Đồ án điệnt tử viễn thông - Đề tài: "THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG "

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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Độc lập – Tự Do – Hạnnh Phúc

-------- 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 --------

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:

............................................................................................................................................

Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ 

6. Đề nghị: 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

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

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

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

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

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

ONU

Splitter

ONU

ODN

ONU

Sợi quang

Splitter

ONU

Splitter

OLT Central Office

Sợi quang

ONU

Splitter

ONU

Mạng lõi/ metro

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.

Phần dịch vụ OLT

Phần lõi OLT

Chức năng giao diện ODN

Sơ đồ khối chức năng của OLT đƣợc mô tả ở hình 1.3.

ODN

Chức năng port dịch vụ

Chức năng ghép kênh truyền dẫn

Mạng lõi/metro

Chức năng kết nối chéo đƣợc số hóa

Chức năng giao diện ODN

V5, E1, ATM, FE/GE

Chức năng OAM

Chức năng cấp 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

Phần lõi ONU

Phần dịch vụ ONU

Chức năng port user

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.

ODN

Khách hàng

Chức năng giao diện ODN

Chức năng ghép kênh truyền dẫn

Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ

POTS, V24/V35, xDSL, 2B+D

Chức năng OAM

Chức năng cấp 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

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

Hình 1. 2 : Đặc tuyến suy hao của sợi quang [1].

Nhìn vào đặc tuyến suy hao của sợi quang ở hình 1.5 ta thấy ở bƣớc sóng 1310 nm thì suy hao sợi quang ở khoảng 0.4 dB/km và ở bƣớc sóng 1490 nm thì suy hao sợi quang ở khoảng 0.3 dB/km.

Các loại cáp quang sử dụng trong mạng PON:

 Cáp gốc (cáp phân bổ từ OLT đến splitter): thƣờng là loose-tube – loại cáp này thì

đƣợc khuyến nghị ứng dụng ở hầu hết mạng PON.

 Cáp phối (cáp phân bổ từ splitter đến dây drop): có thể sử dụng cáp loose-tube hoặc

ribbon.

 Dây drop (kéo đến nhà thuê bao).

1.2.4.2. Splitter

Thành phần đƣợc nhắc chủ yếu trong mạng PON là splitter. Splitter là thiết bị thụ động,

công dụng của nó là để chia công suất quang từ một sợi ra nhiều sợi khác nhau.

Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng splitter có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16;1:32; 1:64; 1:128. Hình 1.6 sử dụng một splitter có tỉ lệ chia lớn nhƣ 1:32 hay 1:64 hay có thể sử dụng splitter nhiều lớp với lớp thứ nhất sử dụng splitter 1:2 và lớp thứ 2 sử dụng 2 splitter 1:4.

Hầu hết hệ thống PON có bộ chia splitter là 1:16 và 1:32. Tỉ lệ chia trực tiếp ảnh hƣởng quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn. Tỉ lệ của splitter càng cao cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do suy hao của bộ chia splitter 1:N tính theo công thức 10×logN (dB) nên nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng lên gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên 3 dB.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 7

ONU

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

ONU

Splitter

OLT

ONU

Splitter

ONU ONU ONU ONU

Splitter

ONU

Splitter

ONU ONU ONU ONU

(a) (b)

Hình 1. 3 : Các loại splitter

(a) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:32 hay 1:64

(b) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:2 và hai splitter có tỉ lệ bộ chia 1:4.

Dựa vào các bộ chia nhƣ là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16;1:32; 1:64; 1:128 ta có suy hao tƣơng ứng

liệt kê ở bảng 1.1.

Bảng 1. 1 : Liệt kê suy hao của các bộ chia splitter tƣơng ứng.

Số port Suy hao splitter (dB)

3 2

6 4

9 8

12 16

15 32

18 64

1.3. Tại sao PON lại phát triển

Trong FTTH nếu dựa vào mạng quang chủ động thì sợi quang sẽ đƣợc kéo từ trạm trung tâm đến nhà thuê bao. Đây là kiểu kiến trúc đơn giản sử dụng kĩ thuật P2P nhƣng chi phí để kéo một sợi quang từ trạm trung tâm đến nhà khách hàng là vô cùng đắc đỏ. Ta giả sử có N thuê bao với khoảng cách truyền L tính từ trạm trung tâm CO thì ta cần có 2N bộ thu phát và N×L chiều dài sợi quang (ở đây giả sử rằng sợi quang truyền 2 hƣớng) (hình 1.7a). Để giảm

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 8

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

việc triển khai sợi quang, ta có thể sử dụng trạm chuyển mạch từ xa; điều này làm giảm việc sử dụng chiều dài sợi quang nhƣng lại tăng số bộ thu phát lên thành 2N+2 bởi có thêm một liên kết thêm vào mạng (hình 1.7b). Thêm vào đó, trạm chuyển mạch từ xa này thì cần nguồn điện để hoạt động. Một trong những chi phí cao nhất của mạng là cung cấp và duy trì nguồn điện hoạt động trong mạng. Do đó, việc thay thế trạm chuyển mạch từ xa này thành splitter thì sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí bởi splitter hoạt động mà không cần cấp nguồn. Mạng PON tối ƣu bộ thu phát quang, trạm trung tâm và triển khai sợi quang. Bộ thu phát trong mạng PON chỉ còn N+1và sợi quang triển khai có độ dài L (hình 1.7c). Bởi những lợi ích của nó vừa tiết kiệm chi phí vừa dễ triển khai nên mạng PON phát triển rất nhanh chóng trong mạng truy nhập.

Hình 1. 7 : Việc triển khai sợi quang trong mạng truy nhập [10]

1.4. Phân loại PON

Xét về kĩ thuật thì mạng PON có thể chia làm 2 loại: thứ nhất là dựa vào kĩ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian sử dụng ở hƣớng down và kĩ thuật truy cập ghép kênh theo thời gian ở hƣớng up thì ta có các loại nhƣ sau APON/BPON (ATM PON/Broadband PON, GPON(Gigabit PON) và EPON(Ethernet PON); thứ hai dựa vào kĩ thuật ghép kênh theo bƣớc sóng thì ta có WDM PON. Trong đồ án tốt nghiệp này chủ yếu nghiên cứu về ATM/BPON, GPON và EPON.

Bảng 1.2 mô tả sự khác nhau của BPON, GPON và EPON để ta có cái nhìn khái quát về 3

loại mạng PON này sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng kế tiếp.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 9

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON

Bảng 1. 2 : Mô tả sự khác nhau của APON/BPON, GPON và EPON.

Thông số APON/BPON GPON EPON

Tốc độ bit

Down: 155, 622, 1244 Mbps

Down và up: 1250 Mbps Up: 155, 622 Mbps Down: 155, 622, 1244, 2488 Mbps Up: 155, 622, 1244 Mbps

Khoảng cách Tối đa: 20 km Tối đa: 60 km Tối đa: 20 km

Quỹ suy hao 5-21 / 10-26 dB 10-25 / 10-28 / 15-30 dB 5-20 / 10-25 / 13-28 / 15- 30 dB

Bộ chia Tối đa: 1:64 Tối đa: 1:128 Tối đa lớn hơn 1:16

Bƣớc sóng

Down:1480-1500nm Up: 1260-1360 nm Cung cấp tín hiệu video ở 1550 nm Down:1480-1500nm Up: 1260-1360 nm Cung cấp tín hiệu video ở 1550 nm Down:1480-1500nm Up: 1260-1360 nm Cung cấp tín hiệu video ở 1550 nm

Giao thức Cell ATM Khung GEM Khung Ethernet

Dịch vụ Ethernet, TDM, POTS Ethernet, TDM, POTS Ethernet

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 10

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Chƣơng 2:

TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME

Chƣơng này sẽ mô tả cụ thể các loại APON/BPON, GPON, EPON nhƣ sử dụng kĩ thuật gì, cấu trúc khung của từng loại, gồm có các thủ tục gì nó hoạt động ra sao theo chuẩn ITU-T và cách mở rộng mạng PON bằng cách sử dụng bộ khuếch đại ra sao trong superPON.

2.1. APON/BPON

APON/BPON đƣợc chuẩn hóa bởi ITU-T. APON (ATM-PON) và BPON (Broadband PON) là tên khác nhau của kiến trúc TDM-PON dựa trên ITU-T G.983. Tên BPON phục vụ cho mục đích tiếp thị, còn tên APON thì nói rõ khung ATM đƣợc dùng để truyền trong chuẩn ITU-T G.983. ATM có 53 cell trong đó 5 cell header và 48 cell tải. Bởi vì kích cỡ cố định, ATM có thể đảm bảo chất lƣợng dịch vụ ví dụ nhƣ phân bổ băng thông, đảm bảo độ trễ…ATM đƣợc thiết kế hỗ trợ cả thoại và dữ liệu vì thế mà nó phù hợp cho ứng dụng FTTH.

2.1.1. Mô tả hệ thống APON/BPON

OLT dành cho video

ONU 1

Bộ kết hợp bƣớc sóng

1 1

1550 nm

TDM

1490 nm

Splitter

ONU 2

1 1

1310 nm

TDMA

ONU N

OLT dành cho thoại/dữ liệu

20 km

Hình 2.1 chỉ ra kiến trúc của BPON (Broadband PON). Trong kiến trúc này, OLT kết nối đến ONU qua splitter 1:N. Khoảng cách truyền dẫn tối đa là 10-20 km. Lƣu lƣợng up lên từ ONU đƣợc truyền ở bƣớc sóng 1310 nm và down từ OLT là bƣớc sóng 1490 nm và bƣớc sóng 1550 nm đƣợc dùng để down video. Dữ liệu down xuống sẽ truyền tất cả các gói dữ liệu đến tất cả ONU và nó sẽ nhận gói mà đúng địa chỉ của nó còn ở hƣớng up lên thì các gói từ các ONU sẽ truyền lần lƣợt các gói đến OLT thông qua sự điều khiển của OLT. OLT sẽ qui định khe thời gian mà ONU nào đƣợc truyền tại thời điểm đó để có thể tránh đƣợc sự đụng độ.

Hình 2. 1 : Mô hình hệ thống BPON [1], [10]

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 11

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Trong thiết bị, OLT thƣờng đƣợc tạo thành line card và đƣợc ghép vào trong bộ khung và kết nối đến mạng lõi/metro. Còn ONU thì có một hay nhiều port dành cho kết nối thoại (T1/E1) và data (10/100BASE-T Ethernet) đến khách hàng.

G.983.1 là khuyến nghị cho APON/BPON ra đời năm 1998 với tốc độ 155.52Mbps và 622.08Mbps. Phiên bản mới hơn ra đời năm 2005 thêm vào tốc độ truyền dẫn 1244.16 Mbps. Nhà cung cấp dịch vụ APON/BPON có thể lựa chọn thực thi tốc độ truyền dẫn down và up đối xứng hay bất đối xứng. Bảng 2.1 chỉ ra sự kết hợp tốc độ down và up của APON/BPON.

Bảng 2. 1 : Tốc độ down và up của APON/BPON.

Tốc độ down (Mbps) Tốc độ up (Mbps)

155.52 155.52

622.08 155.52

622.08 622.08

1244.16 155.52

1244.16 622.08

Cả G.983.1 và G.984.1 ghi rõ giải pháp 2 sợi quang với sợi quang down và up chuyên dụng. Bƣớc sóng 1310nm đƣợc dùng ở cả 2 hƣớng trong giải pháp 2 sợi. Tuy nhiên, trên thực tế không hệ thống nào triển khai giải pháp 2 sợi quang. Thứ nhất là do ở hƣớng down ta sử dụng bƣớc sóng 1490 nm và up sử dụng bƣớc sóng 1310 nm, hai bƣớc sóng này khác nhau ta có thể sử dụng trên cùng một sợi quang mà không gây nhiễu trên đƣờng truyền; thứ hai ta có thể tiết kiệm đƣợc chi phí và đơn giản hơn trong việc lắp đặt.

Tất cả chuẩn ITU-T PON có 3 loại thiết kế lớp truyền dẫn quang giữa OLT và ONU với

suy hao mạng phân phối quang ODN khác nhau. 3 loại đƣợc chỉ định trong ITU-T G.982 là:

 Loại A: 5–20 dB

 Loại B: 10–25 dB

 Loại C: 15–30 dB

Thiết kế loại C thì yêu cầu quỹ công suất rất nghiêm ngặt về sợi quang. Vì các lí do thực

tế và chi phí, loại B+ với suy hao 28 dB đƣợc giới thiệu ở hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 12

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

2.1.2. Kiến trúc phân lớp APON/BPON

Mô hình phân lớp mạng ATM đƣợc trình bày trên hình 2.2 gồm có lớp đƣờng và lớp môi trƣờng truyền dẫn, lớp môi trƣờng truyền dẫn phân chia thành lớp môi trƣờng vật lý và lớp hội tụ truyền dẫn TC.

Trong mạng ATM-PON lớp đƣờng tƣơng ứng với lớp đƣờng ảo của lớp ATM. Lớp vật lý thực hiện giao tiếp quang của mạng (hay chính là mạng phân phối quang ODN). Lớp này thực hiện các chức năng: chuyển đổi điện-quang, nhận/truyền các tín hiệu đến/đi ở lớp vật lý tại một trong ba bƣớc sóng 1310, 1490, 1550nm, kết nối với sợi quang của ODN.

Lớp hội tụ truyền dẫn TC tƣơng ứng với lớp 2 trong mô hình OSI. Lớp TC đƣợc phân chia thành lớp con truyền dẫn PON và lớp con thích ứng. Lớp con thích ứng đƣợc chuẩn hóa dựa trên chuẩn ATM trên cơ sở cáp đồng truyền thống [ITU I.732]. Chức năng của lớp này là

chuyển đổi khung 125s thành cell ATM. Lớp con truyền dẫn PON thì thực hiện các chức năng nhƣ sắp xếp, cấp phát khe thời gian, cấp phát băng tần, bảo mật, đồng chỉnh khung, đồng bộ burst, đồng bộ bit/byte.

Lớp đƣờng

Lớp hội tụ truyền dẫn TC

Lớp môi trƣờng

truyền dẫn

Lớp con thích ứng

Lớp vật lí

Lớp con truyền dẫn PON

Hình 2. 2 :Kiến trúc phân lớp APON/BPON

Trong hệ thống APON/BPON, các kết nối giữa ONU và OLT đƣợc thiết lập nhƣ là một mạch ảo ATM. Mỗi mạch ảo đƣợc chỉ định bởi sự nhận dạng đƣờng ảo (VPI- Virtual Path Identifier) và nhận dạng kênh ảo (VCI- Virtual Channel Identifier) mà nó đƣợc ghi vào trong cell bao gồm luồng dữ liệu của nó. VPI và VCI là số liệu cung cấp các cấp khác nhau của tín hiệu ATM đƣợc ghép hay chuyển mạch. Nhiều mạch ảo VC có thể tồn tại đƣờng ảo riêng. Một kết nối ATM đƣợc chỉ định bởi cặp VPI/VCI.

Khung truyền dẫn APON/BPON

2.1.3.

ITU-T G.983.1 định rõ kiến trúc tham chiếu, đặc điểm của bộ thu phát, cấu trúc khung truyền tải và các chức năng sắp xếp trong APON/BPON. Tín hiệu APON/BPON đƣợc truyền trong khe thời gian. Mỗi khe thời gian chứa một cell ATM hay một cell hoạt động, quản lí và

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 13

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

bảo dƣỡng lớp vật lí (PLOAM - Physical Layer Operation, Administration and Maintenance). Cell PLOAM đƣợc dùng để truyền thông tin quản lí của lớp vật lí nhƣ là các bản tin giao thức dùng cho việc sắp xếp, trộn key với dữ liệu và cập nhật.

Các khe thời gian download là các cell ATM và PLOAM có độ dài mỗi cell là 53 byte. Một cell PLOAM đƣợc chèn vào cứ mỗi 28 khe thời gian (hay 27 cell ATM). Ở tốc độ 155.52Mbps, APON/BPON quy định khung down có 54 cell ATM là truyền dữ liệu nhƣ vậy tốc độ down thực sự là:

54/56 × 155.52 Mbps = 149.97 Mbps

Và 2 cell PLOAM dành cho đồng bộ, điều khiển lỗi, bảo mật, bảo dƣỡng và phân phối băng thông.

Khung up lên có 53 khe nhƣ vậy khung up lên thực sự ở tốc dộ 155.52 Mbps là:

53/56 × 155.52 Mbps = 147.19 Mbps

Và mỗi khe up lên đƣợc chia thành nhiều khe con, mỗi khe con chứa 3 byte overhead đặt trƣớc cell ATM và PLOAM. Bên cạnh đó mỗi khe up lên có thể đƣợc chia thành nhiều khe nhỏ. Hình 2.3 (a,c) mô tả khung down và up của APON/BPON tại 155.52 Mbps. Cấu trúc khung tại 622.08 Mbps và 1244.16 Mbps thì tƣơng tự ngoại trừ số khe thời gian trên khung tăng lên lần lƣợt 4 và 8 lần.

Cấu trúc PLOAM down mô tả ở hình 2.3 (b) nó gồm các phần sau:

 5 byte header cụ thể đƣợc mô tả ở bên dƣới:

Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101 Header cell PLOAM HEC = 0111 0110

 Vùng IDENT có nằm vị trí đầu tiên trong PLOAM down.

 Kế tiếp là 2 byte đồng bộ.

 PLOAM có 27 grant, cứ mỗi 6-7 grant thì đƣợc kiểm tra CRC.

 MSG_PON_ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU. Trong thủ tục sắp xếp ONU đƣợc gán số

nhận dạng PON_ID. Số nhận dạng này có giá trị từ 0 đến 63.

 MSG_ID mô tả loại bản tin.

 MESSAGE_FIELD chứa bản tin cảnh báo, xử lí các bản tin nhận đƣợc ở ONU liên

quan đến thủ tục sắp xếp.

 BIP8 (bit-interleaved parity) có 8 bit cho phép ONU kiểm tra tốc độ lỗi bit BER.Mỗi bit của BIP8 sẽ XOR với tất cả bit ở cùng vị trí trong một byte. ONU sẽ so sánh với

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 14

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

BIP8 nhận đƣợc với BIP8 đƣợc tính trên luồng nhận đƣợc, mỗi bit không giống sẽ đƣợc tính toán.

Việc truyền cell ATM, cell PLOAM ở hƣớng up lên đƣợc điều khiển bởi OLT thông qua cell PLOAM truyền ở hƣớng down. G.983 yêu cầu tối thiểu cứ mỗi 100 ms có một cell PLOAM trên một ONU. 3 byte đầu ở hƣớng up lên chứa thời gian nghỉ, lời mở đầu và ranh giới bắt đầu cell.

 APON/BPON chỉ định thời gian nghỉ tối thiểu là 4 bit. Nó cung cấp thời gian nghỉ

giữa 2 cell hay khe con liền kề để tránh đụng độ.

 Lời mở đầu lấy pha của cell đến hay khe con để đồng bộ bit và khôi phục biên độ.

 Ranh giới là phần chỉ định bắt đầu cell ATM hay khe con, mà có thể đƣợc dùng để

thực hiện đồng bộ byte.

Nội dung của vùng này đƣợc lập trình và đƣợc định rõ trong OLT trong bản tin đƣợc đặt ở

đầu của khung ở hƣớng up lên.

PLOAM 1

PLOAM 2

ATM 1

ATM 27

ATM 28

ATM 54

Header (5 byte)

(a) 56 khe thời gian download

7 grant

6 grant

10 message field

SYNC

2-3

4-10

47 48

P I B

C R C

C E H

T N E D

D I _ N O P _ G S M

11 12-18 19 20-26 27 28-33 34 35 36 D I _ E G A S S E M

khe thời gian (53 byte) (b)

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 15

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

PLOAM

Khe thứ k

ATM hay PLOAM 1

ATM hay PLOAM ATM hay PLOAM

Chia thành các khe con

ONU x

khe thời gian (53 byte) 3 byte overhead ONU y ONU z

1–53 byte

Một khe con

3 byte overhead

Thời gian nghỉ

Header (5 byte)

10 message field

17 byte điều khiển nguồn

16 byte điều khiển bộ thu

laser

4-13

15-31

32-47

C R C

P I B

C E H

T N E D

D I _ G S M

2 3 D I _ N O P _ G S M

(d) khe thời gian (53 byte)

Hình 2. 3 : Cấu trúc khung download và up load của APON

(a) Khuôn dạng khung down ở tốc độ 155 Mbps ; (b) Khuôn dạng bản tin PLOAM down ; (c)

Khuôn dạng của bản tin up lên ; (d) Khuôn dạng bản tin PLOAM up lên [4]

Khuôn dạng cell PLOAM up lên đƣợc mô tả ở hình 2.3 (d) bao gồm các phần sau:

 Giống nhƣ khung down nó cũng có 5 byte header và 1 byte IDENT bắt đầu khung up.

 MSG_PON_ID và MSG_ID phục vụ cho việc nhận dạng ONU.

 Byte CRC truyền cảnh báo các thông tin hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng từ ONU.

 17 byte điều khiển nguồn laser: sử dụng cho ONU để báo cáo các mức công suất và tỉ lệ extinction cho mỗi nguồn laser của ONU để chúng có thể duy trì giá trị thích hợp.

 16 byte điều khiển bộ thu đƣợc dùng ở bộ thu của OLT để hiệu chỉnh mức ngƣỡng

cho việc phát hiện mức 0 và mức 1.

 BIP cũng có chức năng tƣơng tự nhƣ ở khung down.

2.1.4. Bƣớc sóng trong APON/BPON

Trƣờng hợp hệ thống truyền 2 sợi quang, hệ thống APON/BPON dành vùng cửa sổ bƣớc sóng 1260-1360 nm cho cả hƣớng down và up. Trƣờng hợp truyền một sợi, vùng bƣớc sóng 1480-1500 nm đƣợc dùng ở hƣớng down, vùng bƣớc sóng 1260-1360 nm dùng ở hƣớng up và

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 16

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Băng mở rộng Sử dụng phân phối video

Băng mở rộng Sử dụng dịch vụ số hóa

APON upstream

Sử dụng cho tƣơng lai

APON downstream

Sử dụng cho tƣơng lai

1500 1539 1550 1560 1565

1360

1480

Bƣớc sóng (nm)

1260

vùng mở rộng. Vùng mở rộng gồm 2 phần: phần 1 ở bƣớc sóng 1539-1565 nm cung cấp các dịch vụ kĩ thuật số và phần 2 ở bƣớc sóng 1550-1560 nm dùng cho việc phân phối video. Hai băng 1360-1480 nm, từ 1565 nm trở đi đƣợc dành cho nghiên cứu ở tƣơng lai. Hình 2.4 mô tả kế hoạch phân bổ bƣớc sóng của ITU-T G983.3.

Hình 2. 4 : Kế hoạch phân bổ bƣớc sóng của ITU-T G.983.3

2.1.5. Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ

Hầu hết mạng APON/BPON, GPON và EPON đều theo cấu trúc hình cây cung cấp các kết nối điểm đến đa điểm. Splitter đƣợc triển khai để chia tín hiệu quang nhận đƣợc đến tất cả sợi quang đƣợc phân bố. Hình 2.5 chỉ ra 4 loại kiến trúc bảo vệ với các cấp độ bảo vệ khác nhau. Về cơ bản thì chúng làm giống hệt đƣờng link sợi quang gốc và các thiết bị chính.

Hình 2.5 (a) có 2 sợi quang gốc giữa OLT và splitter, trong đó có một sợi dự phòng, ở cấu hình này chỉ có sợi quang gốc đƣợc bảo vệ. Hai sợi quang này có sự phối hợp với nhau do đó mà khi sợi quang chính bị đứt thì nó chuyển sang sợi dự phòng. Trong suốt quá trình chuyển mạch thì suy hao tín hiệu thậm chí là suy hao các cell truyền là tất yếu, do đó tất cả kết nối giữa các node dịch vụ và thiết bị đầu cuối sẽ đƣợc giữ lại trong lúc chuyển mạch sợi quang. OLT không có thiết bị dự phòng do đó nếu OLT bị lỗi thì mạng sẽ ngƣng hoạt động. Tất cả ONU và sợi quang dự phòng đều trở nên vô dụng khi OLT bị lỗi. Trong loại bảo vệ này ngƣời ta sử dụng splitter 1:N.

Hình 2.5 (b) có 2 bộ thu phát quang tại OLT và 2 sợi quang gốc giữa OLT và ONU. Cấu hình này yêu cầu mạch dự phòng nóng trong OLT và không có dự phòng trong ONU. OLT lỗi hay sợi quang giữa OLT và splitter bị đứt thì nó chuyển mạch sang bộ dự phòng thông qua bộ điểu khiển đặt ở OLT. Suy hao tín hiệu và suy hao các cell là tất yếu trong quá trình chuyển mạch. Trong loại bảo vệ này ngƣời ta sử dụng splitter 2:N.

Hình 2.5 (c) không chỉ có 2 bộ thu phát ở OLT mà còn có 2 bộ thu phát ở ONU và 2 bộ splitter. Đây là một kiến trúc bảo vệ đầy đủ của FTTH. Mạch dự phòng nóng đƣợc đặt tại OLT và ONU. Trong cấu hình này, lỗi bất kì điểm nào cũng có thể đƣợc khôi phục bằng việc chuyển mạch đến thiết bị dự phòng. Do đó chi phí cho cấu hình này là rất cao và nó không kinh tế khi mạch dự phòng chỉ đƣợc dùng khi mạng chính có lỗi.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 17

ONU#1

OLT

Sợi quang

Splitter

2:N

1:N

ONU#N

(b)

(a)

ONU#1

OLT

Sợi quang

2:N

Splitter

ONU#N

2:N

(c)

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 5 : Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ đƣợc đƣa ra trong ITU-T G.983.1

2.2. GPON

GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network. GPON là sự phát triển của APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã đƣợc chuẩn hóa thành ITU-T G.984. GPON không phụ thuộc vào ATM, GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ (GTC- GPON Transmission Convergence), khung GTC có thể đóng gói các cell ATM. Không giống nhƣ APON/BPON, khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua phƣơng pháp đóng gói GPON (GEM- GPON Encapsulation Method). Phần tải khung GTC chứa cả ATM và GEM.

2.2.1. Mô tả hệ thống GPON

Kiến trúc GPON thì tƣơng tự APON/BPON đã đƣợc mô tả ở phần 2.1.1. Tuy nhiên, đối với hệ thống GPON thì tốc độ tăng lên đến hàng Gigabit và đồng thời bộ chia splitter ở đây lên tới 1:128 trong khi đó bộ chia splitter của APON/BPON chỉ có 1:32 và khoảng cách tối đa giữa OLT và ONU lên tới 60 km chứ không phải là 20 km nhƣ trong APON/BPON.

Bảng 2.2 liệt kê tốc độ bit của GPON trong G.984.3.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 18

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Bảng 2. 2 : Liệt kê tốc dộ bit của GPON trong G.984.3

Tốc độ down (Mbps) Tốc độ up (Mbps)

1244.16 155.52

1244.16 622.08

1244.16 1244.16

2448.32 155.52

2448.32 622.08

2448.32 1244.16

2448.32 2448.32

Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất cao và do đó dẫn đến là cũng cần có bộ thu có độ nhạy cao hơn. Điều này có thể đƣợc khắc phục bằng cách sử dụng cơ chế cân bằng công suất. Cơ chế cân bằng công suất hỗ trợ cho việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng chênh lệch công suất nhận đƣợc ở OLT. Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, sẽ khởi tạo công suất nhỏ hơn ONU ở xa.

2.2.2. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON

Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON Transmission Convergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và ONU. Các chức năng khác bao gồm:

 Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con.

 Các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng lớp vật lí PLOAM.

 Giao diện phân phối băng tần động.

 Sắp xếp và đăng kí ONU.

 Sửa lỗi (mặc định).

 Mật mã luồng dữ liệu down xuống (mặc định).

 Kênh thông tin cho OMCI.

Chức năng GTC:

Hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lƣu lƣợng up lên. Trong khái niệm cơ bản, các khung down chỉ thị vùng đƣợc phép truyền lƣu lƣợng up lên trong khung up lên đồng bộ với khung down.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 19

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Header khung (PCBd)

Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON đƣợc mô tả ở hình 2.6. OLT gửi các con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắt đầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữ liệu up lên. Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì thời điểm nào không có sự tranh chấp trong hoạt động bình thƣờng. Các con trỏ đƣợc đƣa vào các khối byte, cho phép OLT điều khiển môi trƣờng mạng với tốc độ 64 kbps. Tuy nhiên, chuẩn cho phép nhà khai thác dịch vụ thêm các tốc độ lớn hơn.

Bộ nhớ BW

Down

Bắt đầu

Alloc- ID

Kết thúc

100

400

520

300

500

600

T-CONT1 (ONU1)

T-CONT2 (ONU2)

T-CONT1 (ONU3)

Khe 520

Khe 600

Khe 100

Khe 300

Khe 400

Khe 500

Tải ở hƣớng down

Hình 2. 6 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON [5]

2.2.3. Khung truyền dẫn GPON

2.2.3.1. Cấu trúc khung down

Mỗi khung down GTC dài 125 µs ở cả tốc độ khung down là 1.24416 Gbit/s và 2.48832 Gbit/s, chứa khối điều khiển vật lí (PCBd- downstream Physical Control Block) và phần tải đƣợc mô tả ở hình 2.7.

Tải n

Tải n + 1

PCBd n

PCBd n+1

PCBd n+2

ATM

GEM

Khung down 125 µs

N × 53 byte

Hình 2 .7 : Khung down GTC [5]

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 20

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

1 bit chỉ thị FEC

Đồng bộ vật lí (4 byte)

1 bit để dành

ID (4 byte)

ONU ID (1 byte)

30 bit bộ đếm siêu khung

Bản tin ID (1 byte)

13 byte

Dữ liệu (10 byte)

P L O A M d

CRC (1 byte)

BIP (1 byte)

P C B d

Plend (4 byte)

12 bit chiều dài bộ nhớ BW 12 bit chiều dài phần ATM 8 bit CRC

Plend (4 byte)

Chức năng

Gửi PLSu

Bộ nhớ BW up lên (N×8byte)

Truy cập 1 8 byte

Gửi PLOAMu

Sử dụng FEC

12 bit vị trí ID 12 bit cờ

Header của khối điều khiển vật lí bao gồm phần cố định và phần có thể thay đổi. Phần cố định chứa vùng đồng bộ vật lí, vùng ID và vùng PLOAM. Phần có thể thay đổi bao gồm chiều dài tải ở hƣớng down (Plend-Payload length downstream) và bộ nhớ băng thông up lên. Chi tiết các vùng đƣợc mô tả ở hình 2.8.

Truy cập 2 8 byte

00: không gửi DBRu

2 byte SStart

01: gửi mode 0 DBRu

Tải

2 byte SStop

10: gửi mode 1 DBRu

Bi t 11 bi 10 t bi 9 t B 7 W - 8

1 byte CRC

11: gửi mode 2 DBRu

Truy cập N 8 byte

Đê dành

…

0- 6 Hình 2. 8 : Mô tả chi tiết khung down GTC

a. Vùng đồng bộ vật lí

Vùng đồng bộ vật lí đƣợc cố định là 4 byte và nó bắt đầu ở mỗi khối PCBd. ONU sử dụng phần này để tìm vị trí bắt đầu khung. Mã của vùng Psync 0xB6AB31E0. ONU thực hiện cơ chế đồng bộ nhƣ hình 2.9. ONU bắt đầu trạng thái tìm kiếm. ONU tìm ra Psync trong hàng đợi. Mỗi lần nó tìm ra Psync thì nó sẽ chuyển thành pre-sync và thiết lập bộ đếm cài giá trị là 1. Sau đó ONU sẽ tìm Psync khác sau chu kì 125 µs. Cứ mỗi Psync đúng, bộ đếm sẽ tăng thêm 1. Nếu Psync không đúng, ONU sẽ truyền ngƣợc lại trạng thái tìm kiếm. Trong trạng thái pre-sync, nếu bộ đếm truyền đúng tới M1 thì ONU sẽ truyền đến trạng thái đồng bộ sync. Mỗi lần ONU đến trạng thái sync, ONU biểu thị nó đã tìm ra cấu trúc khung down và bắt đầu xử lí thông tin PCBd. Nếu ONU phát hiện vùng Psync M2 kế tiếp không đúng, nó sẽ biểu thị là mất khung và trở về trạng thái tìm kiếm.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 21

Trạng thái tìm kiếm

Psync đúng

Psync không đúng M2

Psync không đúng

Trạng thái Pre- sync

Trạng thái Sync

Psync đúng liên tục tới (M1 – 1)

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 9 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU [5]

b. Vùng ID

Vùng ID có 32 bit tron đó một bit dùng để kiểm tra lỗi khung FEC ở hƣớng down, một bit để dành và 30 bit chỉ thị cấu trúc khung lớn hơn. Bộ đếm siêu khung này đƣợc dùng cho hệ thống mã hóa dữ liệu của user và cũng có thể đƣợc dùng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp. 30 bit của vùng ID dùng để đếm và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trƣớc đó. Bất cứ khi nào bộ đếm tăng tới giá trị tối đa thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo.

c. Vùng PLOAM

Vùng PLOAM có 13 byte trong khối điều khiển vật lí, nó chứa các bản tin OAM lớp vật lí. Hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng OAM liên quan đến các cảnh báo gây ra bởi các sự kiện đƣợc truyền qua các bản tin trong vùng PLOAM 13 byte. Tất cả kích hoạt đều liên quan đến bản tin đƣợc ánh xạ trong vùng PLOAM.

 ONU ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng. Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ đƣợc gán một số gọi là ONU ID. Số này có giá trị từ 0 đến 253. Lúc chƣa đƣợc sắp xếp vùng này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU.

 Bản tin ID chỉ thị loại bản tin.

 Data đƣợc dùng cho phần tải của bản tin truyền dẫn hội tụ GPON GTC.

 CRC dùng để kiểm tra lỗi khung.

d. Vùng BIP

Vùng BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ đƣợc chèn vào của tất cả byte truyền đi, đầu thu cũng tính số bit đƣợc chèn vào là chẵn hay lẻ sau đó so sánh với kết quả của BIP đƣợc truyền để đo số lỗi trên đƣờng link.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 22

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

e. Vùng chiều dài tải ở hướng down

Vùng chiều dài tải ở hƣớng down (Plend- Payload Length downstream) chỉ định chiều dài bộ nhớ băng thông và phần dành riêng cho ATM trong container truyền dẫn. Vùng này đƣợc gửi 2 lần.

12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông. Điều này giới hạn số ID phân bổ có thể

đƣợc gán chỉ lên tới 4095.

Chiều dài phần dành riêng cho ATM đƣợc biểu diễn ở 12 bit tiếp theo. Điều này cho phép

up lên 4095 cell ATM trong một khung và tốc độ lên tới 10 Gbps.

8 bit cuối kiểm tra CRC. Đầu thu của vùng Plend sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi.

f. Vùng bộ nhớ băng thông

Vùng bộ nhớ băng thông là một mảng có cấu trúc 8 byte. Mỗi vùng trong mảng này biểu thị phần băng thông cho một container truyền dẫn riêng. Toàn bộ số vùng trong bộ nhớ đƣợc biểu diễn ở chiều dài tải Plend. Khuôn dạng mỗi vùng đƣợc mô tả ở hình 2.8.

 Vùng phân bổ ID chứa 12 bit chỉ thị CON-T riêng mà nó đƣợc gán thời gian up

lên của mạng PON.

 Vùng cờ chứa 12 bit chỉ thị cách phân phối đã dùng (hình 2.8 biểu diễn các chức

năng của 12 bit cờ)

o Bit 11 gửi PLSu (power levelling sequence upstream): nếu bit này đƣợc cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ. Nếu không đƣợc cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ.

o Bit 10 gửi PLOAMu: nếu bit này đƣợc cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân bổ. Nếu không đƣợc cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân bổ.

o Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (forward error correction): nếu bit này đƣợc cài đặt

ONU sẽ tính toán và chèn FEC trong lúc phân bổ.

o Bit 7 và 8 gửi DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream): phụ thuộc vào

nội dung 2 bit ONU sẽ gửi DBRu phù hợp với vị trí ID hay không.

00: không gửi DBRu

01: gửi DBRu mode 0 (2 byte)

10: gửi DBRu mode 1 (3 byte)

11: gửi DBRu mode 2 (5 byte)

o Bit 0-6: để dành.

 Vùng StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu phân bổ. Thời gian này tính bằng byte, bắt đầu khung là zero. Điều này giới hạn kích thƣớc của khung up lên là 65,536 byte. Điều này đủ để đánh địa chỉ cho tốc độ up lên tới 2.488 Gbps. Thời

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 23

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

gian bắt đầu trỏ đến nơi bắt đầu truyền dữ liệu không bao gồm thời gian overhead của lớp vật lí.

 Vùng StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc phân bổ. Thời gian này đƣợc tính bằng byte, bắt đầu khung là zero. Thời gian kết trúc trỏ đến byte dữ liệu cuối cùng đƣợc kết hợp với việc phân bổ này.

 Vùng CRC: cấu trúc phân bổ đƣợc bảo vệ sử dụng CRC-8.

g. Vùng tải

Vùng tải truyền dẫn hội tụ có 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần dành riêng cho

GEM.

 Phần dành riêng cho ATM: chứa 53 cell ATM. Kích thƣớc phần này đƣợc đƣa vào vùng Plend dành cho ATM. Do đó vùng này cũng có kích thƣớc là bội số 53 byte. Các cell down thì đƣợc lọc ở ONU dựa vào VPI chứa ở mỗi cell.

 Phần dành riêng cho GEM: chứa một số khung GEM phác họa thành đa khung. Kích thƣớc của phần dành riêng GEM thì bằng toàn bộ chiều dài khung trừ đi khối điều khiển PCBd và phần ATM. Khung down đƣợc lọc ở ONU dựa vào12-bit Port-ID chứa trong mỗi phân đoạn khung.

2.2.3.2. Cấu trúc khung up

Cấu trúc khung up lên đƣợc biểu diễn ở hình 2.10. Chiều dài khung thì giống nhƣ khung down. Mỗi khung chứa một số truyền dẫn từ một hay nhiều ONU. Bộ nhớ băng thông chỉ định việc sắp xếp truyền dẫn này. Mỗi chu kì phân phối phải theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể truyền một đến bốn overhead và dữ liệu user. Bốn loại overhead là:

 Overhead lớp vật lí (PLOu- Physical layer overhead).

 Các hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng lớp vật lí (PLOAMu-Physical layer

operations, administration and management upstream).

 San bằng công suất (PLSu- Power levelling sequence upstream).

Khung up

Tải X

Tải Y

Tải Z

PLO u

PLOAM u

PLO u

PLS u

DBR u X

DBR u Y

DBR u Z

T-CONT Y

T-CONT X

ONT B

ONT A

 Báo cáo băng thông động (DBRu-Dynamic Bandwidth Report upstream).

Hình 2. 10 : Khung up GTC [5]

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 24

Chức năng

PLOAMu khẩn cấp đang đợi

Lời mở đầu (a byte)

FEC 1-mở, 0-tắt

Ranh giới (b byte)

Bit 7 bit bit 6 B W 5

Trạng thái RDI 0-phát hiện, 1-OK

BIP (1 byte)

Lƣu lƣợng đang đợi trong T-CONT loại 2

P L O u

ONU ID (1 byte)

Lƣu lƣợng đang đợi trong T-CONT loại 3

ID (1 byte)

ONU ID (1 byte)

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Bản tin ID (1 byte)

Đê dành

Data (10 byte)

P L O A M u

CRC (1 byte)

Lƣu lƣợng đang đợi trong T-CONT loại 4 Lƣu lƣợng đang đợi trong T-CONT loại 5

PLSu (120 byte)

DBA (1, 2, 4 byte)

CRC (1 byte)

D B R u M d

Mặc định nhƣ là chỉ thị trong cờ của OLT

Tải

Hình 2 .11 : Mô tả chi tiết khung up GTC [1]

Hình 2.11 chỉ ra chi tiết các overhead.

OLT chỉ thị thông qua cờ trong bộ nhớ băng thông có hay không thông tin vùng PLOAMu, PLSu hay DBRu đƣợc gửi trên mỗi vùng phân bổ. Lập trình ở OLT cần nắm giữ băng thông và nhu cầu các kênh lệ thuộc thành trƣơng mục khi cài đặt tần số truyền dẫn.

Trạng thái của PLOu thì ẩn trong vùng sắp xếp khi phân phối. Quy luật là mỗi lần một ONU chuyển qua môi trƣờng mạng PON, nó phải gửi bản sao PLOu. Trong trƣờng hợp ONU có 2 vị trí ID liên tiếp, ONU sẽ chặn không gửi PLOu cho Alloc-ID thứ 2. Việc chặn này có thể xảy ra lại khi có nhiều Alloc-ID liên tục đƣợc gán bởi OLT. Chú ý việc chặn này chỉ xảy ra khi OLT truyền đến cùng một ONU.

a. Vùng overhead lớp vật lí up lên

Vùng overhead lớp vật lí up lên gồm các vùng là lời mở đầu, vùng ranh giới và 3 vùng dữ liệu tƣơng ứng với ONU. Dữ liệu này đƣợc gửi ở nơi bắt đầu bất kì burst truyền dẫn nào của ONU. Chú ý rằng để duy trì kết nối với ONU, OLT sẽ thử cấp việc truyền up lên của mỗi ONU trong khoảng thời gian tối thiểu. Khoảng thời gian này đƣợc xác định bởi các thông số

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 25

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

dịch vụ của ONU. OLT sẽ định dạng và điều khiển lời mở đầu và ranh giới trong các bản tin overhead.

Vùng BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ đƣợc chèn vào của tất cả byte truyền đi cho đến BIP cuối cùng của ONU, ngoại trừ các byte lời mở đầu và ranh giới. Đầu thu của OLT sẽ tính số bit đƣợc chèn vào là chẵn hay lẻ cho mỗi burst ONU sau đó so sánh với kết quả của BIP nhận đƣợc để tính ra số lỗi trên đƣờng link.

Vùng ONU-ID có 8 bit chứa số nhận dạng duy nhất của ONU. ONU-ID đƣợc gán cho ONU trong thủ tục sắp xếp. Trƣớc khi ONU-ID đƣợc gán, ONU đặt giá trị không xác định là 255 trong vùng này. OLT có thể kiểm tra vùng này để xác nhận địa chỉ phân bố và truyền đúng đến ONU.

Vùng ID cung cấp trạng thái ONU thời gian thực báo cáo cho OLT. Vùng ID đƣợc mô tả

ở hình 1.22.

Chú ý rằng khi ONU chỉ ra một PLOAM khẩn cấp đang đợi, OLT sẽ cấp một vị trí up lên

cho phép ONU gửi bản tin PLOAM. Thời gian đáp lại sẽ ít hơn 5 ms.

b. Vùng PLOAMu

Các hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng lớp vật lí PLOAMu có 13 byte chứa các bản tin

PLOAM đã đƣợc mô tả ở phần PLOAMd.

c. Vùng san bằng công suất PLSu

Trình tự san bằng công suất PLSu có kích thƣớc 120 byte, ONU sử dụng cho việc đo công

suất. Chức năng giúp điều chỉnh mức công suất ONU. Vùng này đƣợc gửi khi có chỉ thị cờ.

Cơ chế điều khiển công suất thì có lợi trong 2 trƣờng hợp là khởi tạo công suất ban đầu của bộ phát ONU (chỉ xảy ra lúc kích hoạt ONU) và thay đổi công suất của bộ phát ONU (xảy ra lúc hoạt động cũng nhƣ lúc kích hoạt). PLSu có thể đƣợc yêu cầu ở bất kì thời điểm nào.

Ở nhiều trƣờng hợp trong lúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộ phát. Nếu ONU không sử dụng vùng PLSu thì ONU sẽ không kích hoạt bộ phát. Điều này làm giảm sự đụng độ.

d. Vùng báo cáo băng thông động DBRu

Cấu trúc DBRu chứa thông tin T-CONT. Vùng này đƣợc gửi khi có chỉ thị cờ.

Vùng DBA chứa trạng thái lƣu lƣợng của T-CONT. Vùng 8, 16 hay 32-bit đƣợc dùng cho

mục đích này.

Vùng CRC: cấu trúc DBRu đƣợc bảo vệ sử dụng CRC-8. Đầu thu của DBRu sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi CRC-8. Nếu CRC chỉ thị rằng lỗi không thể sửa đƣợc thì thông tin trong DBRu sẻ bị loại bỏ.

e. Phần tải

Phần tải up lên có thể là cell ATM, khung GEM hay báo cáo DBA.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 26

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Phần tải ATM up lên có 53 byte. Chiều dài của phần tải này phải nhỏ hơn chiều dài overhead đƣợc yêu cầu. OLT sắp xếp các con trỏ để phần tải ATM luôn là 53 byte. Nếu tải không đủ 53 cell thì nó sẽ độn thêm cho đủ 53 byte (hình 2.12).

PLOu PLOAMu DBRu Tải

Cell ATM Cell ATM Cell ATM Cell ATM Cell ATM Đệm

Hình 2. 12 : Các cell ATM ở hƣớng up lên [5]

Phần tải up lên GEM chứa một số khung GEM (hình 2.13). Chiều dài của phần tải này

phải nhỏ hơn chiều dài overhead đƣợc yêu cầu.

PLOu PLOAMu DBRu Tải

Header GEM

Đoạn khung Khung đầy đủ Đoạn khung

Hình 2. 13 : Các khung GEM ở hƣớng up lên [5]

Phần tải up lên DBA chứa báo cáo phân bổ băng thông động từ ONU (hình 2.14). Báo cáo băng thông động đầu tiên đƣợc xếp hàng ở các byte đầu tiên tại vị trí bắt đầu phân bổ. Tất cả báo cáo thì liên tiếp. Nếu chiều dài phân bổ không khớp với toàn bộ chiều dài báo cáo thì ONU sẽ bỏ bớt phần cuối của báo cáo hay đệm thêm các bit zero ở phần cuối nếu không đủ. Chú ý rằng ONU phải phản hồi việc phân bố tải DBA thậm chí nếu mode này của DBA không hỗ trợ thì nó vẫn duy trì phần tải này.

PLOu PLOAMu DBRu Tải

Đệm Báo cáo DBA

Hình 2. 14 : Báo cáo DBA ở hƣớng up lên [5]

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 27

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

2.2.3.3. Ánh xạ lưu lượng vào tải GTC

Sự đa dạng của nhiều loại dữ liệu user có thể đƣợc truyền trong phần tải GTC. Các giao thức chính là ATM và GEM. Bên trong mỗi loại giao thức này, các dịch vụ khác nhau có thể đƣợc truyền.

a. Ánh xạ cell ATM vào GTC

Lƣu lƣợng ATM đƣợc truyền trong suốt vào giao thức GTC. Ở hƣớng down, cell đƣợc truyền từ OLT đến ONU sử dụng phần tải dành riêng cho ATM, OLT có thể phân phối nhiều cell mà nó cần. Khung ONU sẽ lọc cell đến dựa và VPI và phân phối các cell phù hợp đến phần ATM trong ONU. Ở hƣớng up, các cell đƣợc truyền từ ONU đến OLT sử dụng thời gian phân phối ATM đã đƣợc cấu hình. ONU đệm thêm các cell ATM cho đầy khung và sau đó gửi chúng đến OLT trong thời gian đƣợc phân bổ. OLT sẽ nhận cell và ghép cell của các ONU với nhau và truyền đến phần ATM trong OLT.

Các dịch vụ có trong ATM là voice, các dịch vụ PDH, Ethernet và các dịch vụ khác dựa

vào mạch ATM.

b. Ánh xạ GEM vào GTC

GEM (G-PON Encapsulation Method) là phƣơng pháp đóng gói dữ liệu trong GPON. GEM đƣợc truyền trong suốt trong vào giao thức GTC. Ở hƣớng down, khung đƣợc truyền từ OLT đến ONU sử dụng phần tải dành riêng cho GEM. Ở hƣớng up, các khung đƣợc truyền từ ONU đến OLT sử dụng thời gian phân bổ GEM đã đƣợc cấu hình.

PLI 12 bit Port ID 12 bit PTI 3 bit HEC 13 bit Tải L byte

Hình 2. 15 : Cấu trúc header vả khung GEM [5]

Giao thức GEM có 2 chức năng: cung cấp phác họa khung dữ liệu của user và cung cấp port nhận dạng ghép kênh. Chú ý rằng thuật ngữ khung dữ liệu của ngƣời dùng biểu thị khung đến và đi của user. Điều này đƣợc thực hiện dựa vào việc sử dụng header GEM nhƣ biểu diễn ở hình 2.15. Header GEM chứa chỉ thị chiều dài tải (PLI-Payload length indicator), port ID, chỉ thị loại tải (PTI-Payload type indicator) và 13 bit vùng điều khiển lỗi header (HEC- header error control).

PLI chỉ thị chiều dài có kích thƣớc L (byte) chỉ thị phần tải đƣợc phân đoạn sau phần header này. PLI đƣợc dùng để tìm header kế tiếp trong luồng dữ liệu. 12 bit vùng này cho phép phân đoạn lên tới 4095 byte. Nếu khung dữ liệu của user lớn hơn thì chúng sẽ tách ra phân thành đoạn nhỏ hơn 4095 byte.

Port ID đƣợc dùng để cung cấp nhận dạng lƣu lƣợng cho 4096 ONU trong mạng PON,

cung cấp việc ghép kênh lƣu lƣợng.

Vùng PTI đƣợc dùng để chỉ thị nội dung loại tải đƣợc phân đoạn và cách xử lí phù hợp

với nó. Mã của vùng 3 bit này thì đƣợc dùng tƣơng tự trong header ATM.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 28

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Ý nghĩa

Mã PTI 000 001 010 011 100 101 110 111 Phân đoạn dữ liệu user, tắt nghẽn không xảy ra, chƣa kết thúc khung Phân đoạn dữ liệu user, tắt nghẽn không xảy ra, kết thúc khung Phân đoạn dữ liệu user, tắt nghẽn xảy ra, chƣa kết thúc khung Phân đoạn dữ liệu user, tắt nghẽn xảy ra, kết thúc khung Hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng GEM Để dành Để dành Để dành

Trạng thái tìm kiếm

HEC không đúng

HEC đúng

HEC không đúng

Trạng thái Pre- sync

Trạng thái Sync

HEC đúng

HEC cung cấp các chức năng phát hiện và sửa lỗi.

Hình 2. 16 : Cơ chế trạng thái mô tả GEM [5]

Tiến trình mô tả trong GPON yêu cầu sự có mặt của header GEM tại nơi bắt mỗi khung down dành riêng cho GEM và mỗi phần tải GEM up lên. Phía thu thì chắc chắn tìm thấy header đầu tiên và có thể tìm thấy header kế tiếp bằng việc sử dụng PLI nhƣ là con trỏ. Nói cách khác phía thu sẽ chuyển tiếp lập tức đến trạng thái sync tại nơi bắt đầu phần tải. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp lỗi không thể sửa đƣợc trong header, th́ tiến tŕ nh mô t ả sẽ mất đồng bộ với luồng dữ liệu. Sau đó phía thu sẽ thử yêu cầu lại việc đồng bộ bằng việc thực hiện cơ chế trạng thái biểu diễn ở hình 2.16. Trong trạng thái tìm kiếm, đầu thu tìm kiếm HEC header GEM trong hàng đợi (bit hay byte). Khi nó tìm thấy HEC, nó sẽ chuyển tiếp đến trạng thái pre-sync nơi mà nó tìm thấy HEC tại vị trí đƣợc chỉ thị trong header đƣợc tìm thấy trƣớc. Nếu HEC đó khớp thì sau đó nó sẽ chuyển tiếp đến trạng thái sync. Nếu không khớp thì nó sẽ quay về trạng thái tìm kiếm.

Để hỗ trợ việc tách tốc độ, khung GEM nhàn rỗi đƣợc định nghĩa. Nếu không có khung user đƣợc gửi, quá trình truyền có thể phát ra các khung nhàn rỗi để làm đầy thời gian trống. Phía thu sẽ sử dụng các khung này để duy trì đồng bộ và tất nhiên là không có dữ liệu trong GEM. Header của GEM nhàn rỗi quy định tất cả đều là zero. Điều này ngụ ý rằng kiểu đƣợc truyền thật sự là 0xB6AB31E055, bởi hoạt động cổng XOR trƣớc khi truyền.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 29

Khung user

PTI 001

# 3

PTI 000

# 1

PTI 000

PTI 001

Khung đầy đủ

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 17 : Ánh xạ và phân đoạn dữ liệu của user thành tải GEM [5]

Khung i+1

Khung i PLOu

Khung user

PLOu

Khung user

Header GEM

Khung khẩn cấp

Khung dữ liệu #1 của khung 2

Khung dữ liệu #2 của khung 2

PTI 000

PTI 001

Bởi vì các khung dữ liệu user là chiều dài ngẫu nhiên, giao thức GEM phải hỗ trợ phân đoạn khung dữ liệu của user để cho phép chèn header GEM tại vị trí đầu tiên của mỗi phần dành riêng và phần tải. Chú ý rằng việc phân đoạn có thể xảy ra ở hƣớng down và up. Bit ít quan trọng của vùng PTI trong header GEM đƣợc dùng cho mục đích này. Mỗi khung dữ liệu của user đƣợc chia làm một số phân đoạn. Một đoạn tƣơng ứng một header và vùng PTI chỉ thị khung chứa phần kết thúc khung dữ liệu của user. Một vài trƣờng hợp về cách dùng của PTI đƣợc mô tả ở hình 2.17.

Hình 2. 18 : Ghép dữ liệu khẩn cấp sử dụng thủ tục phân khung GEM [5]

Chú ý rằng mỗi phân khung đƣợc tạo ra thì truyền liên tiếp. Một phân khung không thể đứng giữa vùng ranh giới của khung. Ở mỗi khung đầy đủ hay phân khung thì đều cần phải có header đứng trƣớc. Ngoài ra còn có cách chia phân khung khác đƣợc mô tả ở hình 2.18.

2.2.4. Sắp xếp giao thức GPON

ITU-T Rec. G.983.2 B-PON và ITU-T Rec. G.984.3 G-PON sử dụng thủ tục sắp xếp tƣơng tự nhau. Thủ tục sắp xếp GPON đƣợc chia làm 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu, đăng kí số serial cho ONU mới và cấp ID cho ONU. Số serial là số nhận dạng của mỗi ONU riêng và là số duy nhất. Nói cách khác số nhận dạng ONU đƣợc dùng để điều khiển, kiểm tra và đo thử ONU, vì thế nó là số duy nhất trên trong mỗi mạng PON.

Trong giai đoạn đầu, nó gồm các bƣớc sau (hình 2.19):

(1) OLT chỉ định tất cả ONU tạm dừng việc truyền dẫn ở hƣớng up lên (ONU halt).

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 30

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

(2) OLT sẽ truyền số serial cho ONU chƣa có số nhận dạng (serial_number request).

(3) Lúc nhận đƣợc serial_number request, ONU này sẽ truyền số serial (SN-transmission)

sau khi đợi thời gian ngẫu nhiên (tối đa là 50 ms).

(4) OLT sẽ gán số nhận dạng và gửi lại bản tin assign ONU-ID cho ONU mới chƣa đăng

kí.

Trong giai đoạn kế tiếp, độ trễ round-trip đƣợc đo ở mỗi ONU đăng kí mới. Hơn nữa, giai đoạn này cũng ứng dụng cho các ONU mà bị mất tín hiệu trong lúc truyền. Các bƣớc chi tiết đƣợc mô tả nhƣ sau (hình 2.20):

(5) OLT chỉ định tất cả ONU tạm dừng việc truyền dẫn ở hƣớng up lên (ONU halt).

(6)

Sử dụng số serial đã đăng kí, OLT quy định chỉ có một ONU đƣợc truyền tín hiệu để đo độ trễ (Ranging request).

(7) ONU có số serial khớp với số serial đƣợc chỉ định sẽ truyền tín hiệu để đo độ trễ (Ranging transmission) nó bao gồm số nhận dạng ONU đƣợc gán ở giai đoạn đầu.

(8) OLT sẽ đo độ trễ round-trip RTD tùy thuộc vào thời gian mà tín hiệu đo độ trễ thu đƣợc. Hơn nữa, sau khi xác nhận số serial và số nhận dạng ONU khớp với nhau thì nó cho biết độ trễ cân bằng (=Teqd - RTD) tới ONU (thông qua bản tin Ranging_time). Ở đây Teqd là hằng số và RTD là giá trị độ trễ round-trip tối đa cài đặt trong mạng PON. Ví dụ trong trƣờng hợp độ trễ round-trip tối đa của 20 km thì Teqd là 200 ms.

(9) ONU ghi nhớ độ trễ cân bằng mà nó tiếp nhận và làm chậm lại thời gian truyền up lên

thông qua giá trị độ trễ cân bằng (Delay equalization).

Thông qua các tiến trình này, tất cả ONU đƣợc sắp xếp trở nên tƣơng đƣơng với một độ

Cửa sổ sắp xếp

OLT

trễ round-trip (= độ trễ round-trip gốc + độ trễ cân bằng).

Thời gian

(1) ONU halt

(2) Serial_number request

(4) Assign ONU- ID

ONU#1

Thời gian

ONU#2

Thời gian

(3) SN transmission

Thời gian

ONU mới

Độ trễ ngẫu nhiên

Data# 1 Data# 2

Hình 2. 19 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 1 : Thủ tục đăng kí số serial cho ONU mới [1]

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 31

Cửa sổ sắp xếp

RTD của ONU mới

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

OLT

Thời gian

(5) ONU halt

(8) Ranging time

(6) Ranging request

ONU#1

Thời gian

ONU#2

Thời gian

(7) Ranging transmission

Thời gian

Data#2 Data#1

(9) Delay equalization Hình 2. 20 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 2 : Thủ tục đo độ trễ [1]

2.2.5. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON

Phƣơng pháp cơ bản nhất của phân phối băng thông up lên là phân bổ bằng nhau giữa các ONU. Phƣơng pháp này thì không hiệu quả, đặc biệt là lƣu lƣợng gói bởi nhu cầu băng thông của các ONU thì hiếm khi bằng nhau tại mỗi thời điểm. Việc tận dụng toàn bộ băng thông có thể đƣợc thực hiện nếu băng thông up lên đƣợc phân phối động tùy theo nhu cầu của ONU. Trong khi ITU-T không quy định thuật toán DBA, G.983.4 quy định khung và cơ chế để thực hiện DBA trong hệ thống BPON và GPON.

G.983.4 quy định 2 cơ chế gán băng tần động:

 Với phƣơng pháp đầu, ONU đóng vai trò là bị động, OLT giám sát bao nhiêu băng thông của mỗi ONU đƣợc sử dụng, dựa trên số cell ATM nhàn rỗi và khung GEM nhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC up lên. Vì lí do này, phƣơng pháp này đƣợc coi nhƣ là “điều chỉnh cell nhàn rỗi”. Phƣơng pháp này còn đƣợc gọi là báo cáo không trạng thái (NSR-Non-Status Reporting). Có nhiều băng thông hơn đƣợc gán cho ONU nếu việc tận dụng băng thông vƣợt quá ngƣỡng quy định. Thuận lợi của phƣơng pháp này là làm đơn giản hóa ONU và tránh việc sử dụng băng thông up lên cho việc báo cáo nhu cầu băng thông.

 Với phƣơng pháp thứ 2, ONU báo cáo trạng thái bộ đệm đến OLT. Do vậy nó đƣợc gọi là báo cáo trạng thái bộ đệm hay báo cáo trạng thái SR (Status Reporting). Chỉ thị nhu cầu băng thông trong loại T-CONT thì đƣợc truyền trong vùng overhead lớp vật lí cụ thể hơn là vùng báo cáo băng thông động DBRu. OLT sử dụng thông tin báo cáo trạng thái để quyết định phân bổ băng thông phù hợp cho mỗi vị trí ID.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 32

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

2.2.6. Bảo mật

Trong hệ thống PON thì ở hƣớng down dữ liệu đƣợc truyền broadcast đến tất cả ONU. Mỗi ONU chỉ có thể truy cập dữ liệu của mình, nhƣng nếu user nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của user khác để truy cập dữ liệu, hệ thống bảo mật PON thì ngăn chặng việc nghe lén này. Giống nhƣ các mạng khác GPON sử dụng thủ tục mật mã để ngăn ngừa việc nghe trộm các tín hiệu không mong muốn. Không giống nhƣ truy cập wireless hay modem, trong mạng PON bất kì ONU nào cũng không thể thấy đƣợc lƣu lƣợng up lên của ONU khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần mật mã ở hƣớng down dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu up lên có thể truyền key mật mã.

GPON sử dụng chuẩn mật mã AES (Advanced Encryption Standard). Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte (128 bit). Đặc biệt mode counter đƣợc sử dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16 byte đƣợc phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT. Ở ONU dữ liệu đƣợc mật mã này thì XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên 16 byte tƣơng tự nhƣ ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48 byte đƣợc mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM đƣợc mật mã.

OLT khởi tạo việc trao đổi key bằng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra key và phát ngƣợc trở về OLT. Nó nhận key 128, 192 và 256 byte.

2.2.7. Sửa lỗi FEC

255 byte

Độn thêm 135 byte 0

Các byte dữ liệu

L T K

PCB d

Các byte dữ liệu

239 byte

104 byte 16

Từ mã #1

Từ mã #152

Từ mã cuối cùng

Sửa lỗi FEC (Forward error correction) đƣợc quy định là sử dụng mã hệ thống để mã FEC đƣợc mặc định ở bộ thu OLT hay ONU. Mã FEC là mã RS (Reed Solomon) hay còn gọi là mã RS(255, 239). Đây là mã khối có 239 byte dữ liệu và 16 byte kiểm tra lỗi tạo thành khối dữ liệu có 255 byte. Mã RS(255, 239) cho phép phát hiện và sửa nhiều lỗi, kết quả là làm tăng độ lợi lên 3-4 dB. Nhƣ biểu diễn ở hình 1.32, khung up và down là các khối 255 byte trong đó có 239 byte dữ liệu và 16 byte kiểm tra lỗi, nếu không có các byte kiểm tra lỗi thì các byte này sẽ trở thành byte dữ liệu. Do vậy sử dụng FEC làm giảm băng thông tải của tín hiệu trong hy vọng là làm tăng hiệu suất băng thông bằng việc giảm việc truyền lại các gói dữ liệu do lỗi truyền dẫn.

38880 byte Hình 2. 21 : Ví dụ khung down cho tốc độ 2.488 Gbps [5]

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 33

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Độn thêm các byte 0

255 byte

Overhead ONT

Các byte dữ liệu

L T K

G R

P I B

Các byte dữ liệu

D M L

239 byte

Hình 2.21 mô tả việc chia khung down thành các khối 255 byte. Từ mã trong 255 byte đầu tiên bao gồm khối PCBd. Bởi vì các khung down không đƣợc chia thành các khối 255 byte sẵn nên khối cuối cùng sẽ ít hơn 255 byte. Ví dụ nhƣ tại tốc độ 2.488 Gbps chiều dài khung là 38,880 byte th́ ta có 152 khối có 255 byte và khối cuối cùng có 120 byte bao gồm 104 byte dữ liệu và 16 byte kiểm tra lỗi do đó đệm thêm 135 byte dữ liệu 0 vào. Các byte 0 này thì không đƣợc truyền nhƣng nó đƣợc chèn vào ở bộ thu khi nó thực hiện tính toán kiểm tra lỗi ở khối này.

Hình 2. 22 : Ví dụ khung up lên [5]

Ở hƣớng up, mô tả ở hình 2.22 tƣơng tự nhƣ khung down ngoại trừ từ mã đầu tiên không bao gồm overhead lớp vật lí. Từ mã đầu tiên bắt đầu với vùng BIP không chứa vùng mở đầu và vùng ranh giới. Mỗi burst đƣợc phân thành khối tải 239 byte và đƣợc ánh xạ thành các khối từ mã 255 byte. Giống nhƣ khung down từ mã cuối cùng chứa ít hơn 239 byte thì sẽ đệm thêm vào các byte 0.

2.3. EPON

EPON là từ viết tắt của Ethernet passive optical network. EPON thì tƣơng tự nhƣ mạng quang chủ động Ethernet, nó đƣợc chuẩn hóa bởi IEEE 802.3. Giao thức sử dụng trong EPON là sự mở rộng của IEEE 802.3 hoạt động tốc độ lên tới Gbps. EPON sử dụng giao thức điều khiển đa điểm (MPCP-Multipoint control protocol) – sử dụng lớp con mô phỏng P2P với 2 byte nhãn gói Ethernet và vùng nhận dạng đƣờng link đƣợc số hóa (LLID-Logical link identification).

2.3.1. Kiến trúc lớp Ethernet và EPON

Ethernet bao gồm lớp vật lí và lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI. Hình 2.23 biểu diễn

sự so sánh mô hình các lớp của Ethernet P2P truyền thống và kiến trúc P2MP EPON.

Từ hình 2.23 ta thấy lớp EPON thì tƣơng tự với Ethernet P2P truyền thống. Chuẩn Ethernet chia lớp vật lí và lớp liên kết dữ liệu thành nhiều lớp con. Lớp vật lí kết nối với lớp liên kết dữ liệu sử dụng giao diện MII (Media-independent Interface) hay GMII (Gigabit Media-independent Interface).

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 34

Lớp Ethernet P2MP

Lớp Ethernet P2P

Lớp cao hơn

LLC

OAM (mặc định)

Mô hình OSI

MAC (mặc định)

Lớp ứng dụng

MAC

O L T

O N U

Lớp trình bày

Lớp phiên

MII/GMII

GMII

Lớp vận chuyển

PCS

Lớp mạng

Vật lí

PMA

Vật lí

PMD

MDI

Lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lí

MDI

Môi trƣờng

Môi trƣờng PON

MPMC: Multipoint media access

PCS: Physical coding sublayer GMII: Gigabit media-independent

MAC: Media access control control MDI: Medium-dependent interface MII: Media-independent interface interface PMA: Physical medium attachment PMD: Physical medium-dependent

PHY: Physical-layer device RS: Reconciliation sublayer

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 23 : Kiến trúc lớp P2P Ethernet và lớp P2MP EPON [1]

Lớp con MAC mặc định trong Ethernet P2P đƣợc thay bằng lớp điều khiển đa truy nhập (MPMC- Multipoint media access control) có tính bắt buộc trong EPON. Lớp MPMC chạy giao thức điều khiển đa điểm (MPCP- Multipoint control protocol) để sắp xếp truy cập đến môi trƣờng mạng quang thụ động PON bị chia sẻ giữa các ONU trong EPON. Mặc dù các ngăn xếp của OLT và ONU trông có vẻ gần giống nhau (hình 2.23), MPCP trong OLT đóng vai trò là chủ còn MPCP trong ONU đóng vai trò là tớ. Sự thống nhất lớp con cũng đƣợc mở rộng trong EPON để điều khiển chức năng mô phỏng P2P để mà IEEE 802.1 có thể dùng tiếp trong EPON.

Giao thức truyền dẫn EPON dựa trên cấu trúc chuẩn của khung Ethernet, nó khai thác kĩ thuật TDM ở hƣớng down và TDMA ở hƣớng up lên. EPON qui định thông lƣợng đối xứng ở cả 2 hƣớng up và down với tốc độ 1 Gbps, và kế thừa mã đƣờng dây 8B/10B (phụ lục A) đƣợc dùng trong chuẩn Etherne gigabit IEEE802.3z. Việc mã hóa 8B/10B thêm vào tốc độ tăng lên 1.25 Gbps, mã 8B/10B làm cho ngõ ra cân bằng điện áp DC và đủ truyền cho việc khôi phục xung clock dễ dàng.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 35

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Dữ liệu đƣợc truyền trong khung Ethernet và mỗi ONU chỉ nhận khung đƣợc đánh địa chỉ là nó. Ở hƣớng up mỗi ONU đƣợc cấp cho một khe thời gian riêng và ONU có thể truyền trên khe đƣợc dành riêng này.

Bƣớc sóng hoạt động của EPON là 1490 nm ở hƣớng down và 1310 nm ở hƣớng up.

2.3.2. Lớp phụ thuộc môi trƣờng vật lí PMD của EPON

Lớp PMD qui định các đặc điểm vật lí của bộ thu phát quang. Ethernet là thiết kế có sự kế thừa chi phí thấp để đẩy mạnh việc triển khai rộng rãi. Điều này là chìa khóa cho sự phát triển thành công của Ethernet.

Trái ngƣợc với tỉ lệ chia 1:32 sử dụng trong GPON, IEEE 802.3ah qui định tỉ lệ chia tối thiểu là 1:16. Sự thống nhất của lớp con có hỗ trợ lên tới 32,768 ONU khác nhau thông qua 15 bit nhận dạng đƣờng link đƣợc số hóa (LLID- Logical link identifier).

Hai điểm khác nhau giữa OLT và ONU, 10 km và 20 km đƣợc định nghĩa trong chuẩn EPON. Lớp PMD 1000BASE-PX10-D và 1000BASE-PX10-U định nghĩa các tính chất của bộ thu phát OLT và ONU với khoảng cách là 10 km. 1000BASE-PX-20-D và 1000BASE- PX-20-U qui định khoảng cách giữa OLT và ONU là 20 km. EPON kế thừa cơ bản bƣớc sóng của ITU G.983.3. Chú ý rằng các đặc điểm ONU cho khoảng cách truyền dẫn 10 km và 20 km hầu nhƣ giống hệt nhau. Hầu hết sự thay đổi đều đƣợc thực hiện ở OLT khi khoảng cách truyền dẫn tăng từ 10 km lên 20 km. Điều này giúp tận dụng đƣợc chi phí thiết bị ONU. Nó cũng tạo cơ hội cho đầu cuối user có thể tiếp tục sử dụng lại ONU khi tăng khoảng cách truyền dẫn.

2.3.3. Hoạt động burst mode và Loop Timing trong EPON

Giao thức Ethernet là giao thức kiểu burst. Tuy nhiên, Ethernet P2P hiện đại sử dụng các kênh thu và phát chuyên dụng giữa hub và trạm Ethernet. Một hệ thống duy trì xung đồng bộ giữa bộ thu và phát bằng việc truyền các symbol nhàn rỗi khi không có dữ liệu đƣợc gửi. Thậm chí khi giao thức Ethernet xuất hiện đột ngột, lớp vật lí của Ethernet P2P hiện đại cũng cho nó là bình thƣờng. Mặc dù lời mở đầu đƣợc giữ trong Ethernet P2P hiện đại nhƣng nó chẳng có ý nghĩa gì ngoại trừ tính tƣơng thích bị giảm đi so với thiết bị Ethernet ban đầu.

Khi kết nối vật lí up lên của EPON đột ngột xuất hiện, một lần nữa lời mở đầu thì cần thiết để giúp bộ thu OLT đồng bộ với ONU. Hơn thế nữa, lời mở đầu đƣợc mô phỏng trong EPON dùng để truyền ID liên kết đƣợc số hóa (LLID-Logical link ID) sử dụng trong mô phỏng P2P.

Để giữ chi phí thấp, tất cả bộ phát Ethernet đều chạy bất đồng bộ trong mỗi vùng nội bộ riêng, không có sự đồng bộ chung toàn bộ. Một bộ thu nhận đƣợc tín hiệu đồng hồ từ gating của dữ liệu nhận đƣợc. Sự tƣơng thích giữa các nguồn tín hiệu đồng hồ đƣợc tính toán bởi sự điều chỉnh khe hở liên tiếp giữa các khung Ethernet.

Trong hệ thống EPON, liên kết vật lí down xuống duy trì luồng tín hiệu và đồng bộ clock liên tục. Ở hƣớng up lên, để giữ tín hiệu đồng hồ tham chiếu ở OLT, ONU sử dụng đồng hồ loop vòng cho truyền dẫn burst ở hƣớng up lên.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 36

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

2.3.4. Khung Ethernet

EPON truyền dữ liệu nhƣ là khung Ethernet tự nhiên trong mạng quang thụ động PON. Khung Ethernet có kích cỡ khác nhau. Dạng khung Ethernet chuẩn đƣợc biểu diễn ở hình 1.35. Bắt đầu khung là lời mở đầu và 1 byte bắt đầu ranh giới (SFD-start frame delimiter) để báo hiệu bắt đầu khung. Chuẩn EPON sắp xếp lời tựa có thể thay đổi để truyền LLID cho ONU.

Mỗi khung truyền địa chỉ MAC đích và nguồn, mỗi vùng này chiếm 6 byte. 2 byte chỉ chiều dài/loại đƣợc dùng để mô tả chiều dài tải khi giá trị của nó trong khoảng 0-1500. Khi giá trị của nó chạy từ 1,536-65,535, nó đƣợc dùng để mô tả loại khung Ethernet. Mục đích của vùng này để biểu diễn chiều dài và loại khung. Tiếp theo sau tải là 4 byte kiểm tra khung (FCS-Frame Check Sequence) sử dụng CRC (Cyclic Redundancy Check).

7 byte Lời tựa

SFD 1 byte

Địa chỉ đích 6 byte

Địa chỉ nguồn 6 byte

Chiều dài/loại 2 byte

Tải ( 400-1500 byte) MAC dữ liệu client Pad

4 byte Kiểm tra khung

Hình 2. 24 : Khuôn dạng khung Ethernet chuẩn.

Hình 2.24 mô tả khung Ethernet truyền các byte mở đầu tối thiểu để truyền thông tin quản lí và giao thức. Trong vùng Ethernet, thông tin quản lí và OAM đƣợc truyền sử dụng các khối dữ liệu giao thức (PDU-Protocol Data Unit) và các khung OAM, chúng là các khung Ethernet chuẩn nhận dạng bởi giá trị chiều dài/loại riêng. Thông tin giao thức và OAM đƣợc truyền trong vùng tải của khung PDU và OAM. Các khung này đƣợc ghép trong dải băng với các khung Ethernet khác truyền dữ liệu của user thực sự.

2.3.5. Giao thức điều khiển đa điểm

Giao thức điều khiển đa điểm trong lớp MPMC sử dụng khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm (MPCPDU- Multipoint Control Protocol Data Unit) để thực hiện tìm ra ONU và các chức năng sắp xếp. Nó cũng hỗ trợ cơ chế phân xử để điều khiển truy nhập ở hƣớng up lên giữa các ONU.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 37

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

T5 – T1

Gate

2.3.5.1. Sắp xếp trong EPON

OLT

…

Report

T3-T2

T3 - T2 = T4 - T1 RTT = T2 - T1 + T5 - T3 = T5-T4

…

Gate

ONU

T3 Report

T1 …

…

Hình 2. 25 : Thủ tục sắp xếp EPON [1].

Tiến trình sắp xếp đo thời gian RTT giữa OLT và ONU, OLT có thể bù các khe thời gian phù hợp cho ONU để tránh sự đụng độ ở hƣớng up lên. Nó đạt đƣợc thông qua khối MPCPDU Gate và Report đƣợc biểu diễn ở hình 2.25. Cả OLT và ONU đều giữ bộ đếm 32 bit với thời gian 16 ns. Trong tiến trình sắp xếp, OLT gửi bản tin Gate với nhãn T1 biểu diễn thời gian thực. ONU nhận bản tin Gate tại T2 sau độ trễ truyền dẫn và khởi động lại thời gian T1. Sau một thời gian trì hoãn tiến trình, ONU gửi bản tin Report với thời gian là T3 với nhãn T4 = T1 + (T3 - T2). OLT nhận bản tin Report với nhãn T4 với thời gian thực là T5 đƣợc chỉ định trong hình 1.36. RTT chỉ đơn giản là T5-T4.

2.3.5.2. Hoạt động Gate và Report

Hoạt động Gate cung cấp cơ chế cho OLT để chỉ định khe thời gian mà ONU có thể truyền. Hình 2.26 mô tả hoạt động Gate EPON. Chức năng Gate phụ thuộc vào đồng hồ cục bộ mà đƣợc đồng bộ với đồng hồ của OLT. Bản tin Gate quy định thời gian bắt đầu và chiều dài truyền dẫn up lên của ONU. ONU sẽ bật laser khi đồng hồ cục bộ bằng với thời gian bắt đầu khung đƣợc chỉ định trong bản tin Gate. Vùng chiều dài đƣa ra số chu kì bit ONU đƣợc phép truyền trong burst này. Ở trên khung Gate nhận, ONU cập nhật vào thanh ghi clock, thanh ghi bắt đầu khe và thanh ghi chiều dài khe.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 38

OLT

ONU

MAC client

Bắt đầu

Phát ra bản tin Gate

Chiều dài

MA_CONTTROLrequest(GATE)

MA_CONTROLindication(GATE)

MA_DATArequest( …)

MAC

Thanh ghi Clock

Thanh ghi clock

Thanh ghi bắt đầu khe

Bắt đầu

Kết thúc

Nhãn thời gian bản tin Gate

Các thanh ghi

Thanh ghi kết thúc khe

Laser ON/OFF Laser tắt/mở

MAC

PHY

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 26 : Hoạt động Gate của EPON [1]

Trong hoạt động Report, ONU chỉ dẫn cho OLT với độ dài xếp hàng và cung cấp thông tin thời gian để tính toán thời gian RTT đƣợc gửi từ MPCPDU Report. Ở trên MPCPDU Report, OLT cập nhật vào bộ nhớ độ dài xếp hàng và RTT đƣợc biểu diễn ở hình 2.27.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 39

OLT

ONU

MAC client

MA_CONTROLrequest(REPORT)

MA_CONTROLindication(REPORT)

MAC

Thanh ghi Clock

Thanh ghi clock Thanh ghi RTT

Nhãn thời gian bản tin Report

Đo thời gian round trip

MAC

PHY

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 27 : Hoạt động Report của EPON

2.3.5.3. Phân bổ băng thông động

Chuẩn EPON không định rõ các chi tiết bổ sung của DBA. Tuy nhiên, hoạt động Gate và Report cung cấp giao diện và cơ chế cần thiết cho điều khiển băng thông ONU. Nó tùy vào nhà cung cấp dịch vụ để thiết kế vạch kế hoạch và thuật toán phân phối băng thông động DBA.

2.3.5.4. Khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm

Khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm (MPCPDU - Multipoint Control Protocol Data Unit) có độ dài khung MAC là 64 byte không có VLAN. Khuôn dạng chung của MPCPDU mô tả ở hình 2.28. MPCPDU đƣợc nhận dạng bởi khung MAC loại 0×88-08. Vùng 2 byte định rõ loại bản tin MPCPDU. Hình 1.39 chỉ ra mã của tất cả loại MPCPDU đƣợc định nghĩa trong EPON. Mỗi bản tin MPCPDU chứa 4 byte để OLT và ONU có thể cập nhật liên tục hiệu chỉnh độ chênh lệch thời gian ví dụ nhƣ sự thay đổi nhiệt trong sợi quang.

Phần chia data/pad của MPCPDU chứa các thông số MAC đƣợc dùng trong MPCP và

vùng đệm zero để giữ kích cỡ khung là 64 byte.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 40

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

6 byte Địa chỉ nguồn

Địa chỉ đích 6 byte

Loại 2 byte 02 03 04 05

e t y b

4 6

Mã 2 byte Mã MPCPDU Gate Report Register-Report Register Register-Ack 06 Nhãn thời gian 4 byte

Các thông số MAC Dữ liệu/đệm

Đệm

4 byte FCS

Hình 2. 28 : Khuôn dạng của khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU

2.3.5.5. Tự động khám phá ONU

Tiến trình dò tìm tự động cho phép ONU EPON đăng kí và tham gia vào hệ thống sau khi cấp nguồn. OLT cấp cho MAC ảo và gán LLID cho ONU trong mô phỏng P2P. Trong suốt quá trình dò tìm tự động, ONU và OLT trao đổi khả năng với nhau nhƣ là đồng bộ thời gian. Đồng bộ thời gian là thời gian đƣợc yêu cầu bởi OLT sau khi nhận đột ngột dữ liệu, khóa đồng hồ phát ONU và xét ngƣỡng quyết định để đếm sự sai khác các mức công suất nhận đƣợc từ các ONU khác nhau.

OLT ONU

Dò tìm Gate Bắt đầu grant

Độ trễ ngẫu nhiên Register Request

Cửa sổ dò tìm

Gate

Hình 2.29 : Thủ tục dò tìm tự động trong EPON

Để thực hiện dò tìm tự động, OLT quảng bá dò tìm khung Gate theo chu kì. Nhƣ trong hình 2.29, cửa sổ dò tìm đƣợc dành riêng cho việc dò tìm Gate. OLT cũng truyền thời gian

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 41

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

đồng bộ bộ thu kiểu burst đến ONU trong cổng dò tìm để mà ONU biết định dạng tín hiệu up lên với các symbol nhàn rỗi trong lúc khởi tạo thời gian đồng bộ burst. ONU nhận cổng dò tìm và gửi Register Request sau khi đợi với độ trễ ngẫu nhiên. OLT nhận Register Request và cấp cho ONU một LLID. Sau đó OLT gửi khung gate khác để công nhận khe thời gian up lên từ ONU với LLID đƣợc cấp mới và sau đó ONU truyền khung Register Ack biểu thị việc hoàn tất tiến trình đănh kí.

Trong cửa sổ dò tìm, nhiều ONU cố đăng kí trong một thời điểm và gây ra sự đụng độ tại OLT. Sự tranh chấp trong cửa sổ dò tìm đƣợc giải quyết bằng cách thêm vào độ trễ ngẫu nhiên trƣớc khi cho mỗi ONU truyền khung Register. Nó cũng có thể cho OLT nhận nhiều khung Register trong cửa sổ dò tìm.

2.3.5.6. Mô phỏng P2P trong EPON

ONU 1

ONU 2

OLT

Splitter

ONU 3

ONU N

Giao diện MAC Ethernet đƣợc kết nối với switch lớp 2 hay router lớp 3. Switch lớp 2 kết nối trực tiếp với thiết bị mạng trên lớp Ethernet và do đó nó hiệu quả hơn, chi phí ít hơn và dễ quản lí hơn trong môi trƣờng mạng LAN. Nói cách khác, bộ định tuyến dùng trong mạng diện rộng để kết nối mạng lớp 2. Trong môi trƣờng Ethernet, kết nối lớp 2 đạt đƣợc khi sử dụng IEEE802.1 dựa vào switch. Switch Ethernet truyền lƣu lƣợng giữa các port. Mỗi port đƣợc kết nối với vùng quảng bá khác nhau chứa một hoặc nhiều thiết bị MAC. Một switch giả sử rằng bên trong cùng thiết bị MAC có thể truyền lƣu lƣợng trực tiếp với nhau mà không cần sự giúp đỡ. Nó thực hiện chức năng chuyển mạch lớp 2 bằng việc kiểm tra địa chỉ đích và địa chỉ nguồn của mỗi khung nhận đƣợc. Nếu cả 2 trong chúng phụ thuộc vào một vùng (ví dụ nhƣ đƣợc kết nối cùng một port), nó sẽ lọc gói mà không truyền gói. Điều này giúp giữ băng thông trong các phần khác của mạng và tận dụng hiệu suất mạng.

Hình 2. 30 : Các ONU không thấy lƣu lƣợng trực tiếp với nhau mà phải thông qua OLT

Trong hệ thống EPON, kết nối Ethernet đối xứng P2P đƣợc thay bằng kết nối P2MP bất đối xứng. Bởi các hƣớng của node từ xa các ONU không thể thấy lƣu lƣợng up lên trực tiếp

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 42

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

với nhau (hình 2.30). Trong mạng thuê bao, đặc tính này cung cấp thuận lợi cho bảo mật. Nó yêu cầu OLT tham gia vào việc truyền dẫn của các ONU khác nhau.

OLT

Bắt cầu 802.1

MAC1 client

MAC2 client

MAC3 client

MAC đa điểm

MAC1

MAC2

MAC3

Mô phỏng P2PE

PCS

PMA

PMD

P2PE MAC ONU 1

Không có phƣơng pháp nào để switch IEEE 802.1 kết nối OLT thấy địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong MAC của tất cả ONU kết nối đến cùng một port kết quả là switch không truyền đƣợc lƣu lƣợng giữa các ONU mà đƣợc kết nối đến cùng một OLT.

Hình 2. 31 : Mô phỏng P2P trong EPON

Để giải quyết điều này đảm bảo sự kết nối liên tục với mạng Ethernet khác, thiết bị đƣợc đính kèm trong EPON sẽ có một lớp con đƣợc thêm vào thực hiện chức năng mô phỏng điểm điểm (P2PE- Point-to-Point Emulation), nó nằm bên dƣới lớp MAC để duy trì hoạt động MAC Ethernet đã và đang tồn tại định nghĩa trong chuẩn IEEE P802.3 (hình 2.31). Hoạt động của lớp mô phỏng này dựa vào nhãn khung Ethernet và nhãn này là duy nhất ở mỗi ONU. Nhãn này đƣợc gọi là LLID và đƣợc đặt ở đầu của mỗi khung (hình 2.32).

Nhãn khung bắt đầu với vùng ranh giới LLID (SLD-start LLID delimiter), tiếp theo là 2 byte trống và 2 byte LLID. Một byte kiểm tra CRC bảo vệ dữ liệu từ ranh giới bắt đầu đến hết LLID. Bit đầu tiên của LLID là bit chỉ định lƣu lƣợng broadcast hay unicast. 15 bit có khả năng hỗ trợ 32,768 ONU khác nhau.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 43

8 byte

0 × 5555

LLID

CRC

Khung MAC

SDL 0 × d5

ID [14;0]

Mode bit

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 32 : Nhãn khung MAC trong EPON

Bit đầu tiên của LLID đƣợc cài đặt là 0 dành cho hoạt động P2PE. Hình 1.42 mô tả khái niệm EPON P2PE. Trong hoạt động mô phỏng P2P, OLT có N port MAC. Khi gửi khung down từ OLT đến ONU, lớp con mô phỏng P2P trong OLT sẽ chèn LLID phù hợp với port MAC riêng và ở phía nhận chỉ có một ONU khớp với LLID của khung mà nó đƣợc gán trƣớc đó mới nhận khung còn các MAC của ONU khác sẽ không thấy đƣợc khung này. Ở hƣớng up, ONU sẽ chèn LLID đƣợc gán vào nhãn của mỗi khung truyền. Lớp mô phỏng P2P trong OLT sẽ tách các khung đến port MAC phù hợp dựa vào LLID duy nhất (hình 2.31). Trong trƣờng hợp 2 ONU kết nối với nhau thì phải thông qua cầu 802.1 ở OLT. Ví dụ nhƣ ONU1 và ONU3 muốn kết nối với nhau thì đầu tiên tín hiệu đi từ ONU1 đến OLT sau đó đi qua cầu 802.1 rồi mới đến ONU3.

Khi bit đầu tiên của LLID đƣợc cài đặt là 1, OLT quảng bá lƣu lƣợng đến tất cả ONU (hình 2.33). Điều này thuận lợi cho EPON hoạt động quảng bá ở hƣớng down. Để ngăn ngừa quảng bá tràn lan ở switch lớp 2, chuẩn EPON đề nghị tránh kết nối của port quảng bá đến switch 802.1, và chỉ dùng kết nối router lớp 3 hay server cho việc phổ biến thông tin. Hình 2.34 mô tả MAC quảng bá và MAC P2P trong EPON.

ONU

OLT

Down

LLID = 1

ONU 1

LLID = 1

C A M

ONU 2

LLID = 1

í l t ậ v

C A M

LLID = 1

á b g n ả u Q

Splitter

p ớ L

ONU 3

C A M

LLID = 1

ONU N

Một chú ý ở đây là khái niệm LLID trong EPON và cấp ID trong GPON. Trong GPON, một ONU có thể đƣợc cấp với nhiều container truyền dẫn với số ID khác nhau. ONU của EPON có thể đƣợc cấp nhiều LLID để thực hiện các lớp chất lƣợng dịch vụ khác nhau.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 44

ONU

OLT

LLID = 0

ONU 1

C A M

ONU 2

LLID = 0

í l t ậ v

C A M

á b g n ả u Q

Splitter

p ớ L

ONU 3

C A M

ONU N

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Hình 2. 33 : Mô phỏng hoạt động OLT quảng bá lƣu lƣợng và ONU truyền P2P trong EPON

Router/Server

Bắt cầu (802.1D)

Router/PC

MAC ONU

MAC 1

MAC 2

MAC 3

MAC QB

Mô phỏng P2PE

Lớp vật lí EPON

Hình 2. 34 : MAC P2P và quảng bá trong EPON

2.3.5.7. Mã hóa và bảo vệ

Chuẩn IEEE802.3ah không quy định cơ chế mã hóa và bảo vệ trong EPON. Mã hóa thì quan trọng để đảm bảo sự riêng tƣ khi ONU kết nối trực tiếp đến user nhƣ là các ứng dụng trong FTTH. Bảo vệ thì quan trọng khi ONU bị chia sẻ giữa nhiều nhóm user nhƣ là các ứng dụng trong FTTB/FTTC.

2.3.6. So sánh EPON và GPON

Từ quan điểm kĩ thuật, một điểm khác nhau cơ bản giữa GPON và EPON là cách hỗ trợ mạch TDM. GPON chia tín hiệu up và down thành khung 125µs. Khung dữ liệu đƣợc đóng gói sử dụng kĩ thuật đóng gói GEM. Còn trong EPON khung Ethernet có chiều dài có thể thay đổi đƣợc dùng ở lớp vận chuyển. Mô phỏng mạch thì cần để thực hiện mạch TDM có băng thông cố định.

Trong khi EPON thì tối ƣu hóa vận chuyển gói Ethernet, đóng gói GEM cho phép thích nghi hơn với dạng tín hiệu khác. Trong hệ thống EPON, chức năng báo cáo và chấp nhận

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 45

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

băng thông đƣợc bổ sung sử dụng MPCPDU. Mỗi port ONU với LLID khác nhau yêu cầu khung Gate và Report riêng, mà chúng là khung Ethernet. Càng nhiều ID đƣợc phân phối thì càng có nhiều overhead của giao thức điều khiển đa điểm MPCP. Trái ngƣợc lại, các chức băng báo cáo và nhận băng thông GPON có thể đƣợc đội lên thành phần đầu của khối điều khiển vật lí PCB của khung GTC. Mỗi PCBd chứa thông tin phân phối băng thông cho tất cả container truyền dẫn đƣợc phân bổ. Điều này làm cho GPON hiệu quả hơn so với EPON.

Bộ chia 1:32 cho EPON và GPON, hệ thống EPON cung cấp băng thông trung bình là 31.25 Mbps trên mỗi ONU ở cả hƣớng down và up, trong khi GPON với tốc độ truyền 2488Mbps đối xứng ở hƣớng down và up thì băng thông cấp cho mỗi ONU là 77.75 Mbps.

2.4. SuperPON

Nhƣ đã trình bày các mục ở trên thì mạng PON điển hình thì khoảng cách truyền là 20 km và tỉ lệ chia tối đa là 1:64 (trong GPON), vậy ta có thể tăng khoảng cách truyền có thể tăng lên và tỉ lệ bộ chia này có thể tăng lên đƣợc nữa không? Câu hỏi này sẽ đƣợc giải đáp trong phần SuperPON. Ta hoàn toàn có thể làm đƣợc điều này bằng cách sử dụng bộ khuếch đại. Từ đó ta có khái niệm superPON là mạng PON mở rộng bằng việc tăng khoảng cách truyền và tăng tỉ lệ bộ chia splitter với việc sử dụng bộ khuếch đại. Có nhiều bộ khuếch đại quang đƣợc xem xét:

 Bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium (EDFA-Erbium-doped fiber amplifier).

 Bộ khuếch dại quang sợi pha trộn Thulium dành cho hƣớng down (TDFA-Thulium- doped fiber amplifier) và bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Praesodymium dành cho hƣớng up (PDFA-Praesodymium-doped fiber amplifier).

 Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA-Semiconductor optical amplifier).

Trong mạng đô thị và mạng đƣờng dài thì bộ khuếch đại EDFA đƣợc sử dụng rộng rãi bởi độ lợi đạt cao nhất trong vùng bƣớc sóng 1530-1565 nm. Tuy nhiên trong mạng PON thì bƣớc sóng hoạt động ở hƣớng down là 1480–1500 nm và ở hƣớng up là 1260–1360 nm, do đó bộ khuếch đại EDFA không đƣợc ƣa chuộng lắm trong mạng PON tuy nhiên nó cũng đƣợc xem xét bởi vùng bƣớc sóng 1550–1560 nm cũng đƣợc dùng để down tín hiệu video. Ở hƣớng down vùng bƣớc sóng hoạt động 1480-1500 nm thì nó phù hợp khi sử dụng bộ khuếch đại TDFA bởi vùng bƣớc sóng hoạt động của bộ khuếch đại này là 1440-1520 nm, còn ở hƣớng up vùng bƣớc sóng hoạt động 1260–1360 nm thì nó phù hợp khi sử dụng bộ khuếch đại PDFA bởi vùng bƣớc sóng hoạt động của bộ khuếch đại là 1280-1340 nm. Còn bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA thì không có độ lợi cao nhƣ trong bộ khuếch đại EDFA nhƣng nó hoạt động ở vùng bƣớc sóng rộng do đó mà nó đƣợc sử dụng trong mạng PON. Câu hỏi đặt ra tiếp theo ta nên đặt bộ khuếch đại ở vị trí nào?

Trong mạng PON thì thƣờng ngƣời ta sử dụng bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA, mà đặc điểm của bộ khuếch đại quang này là cần nguồn nuôi cung cấp để hoạt động do đó mà nếu đặt bộ khuếch đại này ở trên đƣờng truyền thì cần phải có đài trạm để hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng điều này thì sẽ gặp trở ngại khi triển khai mạng truy nhập với số lƣợng lớn trong khi mục đích của mạng PON là đơn giản để có thể thiết kế với số lƣợng lớn. Còn nếu bộ khuếch đại đặt ở các ONU thì lại không khả thi lắm vì nhƣ thế ta sẽ phải lắp đặt N bộ khuếch đại nếu

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 46

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

có N thuê bao. Còn 2 vị trí ta có thể đặt bộ khuếch đại là tại trạm trung tâm ngay sau bộ OLT và tại bộ splitter. Vị trí ta xét đầu tiên là ngay sau bộ OLT (hình 2.35), tại vị trí này ta sẽ tiết kiệm đƣợc bộ khuếch đại lắp đặt đồng thời sẽ dễ dàng hơn trong việc thiết kế, hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng, không những thế ngƣời ta còn lắp đặt 2 bộ khuếch đại 1 bộ dành cho hƣớng down và 1 bộ dành cho hƣớng up để có thể tiết kiệm đƣợc chi phí trong lắp đặt, hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng.

Bộ khuếch đại ở hƣớng down

ONU

OLT ONU

Bộ khuếch đại ở hƣớng up

Splitter

ONU

Hình 2. 35 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt sau bộ OLT

Vị trí thứ hai ta xét là đặt ngay tại bộ splitter. Khi bộ khuếch đại đặt ở vị trí này thì mục đích của ngƣời thiết là muốn bù suy hao cho splitter tức là muốn tăng tỉ lệ chia của bộ splitter (hinhg 2.36).

ONU

Splitter OLT ONU

ONU

Hình 2. 36 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt gần splitter để bù suy hao cho splitter

Phân bổ băng tần

2.5.

Có 2 phƣơng pháp phân bổ băng tần là: phƣơng pháp phân bổ băng tần cố định và phƣơng

pháp phân bổ băng tần động.

2.5.1. Phƣơng pháp phân bổ băng tần cố định

Phƣơng pháp phân bổ băng tần cố định là phân bổ chiều dài khe thời gian cố định cho mỗi ONU với thời gian nhƣ nhau bất chấp nhu cầu băng thông của nó. Nhƣ biểu diễn ở hình 2.37, với phƣơng pháp phân bổ băng tần cố định, băng thông và độ trễ thì giữ cố định, điều này sẽ không hiệu quả bởi băng thông sẽ bị chiếm hữu thậm chí là khi nó không có dữ liệu up lên. Để khắc phục mặt hạn chế này thì giao thức phân bổ băng tần động (DBA-Dynamic

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 47

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Chu kì n

Chu kì n+1

OLT

Tx Rx

Thời gian nghỉ

Khe lãng phí

ONU1

Tx Rx

ONU2

Tx Rx

Đợi chu kì kế tiếp

ONU3

Tx Rx

bandwidth allocation) đƣợc triển khai để giảm hiệu suất truyền dẫn và giảm độ trễ gói bằng việc phân phối động các khe thời gian up lên tùy thuộc vào nhu cầu băng thông của các ONU. Mặc dù ý tƣởng đƣa ra là tốt nhƣng nếu không đƣợc thiết kế hợp lí thì nó sẽ dẫn tới làm tăng độ trễ thậm chí là giảm băng thông.

T2 Hình 2. 37 : Phân bổ khe thời gian cố định [3]

2.5.2. Mô tả hoạt động phân phối băng tần động cơ bản

R Data

OLT

Thời gian

R Data

ONU

Thời gian

Data

Thời gian

Đầu cuối user

Request

Grant

Hoạt động phân phối băng tần động DBA đơn giản đƣợc mô tả ở hình 2.38.

Hình 2. 38 : Mô hình phân bổ băng tần động cơ bản [1]

(1) ONU lƣu các dữ liệu nhận đƣợc từ các user trong bộ đệm. (2) Khối dữ liệu đƣợc lƣu trong bộ đệm báo cho OLT nhƣ là request tại thời điểm OLT

quy định.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 48

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

(3) OLT sẽ báo thời gian bắt đầu truyền và khoảng thời gian có thể sử dụng (cửa sổ truyền

dẫn) cho ONU chứa trong grant.

(4) ONU sẽ đợi thời gian đƣợc cấp và sau đó truyền khối dữ liệu đƣợc quy định đến OLT.

2.5.3. IPACT

Kiểm soát vòng với chu kì thời gian phù hợp (IPACT- Interleaved polling with adaptive cycle time) là phƣơng pháp phân bổ băng tần phổ biến có thể đƣợc thực hiện với chi phí thấp. Trong IPACT, OLT thăm dò ONU gán băng thông tùy theo nhu cầu của nó, ONU phân phối băng thông mà không cần thông báo cho OLT biết. OLT gán request cho ONU dựa vào chu kì kiểm soát vòng đứng trƣớc- đó là lí do tại sao các gói đến sau request đã bị trễ ít nhất là một chu kì kiểm soát vòng kế tiếp, thậm chí là đến cùng một chu kì kiểm soát vòng. Chu kì vòng điều chỉnh các yêu cầu băng thông của ONU và định nghĩa cửa sổ truyền dẫn tối đa cho phép ONU với lƣu lƣợng cao không chiếm giữ toàn bộ tài nguyên băng thông.

Mô tả thuật toán IPACT: tại thời điểm bắt đầu, OLT biết là có bao nhiêu gói đang chờ trong bộ đệm của ONU và tƣơng ứng với độ trễ round trip vì thế OLT sẽ quảng bá bản tin Grant. Do đó ONU bắt đầu truyền với cửa sổ đã đƣợc gán và tiếp tục nhận và giữ các gói mới, tại điểm kết thúc truyền dẫn, chúng phát ra Request mới dựa vào các gói nhận đƣợc. OLT biết khi nào thì mỗi gói ONU sẽ truyền đến, vì thế nó có thể lập trình Grant cho ONU kế tiếp nhƣng có khoảng thời gian nghỉ ở giữa. Thông tin nhận đƣợc từ ONU và thời gian round trip RTT đƣợc lƣu trong bảng polling. Mỗi ONU thực hiện thủ tục giống nhau tiêu biểu là bản tin Grant, thuật toán lập trình và phân phối băng tần động đƣợc cấp và thực hiện ở OLT.

Để hiểu rõ hơn ta hãy xem xét một ví dụ hệ thống chỉ có 3 ONU.

(1) Chúng ta hãy tƣởng tƣợng tại một số thời điểm t0 OLT biết chính xác có bao nhiêu byte đang chờ trong bộ đệm mỗi ONU và thời gian round trip đến mỗi ONU. OLT giữ dữ liệu này trong bảng polling biểu diễn ở hình 2.39 (a). Tại thời điểm t0, OLT gửi bản tin điều khiển đến ONU1, cho phép gửi 6000 byte ( hình 2.39 (a)). Chúng ta gọi nó nhƣ là bản tin Grant. Ở hƣớng down, OLT quảng bá dữ liệu đến tất cả ONU, Grant chứa ID của ONU đích cũng nhƣ kích thƣớc cửa sổ đƣợc cấp (byte).

(2) Lúc nhận đƣợc bản tin Grant từ OLT, ONU1 bắt đầu gửi dữ liệu up lên với kích thƣớc cửa sổ đã đƣợc cấp ( hình 2.39 (b)). Trong ví dụ, up lên 6000 byte. Tại cùng một thời điểm, ONU giữ các gói dữ liệu mới nhận đƣợc từ các user. Tại điểm cuối cùng của cửa sổ truyền dẫn, ONU1 sẽ phát ra bản tin điều khiển riêng (Request). ONU1 sẽ gửi Request báo cho OLT biết có bao nhiêu byte trong bộ đệm của ONU1 tại thời điểm Request đƣợc phát ra. Trong trƣờng hợp này có 550 byte.

(3) Thậm chí trƣớc khi OLT nhận đƣợc hồi đáp từ ONU1 thì nó đã biết bit cuối cùng của

ONU sẽ truyền đến. Cách OLT đã tính toán:

 Bit đầu tiên sẽ đến chính xác sau thời gian round trip RTT. RTT trong tính toán bao gồm thời gian round trip thực sự, thời gian xử lí Grant, thời gian phát ra Request và nhãn OLT để thực hiện xếp hàng trên dữ liệu nhận đƣợc ví dụ nhƣ đó là khoảng thời gian chính xác gửi Grant đến ONU và nhận dữ liệu từ ONU đó.

 Bởi OLT biết có bao nhiêu byte (bit) cho phép ONU gửi, nó biết bit cuối cùng của ONU sẽ truyền đến. Tiếp đó, biết đƣợc thời gian RTT của ONU2, OLT có thể lập

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 49

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

trình Grant cho ONU2 để bit đầu tiên của ONU2 sẽ truyền với khoảng thời gian nghĩ nhỏ nhất sau khi truyền bit cuối cùng của ONU1(hình 2.39 (b)). Khoảng thời gian nghĩ cung cấp khoảng bảo vệ cho sự dao động thời gian round trip và thời gian xử lí bản tin điều khiển của các ONU khác nhau. Ngoài ra, đầu thu OLT cần một ít thời gian để điều chỉnh lại độ nhạy của nó bởi trên thực tế các tín hiệu từ các ONU khác nhau có thể có các mức công suất khác nhau bởi ONU đƣợc phân phối tại các khoảng cách khác nhau tính từ OLT.

(4) Sau một thời gian, dữ liệu từ ONU1 đã truyền đến. Tại điểm kết thúc việc truyền của ONU1, có một Request mới chứa thông tin có bao nhiêu byte trong bộ đệm ONU1 đƣợc ƣu tiên trong việc truyền Request. OLT sẽ sử dụng thông tin này để cập nhật bảng polling ( hình 2.39 (c)).

Bằng việc duy trì thời gian khi Grant đƣợc gửi và dữ liệu đƣợc nhận, OLT cập nhật liên tục

toàn bộ thời gian round trip cho các ONU tƣơng ứng.

RTT

Bảng polling

ONU Byte 1

6000

200

3200

170

1800

120

6000

OLT

Tx Rx

6000 byte

550

ONU1

Tx Rx

6000

ONU2 Tx Rx

ONU3 Tx Rx

Grant

Request

(5) Tƣơng tự nhƣ bƣớc (4), OLT có thể tính toán thời gian bit cuối cùng ONU truyền đến. Do đó nó cũng biết đƣợc khi nào gửi Grant cho ONU3 để dữ liệu của nó nối đuôi đến điểm kết thúc của dữ liệu ONU2. Sau một thời gian dài hơn, dữ liệu ONU2 sẽ truyền đến. OLT một lần nữa cập nhật bảng này, thời gian này nhập vào ONU2 (hình 2.39 (d)).

(a)

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 50

RTT

ONU Byte 1

6000

200

3200

170

1800

120

3200

6000

OLT

Tx Rx

6000 byte

550

ONU1

Tx Rx

6000

ONU2 Tx Rx

ONU3 Tx Rx

Grant

Request

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

RTT

ONU Byte 1

550

200

ONU Byte 1

6000

200

3200

170

3200

170

1800

120

1800

120

6000

3200

1600

OLT

Tx Rx

6000 byte

550

6000 byte

550

ONU1

Tx Rx

6000

3200 byte

5700 0

ONU2 Tx Rx

3200

ONU3 Tx Rx

Grant

Request

(b)

(c)

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 51

RTT

ONU Byte 1

6000

200

ONU Byte 1

550

200

ONU Byte 1

550

200

3200

170

3200

170

5700

170

1800

120

1800

120

1800

120

3200

1600

6000

OLT

Tx Rx

3200 byte

6000 byte

550

5700 0

6000 byte

550

ONU1

Tx Rx

6000

3200 byte

5700 0

ONU2 Tx Rx

3200

1600 byte

4400 0

ONU3 Tx Rx

1600

Grant

Request

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

(d)

Hình 2. 39 : Các bƣớc thuật toán polling [3]

Nếu một ONU hoàn toàn rỗng trong bộ đệm, nó sẽ báo cáo các byte 0 về cho OLT. Do đó ví dụ với các chu kì kế tiếp ONU sẽ đƣợc gán các byte 0 do nó đƣợc cho phép gửi các Request mới nhƣng không có dữ liệu.

Nếu OLT cho phép mỗi ONU gửi nội dung toàn bộ bộ đệm trong một truyền dẫn, các ONU với dữ liệu tốc độ cao có thể chiếm giữ toàn bộ băng thông. Để tránh điều này, OLT sẽ giới hạn kích thƣớc truyền dẫn tối đa. Do vậy mỗi ONU sẽ lấy một Grant để gửi nhiều byte mà nó đƣợc yêu cầu trong chu kì trƣớc nhƣng không nhiều hơn giới hạn tối đa (kích thƣớc cửa sổ truyền dẫn tối đa). Có nhiều cách khác nhau để quy định giới hạn kích thƣớc cửa sổ truyền dẫn tối đa ví dụ nhƣ dịch vụ bị giới hạn thuật toán này phân bổ băng thông đến một ONU nhƣng không nhiều hơn giá trị đƣợc xác định trƣớc; thuật toán cổng gán Request mà không cần bất kì giới hạn nào; thuật toán cho nợ gán Request cộng với số nợ cố định và cuối cùng là thuật toán co giãn chỉ có một giới hạn duy nhất là thời gian chu kì tối đa.

2.5.4. Phân phối băng thông tối thiểu đƣợc đảm bảo

Hạn chế của các kết quả IPACT là độ trễ gói không cần thiết đƣợc đƣa vào mạng, toàn bộ các yêu cầu băng thông từ các ONU trong một chu kì thì ít hơn toàn bộ dung lƣợng mạng nhƣng yêu cầu băng thông cho các ONU riêng có thể vƣợt quá giới hạn truyền dẫn tối đa. Theo IPACT, nhu cầu thêm vào sẽ đƣợc đệm vào cho đến chu kì kiểm soát kế tiếp. Hơn nữa, thời gian xử lí tín hiệu ở OLT và ONU cũng nhƣ thời gian nghỉ giữa hai cửa sổ up lên liền kề đƣợc giữ cố định. Thậm chí nếu chu kì kiểm soát lƣu lƣợng ONU bị giảm xuống bởi việc gán các khe thời gian ngắn hơn, thì tỉ lệ thời gian nghỉ và thời gian xử lí tín hiệu trong một chu kì vẫn tƣơng đối dài hơn. Dẫn đến kết quả, hiệu suất mạng trong phạm vi tận dụng tốc độ kênh up lên trở nên tồi tệ. Để vƣợt qua hạn chế gây ra bởi tốc độ tận dụng kênh thấp và độ trễ gói dài, khái niệm băng thông đƣợc đảm bảo bằng cách cung cấp thời gian cố định đƣợc đƣa ra

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 52

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Chu kì n

Khe bị lãng phí

Chu kì n+1

Thời gian nghỉ

OLT

Tx Rx

Grant

Report

ONU1

Tx Rx

ONU2 Tx Rx

ONU3 Tx Rx

T4 T5

Các gói đến sau

để xác định giới hạn truyền dẫn tối thiểu, thay vì tối đa trong IPACT cho mỗi ONU để thõa các nhu cầu dịch vụ cơ bản. Với cơ chế này, OLT đầu tiên phải nhận tất cả bản tin báo cáo từ ONU trƣớc khi nó khởi tạo quá trình phân bổ băng thông, thực tế nó dẫn đến kết quả các khe thời gian bị lãng phí trong 2 chu kì kiểm soát liền kề. Hình 2.40 giải thích rõ hơn nếu chắc chắn ONU không hoạt động ví dụ nhƣ ONU1, OLT sẽ gán khe thời gian không sử dụng đến ONU này và có thể thêm băng thông cho ONU khác mà nó vƣợt quá băng thông tối thiểu đƣợc gán ban đầu. Tuy nhiên sự thõa thuận và sự khác nhau các cấp dịch vụ ONU không đƣợc xem xét trong việc hạn chế băng thông ONU vƣợt quá cho phép dẫn đến không cho phép độ ƣu tiên mạng.

Hình 2.40 : Các bƣớc của giao thức phân bổ băng thông tối thiểu

2.6. Chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong mạng quang thụ động PON

Trong mạng truyền thống, nhà cung cấp dịch vụ có nhiệm vụ là cung cấp và quản lí cáp truyền dẫn và các thiết bị đầu cuối mạng. Việc thực thi, hoạt động và quản lí của mạng yêu cầu khả năng cấu hình và kiểm tra các thiết bị mạng một cách nhanh chóng và dễ dàng để các kết nối và dịch vụ luôn đƣợc sẵn sàng. Việc phát hiện ra các trạng thái hoạt động bất thƣờng trong mạng sẽ khắc phục đƣợc các sự cố đang tiềm ẩn và có thể dẫn đến sự cố lớn hơn nhƣ là hƣ mạng. Trong mạng PON thì khác với mạng truyền thống ở chỗ tại đầu cuối ở phía khách hàng thì nó là thiết bị nằm trong nhà khách hàng và nó thuộc quyền sở hữu của khách hàng, vì thế mà khách hàng phải tự bảo dƣỡng thiết bị của mình và nhà cung cấp dịch vụ chỉ có trách nhiệm với thiết bị ở trạm trung tâm và cáp ở bên ngoài không thuộc quyền sở hữu của khách hàng. Trong phần này, chúng ta sẽ nói về chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong mạng quang thụ động PON.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 53

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

2.6.1. Quản lí mạng cơ bản

Hình 2.41 chỉ ra các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và các mối quan hệ của chúng. Nơi điều khiển quản lí mạng là một trạm làm việc với phần mềm quản lí mạng chuyên biệt. Tại trạm làm việc ngƣời làm việc ở đó có thể quan sát đƣợc các trạng thái của mạng, có thể kiểm tra tất cả thiết bị đang hoạt động, các thiết bị này đƣợc cấu hình đúng hay chƣa và phần mềm ứng dụng có đƣợc cập nhật không? Ngƣời quản lí mạng có thể nhìn thấy mạng đang hoạt động ví dụ lƣu lƣợng tải và các lỗi trong thiết bị và cáp. Thêm vào đó trạm làm việc có thể điều khiển nguồn tài nguyên mạng.

Trạm quản lí mạng

Hệ thống quản lí mạng NMS Agent A

Hệ thống quản lí chung EMS MIB

A ONU Splitter A OLT

A ONU

Hình 2. 41 : Các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và mối quan hệ của chúng [13]

Thiết bị đƣợc quản lí trong mạng PON là OLT, ONU, nguồn dự phòng và bộ nguồn. Mỗi thiết bị đƣợc giám sát và điều khiển bởi hệ thống quản lí chung (EMS - Element Management System). Điểm quan trọng ở đây mặc dù ở phía khách hàng tự bảo dƣỡng thiết bị ONU nhƣng để hoạt động trong mạng PON thì thiết bị này cũng phải đƣợc hỗ trợ truy vấn trạng thái và điều khiển các chức năng từ hệ thống EMS.

Các module phần mềm quản lí đƣợc gọi là agent nằm trong bộ vi xử lí bên trong nó thu thập và biên dịch thông tin liên tục về các trạng thái và việc thực thi các thiết bị. Các agent này sẽ lƣu các thông tin dựa trên thông tin quản lí (MIB - Management Information Base) tại trạm trung tâm và sau đó nó cung cấp thông tin để quản lí các thực thể bên trong hệ thống quản lí mạng (NMS - Network Management System) đặt ở trạm làm việc. MIB thì dựa trên thông tin đã đƣợc số hóa, nó xác định dữ liệu và số nhận dạng thích hợp nhƣ là các vùng trong

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 54

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

cơ sở dữ liệu. Thông tin này đƣợc lƣu trong bảng, bộ đếm. MIB không vạch rõ cách thu thập và sử dụng dữ liệu nhƣng nó chỉ định rõ những gì mà agent có thể thu thập và cách tổ chức dữ liệu để hệ thống khác có thể sử dụng chúng.

Khi agent thông báo các vấn đề mà nó đang giám sát ví dụ nhƣ có sự giảm công suất ngõ ra ở OLT hay ONU, trạng thái nguồn dự phòng bất thƣờng hay tốc độ lỗi bị vƣợt quá giới hạn…nó sẽ gửi các cảnh báo đến thực thể quản lí. Vào lúc nhận đƣợc cảnh báo, các thực thể quản lí có thể khởi tạo một hay nhiều hoạt động nhƣ là thông báo hoạt động, ghi sự kiện, thoát khỏi hệ thống hay tự động thử cách li hay sửa lỗi. Hệ thống EMS cũng có thể truy vấn và thăm dò trong hệ thống để kiểm tra các trạng thái. Việc thăm dò này có thể tự động hoặc đƣợc khởi tạo bởi ngƣời quản lí.

2.6.2. Các chức năng quản lí

2.6.2.1. Quản lí thực thi

Hệ thống viễn thông sử dụng thủ tục quản lí thực thi để giám sát và điều khiển các thông số chính để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS đến các đầu cuối mạng. Trong mạng FTTH, các thông số này bao gồm chức năng loop-back điều khiển từ xa, giám sát lỗi, thống kê lỗi ở ONU và chuyển mạch nguồn trong trƣờng hợp có sự cố ở ONU. Ví dụ các thông số đƣợc giám sát tại lớp vật lí là tốc độ lỗi bit và các mức công suất quang ở OLT và ONU. Thủ tục quản lí thực thi gán giá trị ngƣỡng cho các thông số và thông báo cho hệ thống quản lí hay phát ra cảnh báo khi nó tiến đến ngƣỡng.

2.6.2.2. Quản lí cấu hình

Mục tiêu của quản lí cấu hình là giám sát thông cài đặt và cấu hình thiết bị mạng. Mục đích của điều này là để kiểm tra và quản lí hiệu suất hoạt động mạng cấu thành từ phần mềm và phần cứng khác nhau. Quản lí cấu hình cho phép hệ thống cung cấp tài nguyên và dịch vụ mạng, giám sát và điều khiển các trạng thái và thu thập thông tin trạng thái. Việc cung cấp này bao gồm cài đặt các mức công suất quang tự động (ví dụ nhƣ trong GPON ngõ ra của ONU có thể đƣợc cài đặt một trong ba mức khác nhau), gán băng thông hay cài đặt các tính năng riêng đƣợc yêu cầu bởi khách hàng, phân phối phần mềm, nâng cấp agent và cấu hình thiết bị để cô lập lỗi. Quản lí cấu hình lƣu tất cả thông tin này trong cơ sở dữ liệu có thể truy cập dễ dàng để khi có sự cố nó đƣợc tìm thấy dễ dàng để giải quyết vấn đề.

2.6.2.3. Quản lí kế toán

Chức năng quản lí kế toán là để đo các thông số khởi tạo mạng để riêng một cá nhân hay một nhóm khách hàng trong mạng có thể điều chỉnh và đăng nhập vào các dịch vụ phù hợp. Do đó, quản lí kế toán đo đạt, thu thập và thống kê tài nguyên và việc sử dụng mạng. Thêm vào đó, quản lí kế toán có thể khảo sát các mẫu sử dụng hiện thời để phân phối mạng. Từ việc thống kê, nhà cung cấp dịch có thể phát hóa đơn và đánh thuế cho việc sử dụng dịch vụ.

2.6.2.4. Quản lí lỗi

Lỗi trong mạng nhƣ là đứt cáp trong truyền dẫn sợi quang, sự cố ở OLT hay ONU có thể xảy ra trong mạng FTTH. Lỗi trong mạng có thể do bởi thời gian chết của hệ thống hay do sự giảm sút của mạng, quản lí lỗi là một trong những chức năng quan trọng và đƣợc bổ sung đầy đủ nhất. Khách hàng thì mong đợi cách giải quyết nhanh chóng và đáng tin cậy khi mạng có lỗi. Hình 2.42 mô tả quản lí lỗi bao gồm quy trình sau:

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 55

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

(1) Giám sát cảnh báo đƣợc dùng để báo cáo các cảnh báo và các nguyên nhân có thể xảy ra cho hệ thống quản lí mạng. Quản lí lỗi có thể tóm lƣợc các cảnh báo và cho phép nhà quản lí truy tìm quan sát thông tin cảnh báo từ log cảnh báo.

(2) Kĩ thuật cô lập lỗi quyết định nguồn gốc, vị trí và các nguyên nhân có thể gây nên lỗi có thể là do tự động hoặc có sự can thiệp của nhà điều hành mạng. Nó bao gồm chức năng cảnh báo liên quan đến từ các phần khác nhau trong mạng và chạy thử.

(3) Thẻ sự cố đƣợc cấp bởi hệ thống quản lí mạng. Các thẻ này cho biết đó là lỗi gì và cách giải quyết nó. Khi lỗi đƣợc cấp thành thẻ thì chúng sẽ có thể nhờ sự can thiệp của nhà điều hành mạng hoặc tự động sửa lỗi. Khi có lỗi thì cách giải quyết là cấp cho thẻ sau đó nó đƣợc lƣu trong cơ sở dữ liệu.

(4) Kiểm tra thử đƣợc thực hiện mỗi lần khi có sự cố. Trong thủ tục sửa lỗi thì việc kiểm tra thử là công việc chủ yếu trong mạng. Nó bao gồm kiểm tra thực thi, kiểm tra tiến trình xử lí và ghi lại kết quả.

Khả năng quản lí mạng: Trạm làm việc quản lí lỗi

Cảnh báo Cảnh báo log ?  Quan sát bản đồ mạng.  Theo dõi cảnh báo.  Mối tƣơng quan các

cảnh báo. Điều khiển cách li lỗi.

Hệ thống quản lí lỗi   Giám sát lỗi.

Các thẻ sự cố

Chức năng quản lí lỗi:

Giải quyết bởi nhà điều hành Tự động giải quyết

Cơ sở dữ liệu của các thẻ sự cố  Điều khiển việc dò lỗi.  Điều khiển các cảnh báo.  Cách li lỗi.  Cấp các thẻ sự cố.  Lƣu các thẻ sự cố.

Hình 2. 42 : Các tiến trình quản lí lỗi [13]

2.6.2.5. Quản lí bảo mật

Trong mạng PON, dữ liệu ở hƣớng down từ OLT quảng bá đến tất cả ONU, mỗi bản tin đƣợc truyền trong cùng một OLT đều giống nhau. BPON, GPON và EPON đều có các phƣơng pháp riêng để đảm bảo rằng user chỉ truy cập đƣợc dữ liệu của mình. Một kĩ thuật chuẩn đƣợc gọi là mật mã, nó sẽ chuyển dữ liệu thành dạng khó hiểu tại đầu gửi để bảo vệ chúng việc truy cập trái phép, việc sửa đổi, việc sử dụng miễn phí hay sự phá hoại khi dữ liệu truyền qua mạng.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 56

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Chuẩn BPON ITU-T G.983 mô tả kĩ thuật cơ chế bảo mật gọi là trộn (churning), nó chỉ mật mã dữ liệu ở hƣớng down. Cơ chế này sử dụng số không thay thế cho mỗi 4 bit trên và dƣới của mỗi byte và mật mã sử dụng từ khóa riêng. Mỗi từ khóa đƣợc trộn đƣợc cài đặt và cập nhật ít nhất một lần ở mỗi giây từ mỗi ONU riêng và ở hƣớng up thì mỗi ONU sẽ gửi từ khóa này cho OLT để OLT sử dụng làm từ khóa để mật mã. OLT cũng có thể yêu cầu mật khẩu từ mỗi ONU để ngăn chặng việc phá hoại ở các ONU khác. (ngƣời sử dụng khác). Ở hƣớng up thì không mật mã bởi việc nghe lén ở hƣớng này là rất khó do mỗi ONU không thể nhìn thấy nhau tức không thể liên lạc trực tiếp với nhau mà đều phải thông qua OLT.

Chuẩn GPON mô tả việc sử dụng cơ chế mật mã điểm- điểm P2P. Đây là chuẩn mật mã cao cấp, đƣợc dùng để bảo vệ thông tin dữ liệu cho khung GPON. Thuật toán mật mã cao cấp này mật mã và giải mã khối dữ liệu 128 bit từ khuôn dạng dữ liệu gốc. Các từ khóa zero có thể có chiều dài 128, 192 hay 256 bit để làm mật mã cực kì khó và giải mã để chuyển lại thành dữ liệu gốc.

Giao thức Ethernet không có bất kì cơ chế bảo mật nào, tuy nhiên việc phát triển EPON kết hợp chặt chẽ với cơ chế bảo mật điểm đến đa điểm P2MP. Cơ chế này dựa trên cơ chế bảo mật đa tầng nhƣ là bức tƣờng lửa, kĩ thuật mạng riêng ảo và bảo mật giao thức Ethernet.

2.6.3. Hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong FTTH

Để thõa mãn nhu cầu của khách hàng và đáp ứng dịch vụ triple-play chất lƣợng cao, mạng FTTH phải triển khai thủ tục hoạt động quản lí và bảo dƣỡng đáng tin cậy. Thủ tục này hỗ trợ việc tính cƣớc, bảo mật, bảo dƣỡng, cung cấp và giám sát hiệu suất mạng. Nó có thể thực hiện việc sử dụng các chuẩn hay dụng cụ phần mềm hệ thống hỗ trợ hoạt động mở rộng trong hệ thống quản lí mạng. Có nhiều chƣơng trình hỗ trợ hoạt động có thể cấp quyền thông qua trình duyệt web và việc chọn lựa các ứng dụng rộng rãi, nó cho phép quản lí mạng cấu hình và điều khiển hàng trăm phần tử trong đó.

Việc cung cấp phân phối các mức dịch vụ cung cấp và cấu hình khác nhau cho các loại dịch vụ thoại, dữ liệu và video cho khách hàng. Nhà điều hành mạng cũng nhƣ cơ chế tự động cần xác định nếu thiết bị tại đầu cuối khách hàng có thể cung cấp các dịch vụ đƣợc yêu cầu. Ví dụ nhƣ việc cung cấp phải xác định nếu ONU có khả năng điều khiển tốc độ dữ liệu của mình dù có khả năng kết hợp với kiểm tra hay không thì nó cũng hỗ trợ hoạt động từ xa. Điều này thì quan trọng đối với nhà cung cấp dịch vụ, việc quản lí và xác định các vấn đề từ xa có thể ngăn ngừa việc yêu cầu các dịch vụ chi phí đắc đỏ.

Chức năng bảo dƣỡng hay quản lí lỗi để tránh các lỗi tiềm ẩn và sự giảm sút trong mạng FTTH. Nếu lỗi xảy ra, tiến trình bảo dƣỡng cần xác định và làm rõ càng nhanh càng tốt để thõa mãn nhu cầu khách hàng.

Khả năng kết hợp với kiểm tra để thay đổi thông tin trạng thái giữa ONU và OLT bao gồm chức năng loop-back điều khiển từ xa phát hiện lỗi trên mạch hay cáp, thống kê lỗi ở ONU và thoát khỏi nguồn trong trƣờng hợp có sự cố tại ONU. Hình 2.43 mô tả tín hiệu điều khiển trạng thái loop-back, nó đƣợc khởi tạo ở OLT và truyền đến ONU sau đó ONU báo cáo trạng thái và truyền ngƣợc về OLT. Việc báo cáo này chỉ thị mọi thứ đã hoạt động tốt hay chúng có thể đƣợc dùng để xác định nguyên nhân tốc độ lỗi bit cao.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 57

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

Trạm quản lí

Loop-back tại ONU Tín hiệu kiểm tra loop- back đƣợc gửi từ OLT ONU OLT Báo cáo trạng thái

Báo cáo trạng thái của ONU

Hình 2. 43 : OLT khởi tạo loop-back điều khiển từ xa [13]

2.7. Ứng dụng

2.7.1. Trên thế giới

Bảng xếp hạng mới đƣợc công bố ngày 27/02/2008 trong hội nghị thƣờng niên của Hội đồng FTTH (Fiber to the home) Châu Âu tại Paris và dựa trên các kết quả thống kê thực hiện vào cuối năm 2007. Danh sách mới này liệt kê 14 nƣớc có tỉ lệ hộ dân tiếp cận trực tiếp với mạng truyền thông quang cao hơn 1 %. So với bảng xếp hạng đầu tiên của ba hội đồng FTTH hồi tháng 7/2007, năm 2008 xuất hiện thêm ba thành viên mới đã vƣợt qua mốc 1 % số hộ dân có FTTH là Slovenia, Iceland và Singapore.

Nhìn chung, năm 2007 là năm thành công rực rỡ của các dịch vụ FTTH, với sự tăng trƣởng mạnh mẽ về số lƣợng đăng kí dịch vụ, chủ yếu là ở ba nƣớc Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ. Trong năm 2007, tính riêng ở ba nƣớc trên đã có thêm khoảng 6 triệu thuê bao đăng kí dịch vụ FTTH.

Hình 2. 44 : Bảng cập nhật xếp hạng sử dụng FTTH ở châu Á

Những con số này nói lên sức mạnh của nền công nghiệp FTTH Châu Âu - nơi đã có trên một triệu đăng kí - và trên toàn thế giới. Hiện tƣợng này đang đƣợc thúc đẩy bởi một yếu tố

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 58

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

không bao giờ giảm, đó là sự thèm muốn của ngƣời dùng tới viễn thông băng thông rộng" , Joeri Van Bogaert, chủ tịch Hội đồng FTTH Châu Âu phát biểu.

Bản cập nhật của bảng xếp hạng cũng chỉ ra Châu Á tiến nhanh hơn so với thế giới trong việc triển khai FTTH (hình 2.44). Hàn Quốc vƣợt lên vị trí đầu bảng với tỉ lệ 31,4 % số hộ dân kết nối, tiếp theo đó là Hồng Kông với 23,4 % và Nhật Bản với 21,3 %. Một sự cách biệt lớn giữa vị trí thứ 3 (Nhật Bản) với vị trí thứ 4 (Thụy Điển) chỉ với 7,1 % số hộ dân tiếp cận FTTH, theo sau rất sát là Đài Loan với 6,8 % và Nauy 6 %. Đan Mạch với 2,5 % chiếm vị trí thứ 7.

Mỹ, với tỉ lệ số hộ dân kết nối FTTH tăng hơn gấp đôi lên 2,3 %, đã nhảy ba bậc lên vị trí thứ 8 trong bảng xếp hạng, theo ngay phía sau là hai gƣơng mặt mới Slovenia với 1,8 % và Iceland với 1,5 %. Trung Quốc tụt từ vị trí thứ 10 xuống vị trí thứ 11, khi tỉ lệ hộ dân kết nối chỉ tăng nhẹ lên 1,5 %. Hà Lan, Italy và Singapore xếp ở các vị trí cuối cùng với tỉ lệ triển khai từ 1,1 đến 1,4 %.

Ba hội đồng FTTH khu vực đã cùng nhau cho ra đời bảng xếp hạng thế giới đầu tiên vào năm 2007 nhằm cung cấp cho nền công nghiệp viễn thông, các chính phủ và các nhà điều tiết thị trƣờng một cái nhìn toàn vẹn và duy nhất về sự triển khai mạng truy cập bằng cáp quang trên toàn thế giới.

"Chúng tôi rất vui mừng khi thấy Mỹ đi lên trong bảng xếp hạng thế giới, điều này cho thấy chúng tôi đã đi đúng hƣớng. Những đƣờng lối chỉ đạo FTTH đã chỉ ra rằng việc triển khai FTTH trên toàn quốc là thực hiện đƣợc, với dẫn chứng là sự thành công của các nƣớc đi đầu trong lĩnh vực này" Joe Savage, chủ tịch hội đồng FTTH Bắc Mĩ, phát biểu. "Tƣơng lai thuộc về những nƣớc nào làm thỏa mãn đƣợc yêu cầu về tốc độ đƣờng truyền của khách hàng băng thông rộng. Những thành viên của chúng tôi - các nhà cung cấp thiết bị cũng nhƣ dịch vụ FTTH - sẵn sàng giúp đỡ để thực hiện đƣợc điều đó trên diện rộng."

"Không phải ngẫu nhiên mà các nƣớc Châu Á Thái Bình Dƣơng trở thành những nƣớc đi đầu thế giới về triển khai FTTH, với số lƣợng kết nối nhiều hơn tổng số lƣợng kết nối của tất cả các nơi khác gộp lại" Schoichi Hanatani, Chủ tịch hội đồng FTTH Châu Á Thái Bình Dƣơng nói. "Sự ra đời của FTTH đã có đƣợc sự ủng hộ của các chính phủ có tầm nhìn xa trông rộng ở các nƣớc Châu Á Thái Bình Dƣơng trong nhiều năm trở lại đây. Họ hiểu rằng FTTH chính là chìa khóa then chốt của việc phát triển cơ sở hạ lớp viễn thông quốc gia."

Bảng xếp hạng toàn cầu đƣợc thiết lập theo những thuật ngữ thống nhất về FTTH công bố bởi ba hội đồng FTTH năm 2007. Những thuật ngữ và khái niệm này tạo nên nền tảng cho việc nghiên cứu thị trƣờng hiện tại của mỗi Hội đồng FTTH. Để cho đầy đủ và chính xác, bảng xếp hạng bao gồm số liệu của cả FTTH và FTTB (fiber-to-the-building), trong khi những công nghệ truy cập băng thông rộng khác dựa trên sợi đồng (DSL, FTT-Curb, FTT- Node) không đƣợc tính đến.

2.7.2. Tại Việt Nam

Trên thế giới FTTH không còn xa lạ với ngƣời dùng internet, đặc biệt là ở các nƣớc phát triển nhƣ: Hàn Quốc, Hồng Kông, Nhật... Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay do cở sở hạ lớp viễn thông chƣa phát triển mạnh nên việc ứng dụng công nghệ FTTH vào đời sống đòi hỏi sự

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 59

Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home

đầu tƣ nghiêm túc từ nhà cung cấp dịch vụ, để đảm bảo chất lƣợng đƣờng truyền cũng nhƣ các dịch vụ.

Hiện tại ở Việt Nam có 4 nhà cung cấp dich vụ FTTH là: VIETTEL, VNPT, SPT và FPT, trong đó FPT là đơn vị triển khai sớm nhất. Năm 2006, FPT đã bắt đầu cung cấp dịch vụ FTTH cho khách hàng thuê bao nhƣng vào thời điểm đó các khách hàng ƣa dùng dịch vụ ADSL thay cho dịch vụ kết nối Internet gián tiếp (Dial-up).

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 60

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON

Chƣơng 3: MÔ HÌNH THIẾT KẾ VÀ BÀI TOÁN THIẾT KẾ FFTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON

Ở chƣơng 1 thì ta đã đƣa ra mô hình thiết kế mạng PON chuẩn theo ITU-T và chƣơng 2 thì ta đã mô tả chi tiết từng loại ATM/BPON, GPON và EPON.Từ những lí thuyết đã nêu ở 2 chƣơng trên, chƣơng này sẽ thiết kế dựa trên mô hình chuẩn sau đó mở rộng mô hình thiết kế bằng việc tăng khoảng cách truyền hoặc tăng tỉ lệ bộ chia splitter hoặc kết hợp cả hai bằng việc sử dụng bộ khuếch đại quang.

3.1. Ý tƣởng thiết kế

ONU 1

1 1

TDM

OLT 1

ONU 2

OLT 2

Splitter

1 1

OLT N

TDMA

ONU N

Về mặt kĩ thuật, FTTH thì có 2 loại cơ bản là thiết kế mạng quang chủ động và thiết kế mạng quang thụ động. Trong thiết kế mạng quang chủ động thì có các thành phần chủ động nhƣ bộ khuếch đại, bộ chuyển mạch, bộ định tuyến, bộ ghép kênh… đặt ở giữa trạm trung tâm CO (Central Office) và ngƣời sử dụng, trong khi đó mạng quang thụ động thì các thành phần chủ động vừa kể trên đặt ở giữa trạm trung tâm CO (Central Office) và ngƣời sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là thiết bị quang thụ động gọi là splitter, một tín hiệu quang sẽ đƣợc chia sẻ cho nhiều thuê bao. Từ đó ta có mô hình thiết kế mạng quang thụ động PON nhƣ trên hình 3.1. Ở mô hình này ta giả sử một ONU tƣơng ứng với một ngƣời sử dụng.

Hình 3. 1 : Mô hình thiết kế mạng PON

Hình 3.1 là mô hình chuẩn theo ITU-T nó bao gồm OLT, splitter có tỉ lệ chia 1:N, các

ONU và khoảng cách truyền từ OLT đến ONU là 20 km.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 61

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON 3.2. Các bài toán thiết kế

3.2.1. Bài toán 1: Thiết kế FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON

Bài toán này đặt ra vấn đề là thiết kế FTTH dựa trên mô hình chuẩn của mạng PON gồm có OLT, ONU và splitter với khoảng cách truyền dẫn giữa OLT và ONU là 20 km và sử dụng splitter có bộ chia 1:N chuẩn theo ITU-T. Thông số nhập vào gồm có số thuê bao M (ở đây ta giả sử số thuê bao tƣơng ứng số ONU) đƣợc đƣa vào, số splitter cho trƣớc. Ta tính toán cần bao nhiêu OLT, bao nhiêu số splitter, từ OLT tới splitter sử dụng bao nhiêu sợi quang và từ splitter tới ONU cần bao nhiêu sợi quang.

Giải quyết bài toán:

Nếu chọn splitter (1:N) thì số splitter có bộ chia 1:N sử dụng là:

S = M/N, với S: số splitter sử dụng (3.1)

Nếu chia dƣ thì kết quả số splitter S sử dụng tăng thêm 1, bởi nếu ta lấy làm tròn xuống thì số thuê bao phục vụ sẽ bị giảm xuống nhƣ thế sẽ không đáp ứng đƣợc hết số thuê bao yêu cầu do bài toán đặt ra.

Kết quả:

 Số OLT cần dùng sẽ bằng với số splitter sử dụng bởi ta thiết kế một OLT sẽ kết nối

đến một splitter thông qua một sợi quang.

 Số splitter cần dùng thì đã đƣợc tính toán ở trên.

 Số sợi quang sử dụng từ OLT và splitter bởi chỉ cần một sợi quang để nối một OLT tới

một splitter.

 Số sợi quang sử dụng từ splitter đến ONU thì bằng với số splitter sử dụng nhân với tỉ lệ bộ chia splitter, nó tƣơng ứng với số thuê bao có thể phục vụ tối đa với tỉ lệ bộ chia 1:N (số này lớn hơn hoặc bằng số thuê bao nhập vào).

Bài toán 1 chỉ mang tính chất tham khảo bởi khi áp dụng vào trong thực tế thì một thiết bị sẽ bị giới hạn bởi card PON tức số OLT có thể đáp ứng đƣợc và nó lại phụ thuộc vào thiết bị lắp đặt thì có công suất phát độ nhạy là bao nhiêu và nhiều thông số khác nữa nhƣ là bộ chia splitter, suy hao sợi quang...

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?

Bài toán 2 này ta giả sử các thiết bị OLT và ONU có các thông số tốc độ bit, công suất phát và độ nhạy, thiết bị splitter có tỉ lệ bộ chia 1:N và khoảng cách truyền từ OLT đến ONU theo chuẩn ITU-T, suy hao sợi quang ở các bƣớc sóng tƣơng ứng (ở đây chỉ thiết kế cho 1 OLT và ONU tối đa tƣơng ứng với tỉ lệ bộ chia splitter).

Để dễ dàng cho việc tìm hiểu và tính toán ta sắp xếp các giả thiết nhƣ sau:

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 62

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON

 Số ONU (K).

 Bộ chia splitter (1:N).

 Suy hao splitter As (dB).

 Down (từ OLT đến ONU):

o Công suất phát PTx1 (dBm) của OLT (trong thiết bị OLT).

o Độ nhạy S1 (dBm) của OLT (trong thiết bị ONU).

o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng down α1 (dB/km).

 Up (từ ONU đến OLT):

o Công suất phát PTx2 (dBm) của ONU (trong thiết bị ONU).

o Độ nhạy S2 (dBm) của ONU (trong thiết bị OLT).

o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng up α2 (dB/km).

 Khoảng cách truyền dẫn L từ OLT đến ONU (km).

 Suy hao do thiết bị Atb (dB) (phụ lục B).

Tính công suất thu đƣợc ở ONU PRx1 và ở OLT PRx2 sau đó so sánh với độ nhạy S1 và S2 của thiết bị đƣa ra kết luận có thiết kế đƣợc FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON không?

Giải quyết bài toán:

Tính công suất thu ở hƣớng down (trong một thiết bị ONU):

(3.2) PRx1(dBm) = PTx1 – As – α1×L - Atb

(3.3) Nếu PRx1 ≥ S1 (thõa)

Tính công suất thu ở hƣớng up (trong thiết bị OLT):

(3.4) PRx2(dBm) = PTx2 – As – α2×L - Atb

(3.5) Nếu PRx2 ≥ S2 (thõa)

Nếu thõa (3.3) và (3.5) thì ta có mô hình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T (hình 3.1). Nếu không thõa thì ta kết luận không thể thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T. Vấn đề ở đây có thể do công suất phát không đủ lớn hay do splitter có tỉ lệ chia lớn dẫn đến là suy hao lớn. Các vấn đề này có thể đƣợc giải quyết bằng cách đặt bộ khuếch đại. Vậy bộ khuếch đại nên đặt ở đâu? Đối với vấn đề thứ nhất là tăng công suất phát thì nên đặt bộ khuếch đại trạm trung ngay sau bộ phát. Vấn đề này đƣợc giải quyết trong bài toán 3.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 63

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON 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

Bài toán này đặt ra vấn đề là công suất thu đƣợc nhỏ hơn độ nhạy ở bộ thu vậy muốn cải

thiện điều này ta phải làm thế nào? Với giả thiết:

 Bộ chia splitter (1:N).

 Suy hao splitter As (dB).

 Công suất phát PTx (dBm).

 Độ nhạy S (dBm).

 Suy hao sợi quang α (dB/km).

 Suy hao do thiết bị Atb (dB).

Giải quyết bài toán:

Cách giải quyết là tăng công suất phát.Trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON thì công suất phát nằm trong khoảng cho phép của thiết bị do đó muốn cải thiện công suất phát này thì cần đặt bộ khuếch đại ngay sau thiết bị. Sau khi đặt bộ khuếch đại ngay sau thiết bị thì không những cải thiện đƣợc công suất phát mà còn có thể tăng khoảng cách truyền dẫn lên (hình 3.2).

ONU

PTx Pout PRx OLT ONU

S Splitter Bộ khuếch đại

ONU

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

Khi chƣa đặt bộ khuếch đại thì công suất thu đƣợc PRx nhỏ hơn độ nhạy S ở bộ thu:

(3.6) PRx(dBm) = PTx – As – α×L - Atb ≤ S

(3.7)  PTx ≤ S + As + α×L + Atb

PRx: công suất thu đƣợc ở đầu thu.

Khi đặt bộ khuếch đại vào thì độ lợi tối thiểu Gmin để công suất thu đƣợc PRx bằng độ nhạy

S ở bộ thu là:

(3.8) Gmin = S - PRx

Gmin: độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại (dB).

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 64

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON

Đối với bộ khuếch đại thì thông số chúng ta cần quan tâm không chỉ là độ lợi G mà còn có công suất ngõ ra bão hòa Pout. Độ lợi bộ khuếch đại bị giới hạn bởi cơ chế bão hòa độ lợi, điều này làm giới hạn công suất quang ngõ ra của bộ khuếch đại. Để hệ thống hạn chế ảnh hƣởng của hiệu ứng phi tuyến do hiệu ứng bão hòa độ lợi thì công suất ngõ ra của bộ khuếch đại của bộ khuếch đại không vƣợt quá Pout dBm [11].

(3.9) G + PTx ≤ Pout (dBm)

(3.10)  G ≤ Pout - PTx

(3.11) Gmax = Pout - PTx

Trong đó:

Pout: công suất ngõ ra của bộ khuếch đại (dBm).

Gmax: độ lợi tối đa của bộ khuếch đại (dB).

Nhƣ vậy độ lợi của bộ khuếch đại bị giới hạn là:

(3.12) Gmin ≤ G ≤ Gmax

Khi đặt bộ khuếch đại vào thì công suất thu đƣợc PRx’ lớn hơn độ nhạy S ở bộ thu:

(3.13) PRx’(dBm) = PTx – As – α×L - Atb + G ≥ S

(3.14)  𝐿 ≤ G – S + PTx − As − Atb

(3.15)  𝐿𝑚𝑎𝑥 = Gmax – S + PTx − As − Atb

PRx’: công suất thu sau khi đặt bộ khuếch đại (dBm).

Lmax: khoảng cách truyền dẫn tối đa từ bộ phát đến bộ thu khi lắp đặt bộ khuếch đại (km).

Bài toán này giải quyết vấn đề khi công suất thu đƣợc nhỏ hơn độ nhạy ở bộ thu thì ta có giải pháp là tăng công suất phát ngoài ra còn có giải pháp nào khác thì đƣợc trình bày ở bài toán 4.

3.2.4. Bài toán 4: 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

Giả thiết bài toán 4 tƣơng tự nhƣ bài toán 3 nhƣng có cách giải quyết nào khác không?

Giải quyết bài toán:

Công suất thu đƣợc nhỏ hơn độ nhạy của bộ thu có thế là do tỉ lệ bộ chia splitter lớn dẫn đến suy hao lớn. Trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON thì suy hao splitter lớn tức là ta cần bù suy hao sẽ bị mất đi khi đi qua bộ splitter. Cách bù suy hao đó là dùng bộ khuếch đại đặt ngay trƣớc splitter (hình 3.4). Ta đặt bộ khuếch đại tại vị trí nhƣ hình 3.4 thì ta chỉ cần đặt một bộ khuếch đại còn nếu ta đặt sau bộ chia splitter thì ta phải đặt N bộ khuếch đại nhƣ thế thì hoàn toàn không có lợi trong lúc xử lí cũng nhƣ lắp đặt.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 65

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON

ONU

Splitter Pout PTx PRx Pin OLT ONU

S Bộ khuếch đại Ls

ONU

Hình 3. 4 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán bù suy hao cho splitter

Khi chƣa đặt bộ khuếch đại thì công suất thu PRx nhỏ hơn độ nhạy S ở bộ thu:

(3.16) PRx(dBm) = PTx – As – α×L - Atb ≤ S

Khi đặt bộ khuếch đại vào thì độ lợi tối thiểu Gmin để công suất thu đƣợc PRx bằng độ nhạy

S ở bộ thu là:

Gmin = S - PRx

Gmin: độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại (dB).

Tƣơng tự nhƣ trên thì để hệ thống hạn chế ảnh hƣởng của hiệu ứng phi tuyến do hiệu ứng bão hòa độ lợi thì công suất ngõ ra của bộ khuếch đại của bộ khuếch đại không vƣợt quá Pout dBm [11].

Ta có: (3.17) Pin + G ≤ Pout (dB)

(3.18) G ≤ Pout – Pin

(3.19) Vậy Gmax = Pout – Pin

(3.20) Với Pin = PTx – α×Ls – Atb

Ls: khoảng cách từ vị trí trạm phát đến vị trí đặt splitter (km).

Gmax: độ lợi giới hạn của bộ khuếch đại (dB).

Khi đó suy hao splitter bị giới hạn bởi:

(3.21) As ≤ PTx – α×L - Atb + Gmax - S

(3.22) Asmax = PTx – α×L - Atb + Gmax - S

Mà: (3.23) Asmax = 10logNmax

(3.24)  Nmax = 10 Amax/10

Ls: khoảng cách từ trạm phát đến splitter (km).

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 66

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON Asmax: suy hao tối đa của splitter (dB).

Nmax: tƣơng ứng với splitter có tỉ lệ bộ chia tối đa 1:Nmax.

Vì A là thƣờng là số lẻ do đó ta sử dụng bảng 3.1 sau để tra tìm tỉ lệ bộ chia splitter sẽ dễ

dàng hơn và chính xác hơn.

Bảng 3. 1 : Bảng tra tỉ lệ bộ chia splitter.

Số port (N)

Suy hao splitter (dB)

128

256

512

1024

2048

4096

Nhƣ vậy độ lợi của bộ khuếch đại bị giới hạn là:

(3.25) Gmin ≤ G ≤ Gmax

3.3. Giả sử thiết bị OLT và ONU trong mạng PON

Để giải quyết bài toán thứ hai (mục 3.2.2) và hạn chế các thông số đầu vào ta cần giả thiết

một vài thiết bị mạng PON có các thông số giới hạn để dễ dàng cho việc thiết kế.

Giả sử thiết bị OLT trong thiết kế PON có các thông số nhƣ bảng 3.2.

Bảng 3. 1 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị OLT trong PON.

Thông số Đơn vị

Truyền 2 chiều trên cùng một sợi quang

Bộ phát OLT

Bƣớc sóng hoạt động nm 1480-1500

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 67

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON

Mã đƣờng dây NRZ

dBm 0 Công suất khởi tạo tối thiểu (PTx1)

dBm +7 Công suất khởi tạo tối đa (PTx1)

Bộ thu ONU

dBm -24 Độ nhạy tối thiểu (S2)

Khoảng cách truyền tối đa km 20

Giả sử thiết bị ONU trong thiết kế BPON có các thông số nhƣ bảng 3.3.

Bảng 3. 3 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị ONU trong mạng PON.

Thông số Đơn vị

Truyền 2 chiều trên cùng một sợi quang

Bộ phát ONU

Bƣớc sóng hoạt động 1260-1360 nm

Mã đƣờng dây NRZ

dBm 0 Công suất khởi tạo tối thiểu (PTx2)

dBm +7 Công suất khởi tạo tối đa (PTx2)

Bộ thu OLT

dBm -24 Độ nhạy tối thiểu (S1)

Khoảng cách truyền tối đa km 20

Trong thiết kế FTTH thì có 2 hƣớng down và up, ở hƣớng down thì tƣơng ứng tín hiệu đi từ thiết bị OLT đến thiết bị ONU do đó bộ phát OLT (trong thiết bị ONU) có công suất khởi tạo tƣơng ứng thông số trong bài toán số 2 (đã trình bày ở phần 3.2.2) là công suất phát PTx1 và bộ thu OLT (trong thiết bị ONU) có độ nhạy tối thiểu thì tƣơng ứng thông số trong bài toán số 2 là độ nhạy S1; ở hƣớng up thì tƣơng ứng tín hiệu đi từ thiết bị ONU đến thiết bị OLT do đó bộ phát ONU (trong thiết bị ONU) có công suất khởi tạo tƣơng ứng trong bài toán số 2 là công suất phát PTx2 và bộ thu ONU (trong thiết bị OLT) thì tƣơng ứng thông số trong bài toán số 2 là độ nhạy S1.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 68

Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON Với các thông số của các thiết bị đã có sẵn cùng với ý tƣởng của các bài toán thiết kế ta đi

viết chƣơng trình thiết kế FTTH.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 69

Chương 4: Chương trình thiết kế

Chƣơng 4: CHƢƠNG TRÌNH THIẾT KẾ

4.1. Giới thiệu chƣơng trình

 Mục đích của chương trình

Chƣơng trình thiết kế đƣợc viết để minh họa cho 2 bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ quang thụ động đã đƣợc trình bày ở chƣơng 3. Chƣơng trình giúp cho bài toán thiết kế đƣợc rõ ràng và thực tế hơn. Chƣơng trình có thể đƣợc dùng cho việc khảo sát thiết kế hệ thống FTTH. Các thông số nhập vào chƣơng trình đã đƣợc giới hạn trong một khoảng giá trị để hệ thống sau khi thiết kế hoạt động tƣơng đối tốt.

 Ngôn ngữ lập trình của chương trình

Chƣơng trình thiết kế đƣợc viết với ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual Studio.Net. Với khả năng đồ họa và giao diện mạnh, gọn nhẹ, dễ sử dụng đồng thời dễ dàng lập trình với cơ sở dữ liệu nên Microsoft Visual Studio.Net đƣợc sử dụng là ngôn ngữ lập trình cho chƣơng trình thiết kế bài toán FTTH đã trình bày ở chƣơng 3. Cơ sở dữ liệu của chƣơng trình là Microsoft Access 2003.

 Cách sử dụng chương trình

Để sử dụng chƣơng trình này bạn phải cài Microsoft Visual Studio.Net vào máy tính của bạn, nếu bạn muốn hiệu chỉnh và cải tiến chƣơng trình ở mức độ cao hơn. Còn chỉ để sử dụng bạn chỉ cần chạy file .exe và bạn cần có thƣ viện Framework 1.1.

 Hạn chế của chương trình

Chỉ thiết kế đƣợc hệ thống với một OLT. Chỉ xét chủ yếu ở một hƣớng down trong

khi mạng PON có 2 hƣớng down và up.

4.2. Hƣớng dẫn thực hiện chƣơng trình

Khi chạy chƣơng trình giao diện sẽ xuất hiện nhƣ hình 4.1.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 70

Chương 4: Chương trình thiết kế

Hình 4. 1: Giao diện chính của chƣơng trình

Nếu ta muốn vào chƣơng trình của bài toán thì ta nhấp “TIẾP TỤC”. Khi đó giao diện sẽ

xuất hiện nhƣ hình 4.2.

Hình 4. 2 : Giao diện của chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý

Nếu không nhập số liệu vào ô “Số thuê bao” mà nhấp nút “THỰC HIỆN” thì chƣơng trình

hiện ra bảng thông báo nhƣ trên hình 4.3.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 71

Chương 4: Chương trình thiết kế

Hình 4. 3 : Giao diện xuất hiện bảng thông báo khi không nhập vào số thuê bao

Nếu ta nhập số liệu vào ô “Số thuê bao” thì nó sẽ tính toán ra kết quả.

Giả sử ta nhập vào số thuê bao là 1000, chọn splitter 1:32.

Tính toán:

Số splitter sử dụng:

S = N/32 = 1000/32 = 31.25

Nếu chia dƣ thì kết quả số splitter S sử dụng tăng thêm 1 do đó số splitter sử dụng trên

thực tế là 12.

Kết quả:

Số OLT cần dùng: 32.

Số splitter cần dùng: 32.

Số sợi quang sử dụng từ OLT và splitter: 32.

Số sợi quang sử dụng từ splitter đến ONT:

S × tỉ lệ bộ chia của splitter = 32 × 32 = 1024.

Kết quả giống nhƣ tính toán sẽ xuất hiện trên giao diện ở hình 4.4.

Hình 4. 4 : Giao diện kết quả chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 72

Chương 4: Chương trình thiết kế

Nếu ta chọn nút “THOÁT” thì chƣơng trình sẽ tự động thoát khỏi chƣơng trình.

Nếu ta chọn nút “THIẾT KẾ” thì sẽ xuất hiện giao diện nhƣ hình 4.5.

Hình 4. 5 : Giao diện chƣơng trình thiết kế FTTH dựa trên công nghệ quang thụ động

Nếu chọn “TRỞ VỀ” thì ta sẽ trở về giao diện trƣớc đó.

Nếu chọn “THIẾT KẾ MẠNG PON THEO CHUẨN ITU-T” sẽ vào giao diện chƣơng

trình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T nhƣ hình 4.6.

Hình 4. 6 : Giao diện cơ sở dữ liệu của chƣơng trình thiết kế mạng PON chuẩn theo ITU-T

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 73

Chương 4: Chương trình thiết kế

Bạn hãy để lấy số liệu, nếu không bạn có thể tự nhập số liệu. Sau đó nhấp nút thực hiện để

nó thực hiện tính toán, tiếp theo nhấp nút kết luận để nó hiển thị kết quả.

Kết quả này là dựa trên sự tính toán với các giả thiết hiển thị trên giao diện 4.6. Số ONU:

64.

 Bộ chia splitter: 1:64

 Suy hao splitter As: 18 dB.

 Down (OLT đến ONU).

o Công suất phát PTx1: 6 dBm.

o Độ nhạy S1: -24 dBm.

o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng down α1: 0.3 dB/km.

 Up (từ ONU đến OLT)

o Công suất phát PTx2: 7 dBm.

o Độ nhạy S2: -24 dBm.

o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng up α2: 0.4 dB/km.

 Chiều dài sợi quang L: 20 km.

 Suy hao do thiết bị Atb: 5 dB

 Loại điều chế: NRZ

Tính toán:

Tính công suất thu ở hƣớng down:

PRx1 = PTx1 – As – A1 × L - Atb

= 6 – 18 – 0.25 × 20 – 5 = -23 dBm

Mà độ nhạy S1 = -24 dBm

Vậy PRx1 ≥ P1 (thõa) (1)

Tính công suất thu ở hƣớng up:

PRx2 = PTx2 – As – A2 × L - Atb

= 7 – 18 – 0.4 × 20 – 5 = -24 dBm

Mà độ nhạy S2 = -24 dBm

Vậy PRx2 ≥ S2 (thõa) (2)

Thõa (1) và (2) thì ta có mô hình thiết kế là GPON xuất hiện nhƣ trên giao diện hình 4.7.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 74

Chương 4: Chương trình thiết kế

Hình 4. 7 : Giao kết quả chƣơng trình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T

Nếu không thõa một trong 2 điều kiện thì ta nhấn nút “TIẾP TỤC” để sang giao diện chƣơng trình hình 4.8 giải quyết vấn đề tại sao không thể thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU- T.

Hình 4. 8 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất phát

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 75

Chương 4: Chương trình thiết kế

Nếu bạn nhập thông số vào ô “Giới hạn công suất ngõ ra bão hòa của bộ khuếch đại Pout

(dBm)” , sau đó nhấn nút “THỰC HIỆN” nó sẽ kết quả nhƣ hình 4.9.

Hình 4. 9 : Giao diện kết quả tính toán khi sử dụng bộ khuếch đại để tăng công suất phát.

Kết quả hiện trên hình 4.9 là dựa trên sự tính toán:

 Suy hao splitter As: 18 dB.

 Công suất phát PTx: 4 dBm.

 Độ nhạy S: -24 dBm.

 Suy hao sợi quang A (α): 0.3 dB/km.

 Suy hao do thiết bị Atb: 5 dB.

Công suất thu đƣợc ở ONU là:

PRx = PTx – As – α×L - Atb

= 4 - 18 – 0.3×20 – 5 = -25 dBm

Độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại là:

Gmin = S - PRx

= -24 – (-25) = 1 dB

Độ lợi tối đa của bộ khuếch đại là:

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 76

Chương 4: Chương trình thiết kế

Gmax = Pout - PTx

=10 – 4 = 6 dBm

Khoảng cách truyền tối đa từ OLT đến ONU sau khi đặt bộ khuếch đại là:

𝐿𝑚𝑎𝑥 = Gmax – S + PTx − As − Atb α

= 6 − (−24) + 4 − 18 − 5 0.3

= 36.6666 km

Nếu muốn thoát thì nhấn nút “THOÁT” nếu nhấn nút “TIẾP TỤC” thì ta sẽ vào giao diện nhƣ hình 4.10.

Hình 4. 10 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho splitter.

Nếu bạn nhập thông số vào 2 ô “Khoảng cách từ trạm phát đến splitter Ls (km)” và ô “Giới hạn công suất ngõ ra bão hòa của bộ khuếch đại Pout (dBm), sau đó nhấn nút “THỰC HIỆN” thì kết quả sẽ xuất hiện nhƣ hình 4.11.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 77

Chương 4: Chương trình thiết kế

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.

Kết quả hiện trên hình 4.11 là dựa trên sự tính toán:

 Suy hao splitter As: 18 dB.

 Công suất phát PTx: 3 dBm.

 Độ nhạy S: -24 dBm.

 Suy hao sợi quang A (α): 0.3 dB/km.

 Suy hao do thiết bị Atb: 5 dB.

Công suất thu đƣợc ở ONU là:

PRx = PTx – As – α×L - Atb

= 3 - 18 – 0.3×20 – 5 = -26 dBm

Độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại là:

Gmin = S - PRx

= -24 – (-26) = 2 dB

Độ lợi tối đa của bộ khuếch đại là:

Gmax = Pout – Pin

= Pout – (PTx – α×Ls – Atb)

= 10 – (3 – 0.3×15 -5) = 16.5 dBm

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 78

Chương 4: Chương trình thiết kế

Suy hao tối đa của splitter là:

Asmax = PTx – α×L - Atb + Gmax - S

= 3 – 0.3×20 -5 + 16.5 – (-24) = 32.5 dB

Tra bảng suy hao ta có N = 2048.

Nhƣng vì tỉ lệ bộ chia luôn là chẵn và là bội của 4 nên ta chọn Nmax = 2048 nên ta có tỉ lệ bộ chia 1:N là 1:2048.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 79

Phụ lục

PHỤ LỤC

Phụ lục A: Mã hóa 8B/10B

Đây là thuật toán mã dữ liệu để truyền dẫn, cứ 8 bit dữ liệu thì chuyển thành 10 bit truyền dẫn. Mã hóa 8B/10 hỗ trợ truyền liên tục với số bit 1 và bit 0 cân bằng và phát hiện các lỗi truyền dẫn. 20% dữ liệu đƣợc thêm vào overhead để mã hóa dữ liệu, bên cạnh đó còn có các phần khác. Tổng cộng phần overhead chiếm 25% dữ liệu truyền đi. Trong EPON tốc độ dữ liệu là 1 Gbps, việc mã hóa 8B/10B thêm vào tốc độ tăng lên 1.25 Gbps.

Tiến trình mã hóa

Dữ liệu A B C D E F G H

Mã hóa a b c d e i f g h j

1 0 1 0 0 1 0 1 0 1

Khi nó mã hóa nó thêm vào 2 bit, bit thêm vào này thì thay đổi để đảm bảo rằng số bit 1 và bit 0 xấp xỉ bằng nhau. Thủ tục mã hóa cung cấp sự cân bằng của bit 1 và bit 0 đƣợc truyền.

Phụ lục B: Suy hao của thiết bị

Suy hao do thiết bị bao gồm suy hao vƣợt mức của splitter, suy hao do chỗ treo sợi quang, suy hao do conector, suy hao do sự lão hóa các thiết bị, sự thay đổi nhiệt độ hay nhiễu do môi trƣờng bao gồm các phần tử đi vào conector…

Bên dƣới hình 3.2 trình bày một ứng dụng cụ thể để thấy rõ suy hao trong truyền dẫn

FTTH.

Ví dụ nhƣ trong EPON với bộ chia 1:32. Công suất phát 1 mW, tốc độ bit 1.25 Gbps

truyền bƣớc sóng 1490 nm ở hƣớng down. Công suất thu đƣợc là -24 dBm trong đó:

 Suy hao do bộ chia splitter 1: 32 là 15.05 dB.

 Suy hao vƣợt mức (Excess Loss) của splitter là 0.3 dB, với suy hao vƣợt mức Pex(dB)

= -10 log (tổng công suất ở ngõ ra / công suất ở ngõ vào)

 Suy hao do 3 chỗ treo sợi quang 3 × 0.07 = 0.21 dB, trong đó mỗi chỗ nối suy hao

0.07 dB.

 Suy hao do 3 conector 3 × 0.5 = 1.5 dB, với 1 conector suy hao 0.5 dB.

 Suy hao do link margin 3 dB, còn gọi là hệ số an toàn dự phòng cho ảnh hƣởng sự lão hóa các thiết bị, sự thay đổi nhiệt độ hay nhiễu do môi trƣờng bao gồm các phần tử đi vào conector.

 Suy hao do sợi quang 2.5 dB, với suy hao trung bình là 0.25 dB/km và truyền 10 km.

Vậy ta có thể thấy ở đây suy hao do thiết bị = 0.3 + 0.21 + 1.5 + 3 = 5.01 dB

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 80

Phụ lục

Hình 3. 3 : Mô tả sợi quang kéo từ OLT đến nhà thuê bao.

Trong thiết kế ở đây ta chọn suy hao do thiết bị là 5 dB.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 81

Tài liệu tham khảo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] CEDRIC F. LAM , Passive Optical Networks Principles and Practice, October

2007.

[2] Paul E. Green Jr, Fiber To The Home The New Empowerment, Wiley, 2006.

[3] Ching-Hung Chang, Dynamic Bandwidth Allocation MAC Protocols for Gigabit-

capable Passive Optical Networks, July 2008.

[4]

ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005.

[5]

ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G- PON): Transmission convergence layer, 02/2004.

[6]

ITU-T Recommendation G.982, Optical Acess Networks to support services up to the ISDN primary rate or equivalent bit rates, 1996.

[7] Steve Gorshe, Introduction to Passive Optical Networks (PON), White Paper,

October 2006.

[8] Glen Kramer, Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time (IPACT): A Dynamic

Bandwidth Distribution Scheme in an Optical Access Network, July 2001.

[9] ZTE, IP DSLAM MSAN, 2006.

[10] Huan Song, Long-Reach Passive Optical Networks, 2009.

[11] Leo Spiekman, David Piehler, Pat Iannone, Ken Reichmann, Han-Hyub Lee,

Semiconductor Optical Amplifiers for FTTx, 2007.

[12] Darren P. Shea and John E. Mitchell, Long-Reach Optical Access Technologies,

University College London.

[13] Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006.

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 82

Từ viết tắt

TỪ VIẾT TẮT

Asymmetric digital subscriber line ADSL

Avalanche photodiodes APD

ATM-passive optical network APON

Asynchronous transfer mode ATM

Burst overhead BOH

Broadband passive optical network BPON

Centre office CO

Cyclic redundancy check CRC

Dynamic bandwidth allocation DBA

Dynamic bandwidth report upstream DBRu

Element management system EMS

Ethernet passive optical network EPON

Frame check sequence FCS

Forward error correction FEC

Full service access network FSAN

Fiber to the building FTTB

Fiber to the curb FTTC

Fiber to the home FTTH

GPON encapsulation method GEM

G-PON encapsulation mode GEM

Gigabit-capable passive optical network GPON

G-PON transmission convergence GTC

Header error control HEC

Institute of electrical and electronics engineers IEEE

Interleaved polling with adaptive cycle time IPACT

ITU-T telecommunication union – telecommunication International standardization

Logical link identifier LLID

Medium access control MAC

Management information base MIB

Multi-point control protocol MPCP

MPCPDU Multi-point control protocol data unit

NMS Network management system

OAM Operation, Administration and maintenance

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 83

Từ viết tắt

Optical distribution network ODN

Optical line terminal OLT

ONT management and control channel OMCC

ONT management and control interface OMCI

ONT Optical network terminal

ONU Optical network unit

OSI Open system interconnect

P2MP Point-to-multi-point

P2P Point-to-point

PCBd Physical control block downstream

PDU Protocol data units

PHY Physical layer

PLI Payload length indicator

PLOAM Physical layer OAM

Physical layer operations administration and maintenance upstream PLOAMu

PLOu Physical layer overhead upstream

PLSu Power leveling sequence upstream

PMD Physical medium dependent

PON Passive optical networks

POTS Plain old telephone service

PTI Payload type indicator

QoS Quality of service

RTD Round-trip delay

RTT Signal round trip time

SFD Start frame delimiter

SLA Service level agreement

SLD Start LLID delimiter

TDM Time division multiplexing

VCI Virtual Channel Identifier

VPI Virtual path identifier

Wavelength division multiplexer

WDM

SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 84

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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Độc lập – Tự Do – Hạnnh Phúc

-------- o0o --------

-------- o0o --------

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC

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 --------

PHIẾU NHẬN XẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC

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.

 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

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG

Chƣơng 1:

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ

ĐỘNG PON

1.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON

1.1.1. Công nghệ PON

1.1.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON

1.2. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

1.2.1. Mô hình hệ thống

Hình 1. 1 : Mô hình hệ thống mạng PON [1].

Hình 1. 2 : Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng [9].

ODN

Mạng lõi/metro

V5, E1, ATM, FE/GE

Hình 1. 3 : Các khối chức năng OLT [6].

1.2.3. ONU

ODN

Khách hàng

POTS, V24/V35, xDSL, 2B+D

Hình 1. 1 : Các khối chức năng ONU [6].

1.2.4. ODN

Hình 1. 2 : Đặc tuyến suy hao của sợi quang [1].

Hình 1. 3 : Các loại splitter

(a) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:32 hay 1:64

(b) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:2 và hai splitter có tỉ lệ bộ chia 1:4.

Bảng 1. 1 : Liệt kê suy hao của các bộ chia splitter tƣơng ứng.

1.3. Tại sao PON lại phát triển

Hình 1. 7 : Việc triển khai sợi quang trong mạng truy nhập [10]

1.4. Phân loại PON

Bảng 1. 2 : Mô tả sự khác nhau của APON/BPON, GPON và EPON.

Chƣơng 2:

TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME

2.1. APON/BPON

2.1.1. Mô tả hệ thống APON/BPON

Hình 2. 1 : Mô hình hệ thống BPON [1], [10]