Đang tải... (xem toàn văn)
Trong đồ án này, đi tìm hiểu về mạng truy nhập quang thụ động WDMPON và cách thức hoạt động. Từ lý thuyết đi đến mô hình hóa hệ thống WDMPON trên phần mềm Optisystem và đánh giá hiệu năng hệ thống. Nội dung đồ án gồm có 3 chương: Chương I: Tổng quan về mạng WDMPON Chương II: Mạng WDMPON sử dụng một số nguồn quang mới Chương III: Khảo sát mạng quang thụ động WDMPON dựa trên Optisystem.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH VẼ NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A APD Avalanche Photodiode Photodiode quang thác ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát được khuếch đại ATT Attenuation Bộ suy hao AWG Arrayed Waveguide Gragting Cách tử ống dẫn sóng B BLS Broadband Light Source Nguồn sáng băng rộng B-PON Broadband-Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng C CATV Cable Television Truyền hình cáp CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CO Central Office Văn phòng trung tâm CW Continous Wave Sóng liên tục CWDM Coarse WDM Ghép kênh theo bước sóng NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT mật độ thấp D DBF Distributed Feedback Laser Laser hồi tiếp phân bố DWDM Dense WDM Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao E EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi quang pha Er 3+ EPON Ethernet PON Mạng quang thụ động Ethernet F FSR Free Spectrum Range Dải phổ tự do FTTB Fiber To The Building Cáp quang tới tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Cáp quang tới vỉa hè FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới tận nhà G GPON Gigabit PON Mạng quang thụ động Gigabit H HDTV High Defined Television Truyền hình độ nét cao HR High Reflection Độ phản xạ cao I IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện kỹ thuật điện và điện tử IL-LD Injection Locked Laser Diode Laser diode khóa phun M MAN Metropolitan area network Mạng khu vực đô thị O ODN Optical Distribution Network Khối mạng phân phối quang OFDMA Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Multiple Access tần số trực giao OLT Optical Line Terminal Thiết bị đầu cuối đường quang ONU Optical Network Unit Khối mạng quang P PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ R RN Remode Node Nút từ xa RSOA Reflective SOA Khuếch đại quang bán dẫn phản xạ S SCMA Sub-Carrier Multiple Access Đa truy nhập sử dụng sóng mang con SLD Superlminescent Diode Diode siêu phát xạ T TDMA Time Division Multiple Acess Đa truy nhập và phân chia theo thời gian V VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser Laser phát xạ mặt có khoangcộng hưởng thẳng đứng W WAN Wide area network Mạng diện rộng WDMA Wavalength Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo bước sóng WDM-PON Wavelength Division Multiplexing PON Mạng quang thụ động ghép kênh phân chia theo bước sóng NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THUẬT NGỮ VIẾT TẮT NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC BẢNG BIỂU NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Trong xu hướng phát triển gần đây, nhu cầu các dịch vụ băng rộng tốc độ cao ngày được phát triển nhanh chóng. Trong đó, có một giải pháp hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao và được dự đoán sẽ bùng nổ trong tương lai là giải pháp mạng truy nhập quang thụ đông phân chia theo bước sóng WDM-PON. Sở dĩ WDM-PON hứa được quan tâm nhiều và hứa hẹn sẽ phát triển nhanh chóng trong tương lai vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội như: Tốc độ cao, băng thông rộng, khả năng mở rộng cao, suy hao tại ODN tốt, bảo mật tốt hơn… Tuy nhiên WDM-PON mới chỉ được sử dụng ở một số nước như Hàn Quốc và chưa phát triển rộng rãi vì giá thành dịch vụ khá đắt, ngoài ra việc sản xuất các thiết bị thu phát cho mạng WDM-PON vẫn còn khó khăn do các công nghệ chế tạo các thiết bị khá phức tạp và tính kinh tế chưa được đáp ứng. Trong đồ án này, em đi tìm hiểu về mạng truy nhập quang thụ động WDM-PON và cách thức hoạt động. Từ lý thuyết đi đến mô hình hóa hệ thống WDM-PON trên phần mềm Optisystem và đánh giá hiệu năng hệ thống. Nội dung đồ án gồm có 3 chương: Chương I: Tổng quan về mạng WDM-PON Chương II: Mạng WDM-PON sử dụng một số nguồn quang mới Chương III: Khảo sát mạng quang thụ động WDM-PON dựa trên Optisystem. Do có sự hạn chế về thời gian và kiến thức nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong có sự góp ý của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Hồng Thắm NGUYỄN THỊ HỒNG THẮM – D08VT3 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON 1.1 Giới thiệu chung về mạng quang thụ động PON 1.1.1 Định nghĩa PON. Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Netwwork) là một công nghệ truy nhập giúp mở rộng kết nối giữa các nút mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. PON đã có một lịch sử khá phong phú. Trong những năm 1990 công nghệ PON lần đầu tiên được biết tới là TPON (Telephony PON). Những năm sau đó mạng APON và BPON được chuẩn hóa dựa trên nền ATM. Năm 2003 và 2004 đánh dấu một bước tiến mới, đó là sự ra đời của của công nghệ PON dựa trên nền Ethernet (EPON) và Gigabit PON (GPON). Với sự ra đời của hai công nghệ này, có thể xem bắt đầu từ đây các nhà cung cấp dịch vụ đã có những cơ hội mới để giải quyết các vấn đề truy nhập băng thông rộng tới người sử dụng. Kế thừa những tính năng vượt trội của hai công nghệ này, GEPON ra đời. Những năm sau này PON được phát triển lên một tầm cao mới với sự ra đời của WDMPON. WDMPON là một giải pháp hứa hẹn cho khả năng nâng cao hiệu năng hệ thống như tăng cường độ bảo mật, băng thông cao hơn, suy hao công suất nhỏ hơn. Mạng quang thụ động PON là công nghệ truyền tải được áp dụng phổ biến cho giải pháp mạngtruy nhập FTTx. Đặc trưng của PON là không chứa các phần tử tích cực tồn tại trong tuyến truyền dẫn giữa nút nguồn và nút đích, mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động. Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Sở dĩ gọi là thụ động vì các thiết bị mạng quang nằm giữa bộ thu phát quang không phải là các thiết bị tích cực, tức là không có các thiết bị sử dụng nguồn điện. Các thiết bị quang thụ động nằm giữa một khối thiết bị đường quang OLT đặt tại nhà cung cấp dịch vụ và các khối mạng quang ONU đặt gần thuê bao hay các hệ thống đầu cuối của hệ thống PON. Thiết bị này có nhiệm vụ điều khiển các hướng lưu lượng trên mạng giữa OLT và ONU hoặc ONT. Các tín hiệu trong PON có thể được phân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON. Hiện nay, có 2 tiêu chuẩn chính dành cho PON theo công nghệ của lớp 2 được sử dụng: ITU-T và IEEE. Tiêu chuẩn thứ nhất kết hợp chặt chẽ PON dựa trên nền tảng ATM như APON, BPON (ITU-G.983.x). GPON (ITU-G.984.x) là sự nâng cấp của chuẩn BPON. Đây là chuẩn mới nhất, hỗ trợ tốc độ cao hơn, bảo mật được tăng cường và đa dạng, linh hoạt trong việc lựa chọn giao thức lớp 2: ATM, GEM hoặc Ethernet. Tuy nhiên, IEEE còn đưa ra môt loại mạng PON đó là EPON (Ethernet PON). Tiêu chuẩn này được phát triển đựa trên công nghệ Ethernet và được IEEE chuẩn hóa trong IEEE 802.3ah. Chuẩn này sử dụng giao thức điều khiển truy nhập đa điểm (MPCP) được thiết kế đơn giản và cho phép các gói tin truyền dẫn và sử dụng mã hóa 8B/10B. Ngoài ra WDMPON, CWDMPON, GEPON…và đặc biệt là NGPON nổi lên đầy hứa hẹn cho mạng truy nhập băng rộng. PON có thể được triển khai theo mạng hình cây hoặc hình sao, nhưng nó cũng có thể triển khai theo cấu hình mạng vòng, bus Yếu tố quan trọng nhất trong mạng quang thụ động PON là bộ chia, nó điều khiển nguồn ánh sáng và có thể chia nguồn ánh sáng từ một sợi quang ra thành nhiều tín hiệu ánh sáng được phân bố trên các sợi quang, và cũng có thể kết hợp các tín hiệu ánh sáng từ các sợi quang khác nhau vào một đầu sợi quang. Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau vì 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 như không giới hạn băng thông (hàng Thz). Việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai. Như ta đã biết, mạng đường trục là mạng với tốc độ dữ liệu lên cao đến hàng trăm Gb/s và được áp dụng công nghệ chuyển mạch gói (mạng chuyển mạch thế hệ sau NGN) với sự hội tụ của thoại, dữ liệu và video tốc độ cao trong khi đó mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển tương xứng. Gần đây, với công nghệ DSL đã giảm bớt phần nào vấn đề tắc nghẽn lưu lượng tuy nhiên vẫn chưa giải quyết được triệt để vấn đề này. Như vậy, sự nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu vào lúc này. Câu hỏi đặt ra là kỹ thuật nào được lựa chọn? Theo xu hướng trên thế giới và những ưu điểm vượt trội mà PON mang lại, mạng quang thụ động PON đã chứng tỏ được nó chính là giải pháp hữu hiệu nhất cho mạng truy nhập hiện nay. [...]... NGHIỆP CHƯƠNG II CHƯƠNG II : MẠNG QUANG WDM- PON SỬ DỤNG MỘT SỐ NGUỒN QUANG MỚI Mạng quang thụ động WDM- PON hoạt động theo nguyên tắc ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM Do đó để hiểu được rõ mạng WDMPON trước tiên chúng ta đi tìm hiểu về hệ thống WDM 2.1 Hệ thống WDM 2.1.1 Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng WDM Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM là công nghệ ‘trong một sợi quang đồng thời truyền... cấp từ các hệ thống TDM -PON sẵn có mà không thay đổi bất kỳ thiết bị nào tại ODN Tuy nhiên, nó không đảm bảo về độ bảo mật và suy hao công suất cao Hình 1.8 Kiến trúc mạng WDMPON Cấu trúc của WDM- PON được mô tả như hình 1.8 Ở hướng xuống (tín hiệu được truyền từ OLT đến ONU), mạng WDM- PON có cấu hình điểm-đa điểm OLT chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống Trong hướng lên về mặt logic, mạng WDM- PON có cấu... thụ động PON là đặc biệt bởi nó sử dụng các phần tử thụ động nghĩa là không phải thiết bị sử dụng nguồn điện Các bộ chia công suất, các bộ AWG là những phần tử đặc trưng nhất cho mạng quang thụ động PON Mạng PON có thể sử dụng rất nhiều phương thức đa truy nhập, trong đó phổ biến như là TDMA, CDMA, WDMA Chương I cũng đã trình bày về các công nghệ truyền tải trên PON như TDMA -PON, CDMAPON, WDM- PON Với... nhau cho nên WDM- PON không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay WDM- PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông truyền tin WDM- PON hiện nay đang được phát triển mạng mẽ ở Hàn Quốc 1.4 Kết luận chương I Trong chương I đã giới thiệu khái quát về mạng truy nhập quang thụ động PON, các phương thức đa truy nhập và phương thức truyền tải trên PON Mạng truy... phí xây dựng mạng khi chỉ cần môt bộ thu phát đơn ở OLT Hình 1.6 Kiến trúc mạng TDM -PON Sau đây, chúng ta tìm hiểu về APON, BPON, GPON và EPON: Bốn đại diện của mạng quang thụ động PON sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian • APON Mạng quang thụ động ATM -PON, là sự kết hợp của phương thức truyền tải không đồng bộ ATM với mạng truy nhập quang thụ động PON Đây là chuẩn mạng quang thụ... phép các mạng cung cấp đa dịch vụ • EPON (Ethernet PON) EPON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full Service Access Network) TDMPON được phát triển dựa trên khai thác các ưu điểm của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang EPON được chuẩn hóa bởi IEEE802.3 Trong EPON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet Các khung EPON có cấu trúc tương tự như các liên... ONU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I CDMA -PON cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tính năng bảo mật tốt so với các chuẩn PON khác Nhưng đòi hỏi bộ khuếch đại quang phải đảm bảo tương ứng với tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR Bên cạnh đó, các bộ thu tín hiệu trong CDMA -PON khá phức tạp và giá thành cao Do đó, CDMAPON hiện nay chưa phải là giải pháp phù hợp 1.3.3 WDM- PON WDM- PON là một mạng quang thụ động hoạt... nhau, nếu cần thiết; do đó, các dịch vụ khác nhau có thể được hỗ trợ trên cùng mạng Thêm nữa, bộ các bước sóng khác nhau có thể được sử dụng để hỗ trợ các PON độc lập khác nhau, tất cả đều hoạt động trên cơ sở hạ tầng mạng quang giống nhau ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II Hình 2.2 Kiến trúc hệ thống WDM- PON đơn giản Ở hướng xuống của WDM- PON, các kênh bước sóng được định tuyến từ OLT đến các ONU bằng bộ định... đó WDM- PON có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng dụng VDSL và các điểm truy cập vô tuyến từ xa Một hệ thống WDM- PON thông thường chia các bước sóng bằng cách sử dụng bộ tách/ghép bước sóng thụ động AWG (Array Waveguide Grating) trong RN.Các tín hiệu được mã hóa trong các kênh bước sóng, sau đó được định tuyến tới các ONU khác nhau bằng bộ tách/ghép kênh Kiểu mạng WDM- PON. .. nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau Hình 2.1 Hệ thống WDM Để đảm bảo việc truyền và nhận nhiều bước sóng trên mội sợi quang, hệ thống WDM thực hiện như sau : Tín hiệu từ các máy phát quang được đưa vào bộ ghép kênh . thuyết đi đến mô hình hóa hệ thống WDM-PON trên phần mềm Optisystem và đánh giá hiệu năng hệ thống. Nội dung đồ án gồm có 3 chương: Chương I: Tổng quan về mạng WDM-PON Chương II: Mạng WDM-PON sử. hóa dựa trên nền ATM. Năm 2003 và 2004 đánh dấu một bước tiến mới, đó là sự ra đời của của công nghệ PON dựa trên nền Ethernet (EPON) và Gigabit PON (GPON). Với sự ra đời của hai công nghệ này,. các khối mạng quang ONU đặt gần thuê bao hay các hệ thống đầu cuối của hệ thống PON. Thiết bị này có nhiệm vụ điều khiển các hướng lưu lượng trên mạng giữa OLT và ONU hoặc ONT. Các tín hiệu