Đang tải... (xem toàn văn)
nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang fttx
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Nguyễn Như Huê MSSV: 0720095 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MẠNG TRUY NHẬP QUANG FTTX Chuyên ngành: Viễn Thông và Mạng Thành phố HCM – Năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Nguyễn Như Huê MSSV: 0720095 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MẠNG TRUY NHẬP QUANG FTTX KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: VIỄN THÔNG VÀ MẠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Bùi Hữu Phú Thành phố HCM – Năm 2011 I LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sấu sắc nhất tới Thầy Bùi Hữu Phú -Trưởng bộ môn Viễn Thông và Mạng. Trong suốt quá trình làm luận văn, Thầy đã luôn hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này. Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Thành Phố HCM đã tận tình dạy dỗ em trong suốt 4 năm học tại trường. Em đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn này. Vì thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn nên luận văn của em không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong sự quan tâm, góp ý của thầy cô và các bạn để luận văn tốt nghiệp của em hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cám ơn! II LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển dẫn tới sự phát triển của các khu vực kinh tế như: khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư cao cấp… cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như: ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu. Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến, các dịch vụ đào tạo từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao. Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang (FTTx) là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới. Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng. GPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tương lại. Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT, Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang (FTTx - Fiber To The X). Và CMC TI là công ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai mạng FTTx theo công nghệ GPON. Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx” để tìm hiểu về công nghệ này. Luận văn gồm 5 chương, nội dung cụ thể của các chương như sau : Chương 1: Tổng quan về mạng FTTx Chương này cho ta cái nhìn khái quát về sự ra đời, tình hình phát triển của mạng FTTx trên thế giới và Việt Nam, những ứng dụng thực tiễn của mạng FTTx. III Chương 2: Các giải pháp triển khai mạng FTTx Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét qua về kiến trúc mạng chủ động AON và nghiên cứu chủ yếu mạng quang thụ động PON với chuẩn GPON. Chương 3 : Triển khai mạng FTTx theo chuẩn GPON tại CMC TI Trong chương này chúng ta sẽ xem xét triển khai mạng truy nhập quang theo công nghệ GPON tại công ty CMCTI. Đi sâu tìm hiểu thiết bị OLT đang được sử dụng tại CMC TI, thiết bị ISAM 7342 FTTU. Chương 4 : Mô phỏng hệ thống mạng FTTx theo chuẩn GPON Chương này mô phỏng hệ thống mạng FTTx theo chuẩn GPON. Một số tình huống sẽ được đưa ra để đánh giá sự phụ thuộc của hệ thống mạng quang vào các yếu tố như khoảng cách truyền, tốc độ bit, hệ số chia của splitter, suy hao, phương thức mã hóa… Đánh giá hệ thống dựa trên tỉ lệ lỗi bit BER, đồ thị mắt, chỉ số Q. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài Sinh viên thực hiện Nguyễn Như Huê IV MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………… I LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………II MỤC LỤC……………………………………………………………………… IV DANH MỤC HÌNH…………………………………………………………. . VIII DANH MỤC BẢNG…………………………………………………………… X DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT………………………………………………… XI CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx……… 3 1.1 Giới thiệu chương 3 1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FTTx 3 1.3 Định nghĩa 7 1.4 Phân loại 7 1.4.1 Phân loại theo chiều dài cáp quang 7 1.4.2 Phân loại theo cấu hình 8 1.5 Ưu nhược điểm mạng FTTx 9 1.5.1 Ưu điểm 10 1.5.2 Nhược điểm 11 1.6 Ứng dụng của FTTx 11 1.7 Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam 12 1.7.1 Tình hình FTTx trên thế giới 12 1.7.2.Tình hình FTTx tại Việt Nam 14 1.8 Kết luận chương 14 CHƯƠNG 2 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON 15 2.1 Giới thiệu chương 15 2.2 Mạng quang chủ động AON 15 V 2.3 Mạng quang thụ động PON 16 2.3.1 Mô hình mạng quang thụ động 16 2.3.2 Các chuẩn mạng PON 19 2.3.2.1 APON 19 2.3.2.2 BPON 19 2.3.2.3 EPON 20 2.3.2.4 GPON 22 2.3.3 Ưu nhược điểm mạng PON 23 2.3.3.1 Ưu điểm 23 2.3.3.2 Nhược điểm 23 2.3.4 So sánh mạng PON và AON 23 2.3.4.1 Về băng thông và lưu lượng 23 2.3.4.2 Về tính kinh tế 24 2.4 Công nghệ GPON (Gigabit PON) 25 2.4.1 Giới thiệu 25 2.4.2 Kiến trúc mạng GPON 26 2.4.2.1 Kết cuối đường quang OLT 27 2.4.2.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT 28 2.4.2.3 Mạng phân phối quang ODN 28 2.4.3 Các đặc tính cơ bản của GPON 29 2.4.3.1 Tốc độ bit 29 2.4.3.2 Khoảng cách 30 2.4.3.3 Tỉ lệ chia 30 2.4.4 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON 30 2.4.4.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD 30 2.4.4.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC 32 VI 2.4.4.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC 34 2.4.4.2.2 Các chức năng của các phân lớp trong hệ thống GTC 35 2.4.4.2.3 Phân lớp thích ứng và giao diện với các thực thể lớp trên 35 2.4.4.3 Cấu trúc khung GTC 36 2.4.4.3.1 Cấu trúc khung đường xuống 36 2.4.4.3.2 Cấu trúc khung đường lên 37 2.4.5 Cấp phát băng tần động DBA 38 2.4.5.3 Quản lý hoạt động DBA 40 2.5 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động GPON 40 2.6 Bảo mật 41 2.7 Kết luận chương 42 CHƯƠNG 3 TRIỂN KHAI MẠNG FTTX TẠI CMC TI 43 3.1 Giới thiệu chương 43 3.2 Mô hình GPON tại CMC TI 43 3.3 Các thiết bị trong mạng GPON 44 3.3.1. Một số thiết bị ONT 44 3.3.2 Cấu trúc thiết bị OLT sử dụng trên mạng FTTx tại CMC TI 46 3.3.2.1. Tổng quan về sản phẩm 7342 ISAM FTTU 46 3.3.2.2 Tính năng GPON của 7342 ISAM FTTU 46 3.3.2.3 Dịch vụ 47 3.3.2.4 Giao diện mạng 47 3.3.2.5 Cấu trúc thiết bị ISAM 7342 FTTU 49 3.3.2.6 Các khối chức năng của thiết bị 49 3.3.2.7. Hoạt động quản lí và bảo trì 53 3.4 Các dịch vụ đang cung cấp trên mạng GPON CMCTI 57 3.4.1 FTTH/B 57 VII 3.4.2 Dịch vụ VoIP 58 3.4.3 Dịch vụ IPTV 58 3.4.4 Dịch vụ truyền số liệu VPN/MPLS 59 3.5 Kết luận chương 59 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG MẠNG FTTX THEO CHUẨN GPON 60 4.1 Giới thiệu chương 60 4.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 61 4.2.1 Tỉ lệ lỗi bit BER 61 4.2.2 Hệ số phẩm chất Q 64 4.2.3 Đồ thị mắt 65 4.2.4 Mối quan hệ giữa đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER 67 4.3 Các tham số đặc trưng cho mạng GPON 67 4.3.1 Bước sóng hướng xuống 1490 nm, hướng lên 1310 nm 67 4.3.2 Phương thức điều chế NRZ 68 4.3.2.1 Chức năng cơ bản của mã đường dây 68 4.3.2.2 Tại sao lại dùng điều chế NRZ 69 4.4 Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON 71 4.4.1 Sơ đồ kết nối 71 4.4.2 Các tình huống mô phỏng 73 4.4.2.1 Các thông số thiết lập chung 73 4.4.2.2 Ảnh hưởng của khoảng cách 74 4.4.2.3 Ảnh hưởng của hệ số chia của Splitter 77 4.4.2.4 Ảnh hưởng của tốc độ bit 79 4.5 Kết luận chương 80 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx Nguyễn Như Huê Page 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx 1.1 Giới thiệu chương Chương này cho ta cái nhìn khái quát về sự ra đời, tình hình phát triển của mạng FTTx trên thế giới và tại Việt Nam cũng như những ứng dụng thực tiễn của mạng FTTx. 1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FTTx Ngày càng nhiều dịch vụ truy cập băng rộng ra đời mà băng thông của các loại hình dịch vụ đó là rất lớn. Bảng 1.1 cho ta thấy nhu cầu về băng thông cho một số loại hình dịch vụ như vậy. Bảng 0.1 Yêu cầu băng thông đối với một số loại hình dịch vụ Service Bandwidth (downstream) Broadcast TV (MPEG 2) 2 - 6 Mbps HDTV (MPEG 4) 6 - 12 Mbps High speed internet 3 - 10 Mbps Video Conferencing 300 - 570 Kbps Voice/Video Telephony 64 - 570 Kbps VoD 2 - 6 Mbps Tính đến thời điểm tháng 9/2008 số thuê bao băng rộng ở nước ta vượt 1,8 triệu thuê bao. So với năm 2007 số lượng thuê bao tăng thêm khoảng 50%. Tốc độ tăng chậm một phần do ảnh hưởng của suy thoái kinh tế. Trong các năm sau tốc độ tăng trưởng sẽ tương đương và thậm chí là nhanh hơn bởi nền kinh tế ổn định và phát triển. Biểu đồ Hình 1.1 dưới đây cho biết về tốc độ tăng trưởng thuê bao Internet tại Việt Nam tính từ năm 2008 đến năm 2012. Qua biểu đồ này, ta có thể thấy thị phần của thị trường Internet băng thông rộng sẽ tăng dần so với thị phần Internet chung và sẽ đạt mức tối đa 10% thị phần vào năm 2012. [...]... loại hình dịch vụ truy n thông như thoại, data mà còn cả những dịch vụ mới như Triple-play Để tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc mạng này chúng ta sẽ nghiên cứu tiếp Chương 2 Nguyễn Như Huê Page 14 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx CHƯƠNG 2 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON 2.1 Giới thiệu chương FTTx có thể sử dụng mạng quang chủ động Active Optical Network (AON) hoặc mạng quang thụ động Passive... gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Tốc độ truy n dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s Nguyễn Như Huê Page 21 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx 2.3.2.4 GPON Hình 2.7 Kiến trúc mạng GPON GPON được xây dựng dựa trên BPON và EPON Mặc dù GPON hỗ trợ truy n tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào... một cửa có bước sóng vào là λ 2và bước sóng ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ 3và bước sóng ra là λ1 Hình 2.4 Kiến trúc mạng quang thụ động Nguyễn Như Huê Page 18 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx Hình 2.4 đưa ra những mô hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông Bằng cách sử dụng bộ ghép 1:2 và các bộ chia 1:N,... đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi phát triển khỏi cồng kềnh Nguyễn Như Huê Page 8 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx 1.5 Ưu nhược điểm mạng FTTx 1.5.1 Ưu điểm Công nghệ FTTx. .. quang thụ động PON Nguyễn Như Huê Page 16 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang, ONU/ONT OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất cả các loại dịch vụ lại và truy n tín hiệu thông qua sợi cáp quang Tín hiệu từ OLT sẽ đến các splitter quang Splitter quang được sử dụng để phân chia băng thông... truy n và lưu lượng trong nước Nguyễn Như Huê Page 4 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx Rõ ràng, với yêu cầu bức thiết của thị trường viễn thông Việt Nam, các ISP đang ra sức tăng cường hạ tầng viễn thông mạng của mình để đáp ứng nhu cầu đó Trên nền hạ tầng mạng như vậy có rất nhiều công nghệ truy nhập Các công nghệ trong mạng truy nhập có thể được chia thành hai nhóm chính là: Các công... vô tuyến nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường Để đáp ứng được nhu cầu cấp thiết cho thị trường viễn thông về cả mặt tốc độ, loại hình dịch vụ… , người ta nghĩ đến một công nghệ truy nhập mới FTTx Nguyễn Như Huê Page 6 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx 1.3 Định nghĩa FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từ các thiết bị chuyển mạch của nhà... thành các thành phần mạng (các thiết bị thụ động và cấu trúc hạ tầng) Cao Thấp Số lượng các giao diện quang Vì mỗi một nguồn laser trên OLT PON ưu trên các node truy cập khá lớn thế hơn Nguyễn Như Huê sẽ chia sẻ cho nhiều thuê bao Page 24 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx Kinh phí cho khai thác vận hành và bảo trì hệ thống : Bảng 2.2 So sánh AON và PON về chi phí vận hành và bảo trì hệ thống... ra tiêu chuẩn cho mạng PON tốc độ gigabit (GPON) là phiên bản mới nhất đối với công nghệ mạng PON Mạng GPON có dung lượng ở mức gigabit cho phép cung cấp các ứng dụng video, truy nhập internet tốc độ cao, multimedia, và các dịch vụ băng thông rộng Tiêu chuẩn mới này đưa ra khả năng xử lý IP và Ethernet hiệu quả hơn Nguyễn Như Huê Page 25 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx Hệ thống GPON... bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dung cho trường hợp kết nối quang tới buiding hoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTN) Bộ chia/ ghép quang thụ động (Splitter): dùng để chia/ghép thụ động tín hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả Nguyễn Như Huê Page 26 Nghiên cứu và mô phỏng mạng truy nhập quang FTTx sợi quang vật lý Splitter thường