết kế PON sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho splitter.......................................................................................................... 78 v
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1 : Liệt kê suy hao của các bộ chia splitter tƣơng ứng. ............................................... 8 Bảng 1. 2 : Mô tả sự khác nhau của APON/BPON, GPON và EPON. .................................. 10 Bảng 2. 1 : Tốc độ down và up của APON/BPON. ............................................................... 12 Bảng 3. 1 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị OLT trong PON. .......................................... 67 Bảng 3. 2 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị ONU trong mạng PON. ................................ 68 vi
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG Chƣơng 1: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON Chƣơng này giới thiệu về mạng quang thụ động PON, các thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON và phân loại các loại PON. 1.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON 1.1.1. Công nghệ PON PON là từ viết tắt của Passive Optical Network tạm dịch là mạng quang thụ động. Công nghệ mạng quang thụ động PON còn đƣợc hiểu là mạng công nghệ quang truy nhập giúp tăng cƣờng kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và ngƣời sử dụng. Công nghệ PON đƣợc biết tới đầu tiên đó là TPON (Telephony PON) đƣợc triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) đƣợc chuẩn hóa dựa trên nền ATM. Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON), có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới ngƣời sử dụng đầu cuối. Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON (Wavelength Division Multiplexer PON). Trong công nghệ PON, tất cả thành phần 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, để điều hƣớng các traffic trên mạng dựa trên việc phân chia năng lƣợng tới các điểm đầu cuối trên đƣờng truyền chính vì vậy mà ngƣời ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động (PON). Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động PON là một dạng của mạng truy nhập quang. Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến khách hàng. Nó đƣợc đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lƣợng lớn. Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau và PON là một trong những dạng đó. So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu nhƣ không giới hạn băng thông (hàng THz). Việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tƣơng lai. 1.1.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON  Đặc trƣng 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. SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 1
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON  Trong hệ thống PON băng thông đƣợc 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 lƣợng 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. 1.2. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 1.2.1. Mô hình hệ thống ODN ONU Splitter ONU ONU Sợi quang ONU Sợi quang Splitter ONU Mạng OLT Splitter lõi/ Central metro Office ONU ONU Splitter ONU ONU Hình 1. 1 : Mô hình hệ thống mạng PON [1]. Một hệ thống mạng PON biểu diễn trên hình 1.1 bao gồm các thiết bị kết cuối đƣờng quang (OLTs – Optical line terminators) đặt tại trạm trung tâm (CO- Central Office) và bộ các thiết bị kết cuối kênh quang (ONUs – Optical network units) đƣợc đặt ở phía ngƣời sử dụng. Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết bị ghép/tách thụ động. OLT đƣợc kết nối đến mạng lõi/metro thông qua giao tiếp (hình 1.2): SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 2
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON  V5: giao tiếp này nối đến mạng PSTN/ISDN.  E1: giao tiếp với mạng DDN.  FE/GE và ATM: giao tiếp với mạng IP/ATM. Hình 1. 2 : Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng [9]. Giao diện kết nối đến các thiết bị của khách hàng gồm có các loại sau (hình 1.2):  POTS (Plain Old Telephone Service): là hệ thống điện thoại tƣơng tự chỉ gửi một tín hiệu tƣơng tự trên mỗi cặp dây, mỗi tín hiệu riêng biệt này đƣợc coi là một kênh. Sử dụng POTS và modem để gửi tín hiệu tƣơng tự cung cấp một kênh 64kbit/s. Modem và đƣờng dây điện thoại truyền thống khá phù hợp cho mục đích sử dụng Internet để gửi thƣ điện tử. Tuy nhiên, nếu chúng ta cần gửi và nhận một khối lƣợng dữ liệu lớn thì sẽ mất khá nhiều thời gian. Dịch vụ POTS có những đặc điểm sau đây: o Các đƣờng dây hiện thời chỉ sử dụng hai cặp dây xoắn. o Tín hiệu trên cáp nối chặng cuối là tín hiệu tƣơng tự. o Cần modem để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tƣơng tự.  xDSL: cung cấp kết nối xDSL băng thông cao khả năng tối đa lên 50Mbps, với yêu cầu khoảng cách cáp đồng khoảng 500m và tối đa đến 1000m.  FE (Fast Ethernet): cung cấp các dịch vụ tốc độ lên tới 100Mbps cho khách hàng.  2B+D: cung cấp 2 kênh B có tốc độ mỗi kênh là 64 kbps đƣợc dùng cho thoại, fax, truyền dữ liệu và truy cập Internet; 1 kênh D có tốc độ 16 kbps đƣợc dùng để truyền tín hiệu điều khiển.  V.24/V.35: nối vào các thiết bị. SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 3
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON 1.2.2. OLT OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang. OLT có thể đƣợc đặt ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa. Sơ đồ khối chức năng của OLT đƣợc mô tả ở hình 1.3. Phần dịch vụ OLT Phần lõi OLT Chức năng giao diện ODN Chức năng Chức năng Chức năng kết nối ghép kênh ODN Mạng port dịch vụ chéo truyền dẫn lõi/metro đƣợc số hóa Chức năng giao diện ODN V5, E1, ATM, FE/GE Chức năng Chức năng cấp OAM nguồn Phần chung OLT Hình 1. 3 : Các khối chức năng OLT [6]. Một OLT có thể đƣợc chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung. 1.2.2.1. Phần lõi OLT Phần lõi OLT bao gồm:  Chức năng kết nối chéo đƣợc số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi/metro với phần mạng phối quang ODN.  Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên mạng phối quang ODN. Ví dụ nhƣ dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đển mạng phối quang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODN đến mạng lõi/metro thì nó phải đƣợc ghép kênh trƣớc khi truyền đến mạng lõi/metro.  Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trƣờng truyền dẫn quang kết nối OLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động. Nó điều khiển quá trình chuyển đổi quang/điện và điện/quang. Để có thể thực hiện cơ chế chuyển mạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động splitter thì ở OLT sẽ có các chức năng giao diện ODN giống nhƣ phần mạng phối quang ODN. SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 4
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON 1.2.2.2. Phần dịch vụ OLT Phần dịch vụ OLT thì có chức năng port dịch vụ. Các port dịch vụ sẽ truyền ít nhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ nhƣ dịch vụ truyền hình độ phân giải cao (HDTV- high definition TV), game online, truyền dữ liệu... Bất kì khối TU (tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc vào cách cấu hình trên mỗi port. Khối TU có nhiều port có thể cấu hình mỗi port một dịch vụ khác nhau. 1.2.2.3. Phần chung OLT Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng (OAM-Operation, Administration and Maintenance). Chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn. Chức năng OAM cung cấp các phƣơng tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng cho tất cả khối OLT. Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể đƣợc cung cấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp. 1.2.3. ONU ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phƣơng tiện cần thiết để phân phối các dịch vụ khác nhau đƣợc điều khiển bởi OLT. Mô hình các khối chức năng của ONU đƣợc mô tả ở hình 1.4. Phần lõi ONU Phần dịch vụ ONU Chức Chức năng năng Chức năng Chức năng giao ghép Khách ghép kênh port user ODN diện ODN khách hàng truyền dẫn hàng và dịch vụ POTS, V24/V35, xDSL, 2B+D Chức năng Chức năng cấp OAM nguồn Phần chung ONU Hình 1. 1 : Các khối chức năng ONU [6]. Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung. 1.2.3.1. Phần lõi ONU Phần lõi ONU gồm: SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 5
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON  Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía khách hàng thì dữ liệu sẽ đƣợc ghép trƣớc khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN thì các dịch vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ.  Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệu giữa ODN và khách hàng.  Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điện hay điện/quang. 1.2.3.2. Phần dịch vụ ONU Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng port của user. Chức năng port của user cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộ thích nghi của chúng là 64 kbps hay n×64 kbps. Chức năng này có thể đƣợc cấp bởi một khách hàng hay một nhóm khách hàng. Nó cũng cung cấp các chức năng chuyển đổi tín hiệu tùy thuộc giao diện vật lí (ví dụ nhƣ rung chuông, báo hiệu, chuyển đổi A/D và D/A). 1.2.3.3. Phần chung ONU Phần chung ONU bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng OAM. Chức năng cấp nguồn cung cấp nguồn cho ONU (ví dụ nhƣ chuyển đổi AC thành DC hay ngƣợc lại). Nguồn có thể đƣợc cấp tại chỗ hay từ xa. Nhiều ONU có thể chia sẻ nguồn. ONU có thể hoạt động bằng nguồn dự phòng. Chức năng OAM cung cấp các phƣơng tiện để điều khiển các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng cho tất cả khối của ONU. 1.2.4. ODN Mạng phối quang ODN cung cấp môi trƣờng truyền dẫn quang cho các kết nối vật lí từ ONU đến OLT. ODN bao gồm các thành phần sau:  Sợi quang và cáp quang.  Các connector.  Các thiết bị thụ động nhƣ splitter.  Mối nối. 1.2.4.1. Sợi quang và cáp quang Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng nó tạo sự kết nối giữa các thiết bị. Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc tuy nhiên sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tán sắc thì ảnh hƣởng không đáng kể. Do đó ngƣời ta sử dụng sợi quang ở đây là sợi quang có suy hao nhỏ chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652 (theo khuyến nghị G.982). SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 6