BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO ĐẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ   Đề tài: Tìm hiểu mạng truy nhập quang thụ động HÀ NỘI Tháng 07 năm 2016 LỜI NÓI ĐẦU Chương 1.1 Tổng quan công nghệ PON 1.2 Đặc điểm mạng PON 1.3 Các thành phần mạng PON 1.3.1 Sợi quang cáp quang 1.3.2 Bộ tách ghép quang 1.3.3 Đầu cuối đường quang OLT – Optical Line Terminal 1.3.4 Đơn vị quang ONU - Optical Network Unit 10 1.3.5 ODN 12 1.3.6 Bộ chia – Splitter 12 1.4 WDM PON TDM PON 13 1.4.1 TDM PON 13 1.4.2 WDM PON 15 1.5 So sánh mạng PON với công nghệ mạng quang chủ động AON 17 Chương 20 2.1 Nhu cầu mạng quang thụ động Ethernet 20 2.1.1 So sánh mạng GPON EPON 20 2.2 Tiêu chuẩn mạng quang thụ động Ethernet 23 2.3 Mạng truy nhập quang thụ động EPON 23 2.3.1 Nguyên lý hoạt động mạng quang thụ động EPON 23 2.3.2 Ứng dụng mạng quang thụ động Ethernet – PON 25 Lớp kỹ thuật viễn thơng K52 Page LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, với ưu điểm vượt trội thông tin quang việc ứng dụng thơng tin quang mạng truy nhập điều thiết yếu nhằm đáp ứng nhu cầu gia tăng người dùng viễn thông nước quốc tế với loại hình dịch vụ ngày phong phú, đặc biệt giúp giải vấn đề then chốt mạng đường trục mạng truy nhập Để giúp tăng cường kết nối nốt mạng truy nhập nhà cung cấp người sử dụng dịch vụ, công nghệ mạng quang thụ động PON đưa vào hoạt động Công nghệ mở hội cho nhà cung cấp dịch vụ giải hàng loạt vấn đề truy nhập băng rộng tới người sử dụng đầu cuối, hỗ trợ kết nối khách hàng… So với mạng truy nập cáp đồng truyền thống, sợi quang không giới hạn băng thông Bởi vậy, việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao mục đích phát triển tương lai Nhận thấy ưu điểm vượt trội mạng quang thụ động, nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài để tìm hiểu nghiên cứu, nhằm hiểu sâu tìm cơng nghệ, giải pháp để giúp ứng dụng vào thực tế Qua đây, nhóm nghiên cứu muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Ths Chu Công Cẩn gợi ý giúp đỡ nhóm tìm đề tài Do khn khổ thời gian nghiên cứu có hạn, kiến thưc cịn nhiều nhiều non nên sai sót khơng thể tránh khỏi Vì vậy, nhóm nghiên cứu mong nhận đóng góp ý kiến chân thành từ Q thầy cơ, tồn thể bạn để đề tài nhó hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2014 Nhóm sinh viên thực Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page Chương MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON 1.1 Tổng quan công nghệ PON PON (Passive Optical Network) mạng quang thụ động, mạng công nghệ giúp tăng cường kết nối nốt mạng truy nhập nhà cung cấp người sử dụng Công nghệ PON biết đến TPON – Telephony PON Trong cơng nghệ PON, tất thành phần chủ động tổng đài CO – Contral Office người sử dụng khơng cịn tồn mà thay vào thiết bị quang thụ động, để điều hướng lưu lượng mạng dựa việc phân chia lượng tới điểm đầu cuối đường truyền Vì người ta gọi cơng nghệ quang thụ động Dưới mơ hình mạng quang thụ động: Hình 1.1 Mơ hình mạng quang thụ động Chú thích thuật ngữ hình: - Passive Slitter: Bộ chia quang thụ động - Feeder Fiber: Cáp Feeder - Central Office: Vă phòng trung tâm Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page - Distribution fiber: Phân phối quang - Management system: Hệ thống quản lý - Passive splitter: Bộ chia quang thụ động Mạng sử dụng phần tử thu quang thụ động phần mạng phân bố nằm thiết bị đường truyền quang OLT - Otical Line Terminal thiết bị kết nối mạng quang OUN – Optical Network Unit Các phần tử PON nằm mạng phana bố quang hay gọi mạng phân bố quang ngoại vi bao gồm phần tử sợi quang, tách/ghép quang thụ động, đầu nối mối hàn quang Các phần tử tích cực OLT phân truyền theo nhiều sợi quang kết hợp lại truyền sợi quang thông qua ghép quang, phụ thuộc tín hiệu theo hướng lên hay xuống mạng quang thụ động PON 1.2 Đặc điểm mạng PON Đặc trưng hệ thống PON thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến nhà thuê bao sử dụng chia lên tới 1:128 PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet PON hỗ trợ dịch vụ thoại, liệu hình ảnh với tốc độ cao khả cung cấp băng thông rộng Trong hệ thống PON, băng thông chia sẻ cho nhiều khách hàng, điều làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng Cũng khả tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết kể kết nối OLT chia PON thực truyền dẫn hai chiều hai sợi quang hay hai chiều sợi quang PON hỗ trợ mơ hình: hình cây, bus, hình hay vòng ring 1.3 Các thành phần mạng PON 1.3.1 Sợi quang cáp quang Sợi quang thành phần quan trọng hệ thống thông tin quang Sợi quang không đáp ứng yêu cầu tốc độ, độ rộng băng tần cự ly truyền dẫn mà cịn có khả cung cấp chất lượng truyền tín Lớp kỹ thuật viễn thơng K52 Page hiệu tuyệt hảo, với tính bảo mật cao Hai thơng số quan trọng sợi quang suy hao tán sắc,tuy nhiên sợi quang ứng dụng mạng PON quang tâm đến suy hao khơng quang tâm đến tán sắc khoảng cách truyền tối đa 20km tán sắc không đáng kể Hiện người ta chủ yếu sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652 Nếu cáp đồng sử dụng điện để truyền tín hiệu cáp quang lại sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu Chính khác biệt mà cáp quang bị nhiễu, tốc độ cao có khả truyền xa Tuy đến cáp quang phát triển mạnh, lĩnh vực kết nối lục địa giữ quốc gia Với tín ưu việt cáp quang dẫn thay mạng cáp đồng phục vụ trực tiếp đến người sử dụng Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm sợi thủy tinh plastic tin chế nhằm truyền tối đa tín hiệu ánh sáng Cáp quang gồm sợi quang kết lại theo hình xoắc ốc để hạn chế tối đa tán xạ Sợi quang tráng lớp lót nhằm phản chiếu tốt tín hiệu Dưới hình vẽ cáp quang: Hình 1.2 Cấu trúc cáp quang Từ hình 1.2 ta thấy thành phần cáp quang bao gồm: Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page - Lõi: trung tâm phản chiếu sợi quang nơi ánh sáng qua - Cladding: vật chất quang bên bao bọc mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi - Buffer Coating: lớp phủ dẻo bên bảo vệ sợi quang không bị hỏng ẩm ướt - Jacket: hàng trăm hay hàng nghìn sợi quang đặt bó gọi cáp quang Những bó bảo vệ phủ bên cáp gọi jacket Cáp quang có độ suy hao thấp, truyền tín hiệu xa hàng ngàn km, dung lượng tải cao dụng nguồn điện, khơng cháy Tuy nhiên, cáp quang thiết bị kèm lại đắt tiền so với loại cáp đồng 1.3.2 Bộ tách ghép quang Một mạng quang thụ động sử dụng thiết bị thụ động để tách tín hiệu quang từ sợi quang sang vài sợi quang ngược lại Thiết bị coupler quang Để đơn giản, coupler gồm hai sợi quang nối với Tỷ số tách tách điều khiển chiều dài tầng nối số Hình 1.3 Cấu trúc loại coupler Lớp kỹ thuật viễn thơng K52 Page - Hình 2.2a: Có chức tách tia vào thành tia đầu ra, Coupler Y - Hình 2.2b: Là Coupler ghép tín hiệu quang hai đầu vào thành tín hiệu đầu - Hình 2.2c: Vừa ghép vừa tách quang gọi Coupler X Coupler phân hướng 2x2 Coupler có nhiều hai cổng vào nhiều hai cổng gọi Coupler hình Coupler NxN tạo từ nhiều Coupler 2x2 Coupler đặc trưng thông số sau: - Tổn hao tách: Mức lượng đầu Coupler so với đầu lượng đầu vào Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị 3db - Tổn hao chèn: Năng lượng tổn hao chưa hoàn hảo trình xử lý Giá trị nằm khoảng 0,1dB đến dB - Định hướng: Năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ cổng đầu vào đến cổng đầu vào khác Coupler thiết bị định hướng cao với thông số định hướng khoảng 40db - 50db Thông thường, Coupler chế tạo có cổng vào kết hợp Các Coupler loại sử dụng để tách phần lượng tín hiệu Các thiết bị gọi “Tap Coupler” Hình 1.4 Coupler 8x8 tạo từ nhiều coupler Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 1.3.3 Đầu cuối đường quang OLT – Optical Line Terminal OLT cung cấp giao tiếp hệ thống mạng truy nhập quang thụ động PON mạng quang đường trục nhà cung cấp dịch vụ thoại, video liệu OLT đặt bện tổng đài trạm từ xa, OLT kết nối đến mạng lõi nhả cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS Sơ đồ khối chức OLT mơ tả hình đây: Hình 1.5 Các khối chức OLT a) Phần lõi OLT bao gồm chức sau: - Chức kết nối chéo số hóa cung cấp kết nối phần mạng lõi với phần mạng phối quang ODN - Chức ghép kênh truyền dẫn cung cấp kết nối VP chức cổng dịch vụ SPF giao diện ODN Các VP khác gán vào dịch vụ khác Các thông tin báo hiệu, OAM trao đổi nhờ VC VP - Chức giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nối OLT với nhiều ONU việc sử dụng thiết bị thụ động Nó điều khiển trình chuyển đổi E/O O/E Để thực chức OLT có chức giao diện ODN giống phần mạng phối quang ODN b) Phần dịch vụ OLT Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page Phần dịch vụ OLT có chức cổng dịch vụ Các cổng dịch vụ truyền tốc độ ISDN có thêm cấu hình số hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều dịch vụ khác game online, truyền liệu hay truyền hình HDTV Bất kỳ khối TU cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2Mps phụ thuộc vào cách cấu hình port Chức cổng dịch vụ đóng vai trị giao tiếp với node dịch vụ Nó thực chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH đường lên, tách tế bào ATM tải trọng đường xuống Chức phải dự phịng chuyển mạch bảo cần thiết c) Phần chung OLT Phần chung OLT bao gồm chức cấp nguồn, chức hoạt động quản lý bảo dưỡng OAM Chức cấp nguồn chuyển đổi nguồn thành nguồn mong muốn Chức OAM cung cấp phương tiện để điều khiển hoạt động quản lý bảo dưỡng cho tất khối OLT Ở điều kiện nội giao diện cung cấp cho mục đích chạy thử 1.3.4 Đơn vị quang ONU - Optical Network Unit ONU đặt phía khách hàng, OUN cung cấp phương tiện cần thiết để phân phối dịch vụ khác điều khiển OLT Một ONU chia làm làm phần: phần lõi, phần dịch vụ phần chung 1.3.4.1 Phần lõi ONU gồm giao diện ODN, cổng người dùng, chức ghép kênh phân kênh truyền dẫn, dịch vụ khách hàng, cấp nguồn a) Giao diện OND Giao diện ODN xử lý trình chuyển đổi quang điện Giao diện ODN lấy tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống chèn tế bào ATM vào tải trọng đường lên sở sở đồng từ định thời khung đường xuống Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 10 1.4.2 WDM PON WDM PON mang quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phân chia theo bước sóng thay theo thời gian TDM PON OLT sử dụng bước sóng riêng rẽ để thơng tin với ONU theo dạng điểm điểm Mỗi ONU có lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT có lọc cho ONU Đã có nhiều phương thức khác nghiên cứu để tạo bước sóng ONU là: Sử dụng khối quang lắp đặt chỗ lựa chọn bước sóng ONU, dùng laser điều chỉnh cắt phổ tín hiệu Các phương thức thụ động mà theo OLT cung cấp tín hiệu mang tới ONU Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước sóng đầu laser ONU Cấu trúc WDM PON mơ tả hình Trong WDM PON sử dụng cho nhiều ứng dụng khác FTTx, ứng dụng cho đường dây thuê bao tốc độ cao VDSL điểm truy nhập vô tuyến từ xa Các thu WDM PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn sóng Một lọc quang mảng ống dẫn sóng đặt nhà ngồi trời Giải pháp WDM yêu cầu thu điều khiển mảng thu OLT để nhận kênh khác Thậm chí nhiều vấn để khó khăn cho nhà khai thác mạng kiểm kê tầng bước sóng ONU: thay có loại ONU có nhiều loại ONU khác dựa bước sóng laser Mỗi ONU sử dụng laser hẹp độ rộng phổ cho đắt tiền Mặt khác bước sóng bị sai lệch gây nhiễu cho ONU khác mạng PON Việc sử dụng laser điều khiển khắc phục vấn đề đắt cho cơng nghệ Với khó khăn WDM giải pháp tốt cho mơi trường Ưu điểm WDM-PON khả cung cấp dịch vụ liệu theo cấu trúc khác DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet, tùy theo yêu cầu băng thông khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm WDM-PON chi phí lớn cho linh kiện quang để sản xuất lọc bước sóng khác WDMLớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 15 PON triển khai kết hợp với giao thức TDMA PON để cải thiện băng thơng truyền tin Hình 1.9 Cấu trúc WDM PON Với thuật ngữ: - CO :Center office: Văn phòng trung tâm - FTTH: Fiber to the home-Cáp quang thuê bao - FTTB: Fiber to the building- Cáp quang tới tòa nhà - FTTC: Fiber to the curt- cáp quang tới khu dân cư - VDSL switch: Thiết bị định tuyến đường dây thuê bao số tốc độ cao - Wireless Access point : Điểm truy cập mạng không dây Các công nghệ PON liệt kê bảng sau: Tiêu chuẩn Khung APON FSAN ITU-T G.983 ATM BPON FSAN ITU-T G.983 ATM, Ethernet phân bổ vodee EPON EFM IEEE 802.3h Ethernet GPON FSAN ITU-T G.984 GPON kiểu đóng gói WDM PON Chưa có Khơng phụ thuộc Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 16 1.5 Tốc độ xuống Tốc độ lên 622-1244M 1.244G 1-10G 2.488G 1-10G đơn kênh 1/10G đơn kênh 155-622M 622M 1-10G 2,488G Số thuê bao/nhánh Băng tần/thuê bao Dịch vụ video Giá thành 16 32 16 64 20M 20M 60M 40M 1-10G RF RF RF/IP RF/IP RF/IP Thấp Thấp Thấp Trung bình Cao Bảng 2: Các cơng nghệ PON So sánh mạng PON với công nghệ mạng quang chủ động AON AON (Active Optical Network - mạng cáp quang chủ động) kiến trúc mạng điểm - điểm (point to point), thơng thường th bao có đường cáp quang riêng chạy từ thiết bị trung tâm (Access Node) đến thuê bao (FTTH – Fiber to the Home) AON có nhiều ưu điểm như: tầm kéo dây xa (lên đến 70km mà khơng cần lặp (repeater)), tính bảo mật cao (do việc can thiệp nghe (eavesdropping) đường truyền gần không thể), dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao cần, dễ xác định lỗi… Tuy nhiên, cơng nghệ AON có khuyết điểm chi phí cao do: việc vận hành thiết bị đường truyền cần nguồn cung cấp, thuê bao sợi quang riêng, cần nhiều không gian chứa cáp … PON (Passive Optical Network) kiến trúc mạng điểm - nhiều điểm (point to multipoint) Để giảm chi phí thuê bao, đường truyền từ thiết bị trung tâm OLT (Optical Line Termination) qua thiết bị chia tín hiệu (Splitter) từ thiết bị kéo đến nhiều người dùng (có thể chia từ 32 – 64 thuê bao) Splitter không cần nguồn cung cấp, đặt đâu nên triển khai cho nhiều thuê bao chi phí giảm đáng kể so với AON Do Splitter khơng cần nguồn nên hệ thống tiết kiệm điện khơng gian chứa cáp so với AON Tuy nhiên PON có nhiều khuyết điểm khó nâng cấp băng thơng th bao u cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm ảnh hưởng đến thuê bao khác Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 17 trường hợp dùng hết băng thơng), khó xác định lỗi sợi quang chung cho nhiều người dùng, tính bảo mật khơng cao AON (có thể bị nghe khơng mã hóa liệu)… Tùy vào nhu cầu băng thơng thuê bao, PON sử dụng kết hợp với cáp đồng để triển khai mạng ADSL2+, VDSL2 … Dưới bảng so sánh hai công nghệ Bảng so sánh hai công nghệ AON Băng thông 100Mbps – 1Gbps thuê bao Tăng băng thông tạm thời cho thuê bao (cần lưu dự phòng máy chủ, chẳng hạn) PON 2,5 Gbps/1,25Gbps không dùng splitter, triển khai theo mơ hình điểm điểm, nhiên thường chia thành 1:32 (78Mbps) hay 1:64 (39Mbps) Đơn giản Phức tạp Số thuê bao bị ảnh hưởng có lỗi Ít Nhiều Thời gian xác định lỗi Nhanh Chậm Khả bị nghe Rất thấp Cao Cao tùy mơ hình khách hàng kết nối theo dual-homing (có đường truyền khác nhau), vịng trịn (ring) hay kết nối Cao thuê bao sợi quang riêng Thấp, khơng có phương án kết nối PON Độ tin cậy đường cáp đến thuê bao Chi phí triển khai Chi phí vận hành Thấp sợi quang từ OLT chia sẻ cho nhiều thuê bao qua chia thụ động (passive splitter) Cao thiết bị Thấp OLT kích thước Access Node cần cấp nhỏ passive splitter nguồn kích thước khơng cần nguồn Phục Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 18 Chi phí nâng cấp lớn, u cầu khơng gian Khơng gian cho cáp cần nhiều Thấp, đặc tính điểm đến điểm nên việc nâng cấp băng thông đơn giản, chẳng hạn cần thay thiết bị đầu cuối (CPE) vụ khoảng 8000 thuê bao cần không gian tủ rack Cao toàn thuê bao dây PON (từ OLT qua splitter đến người dùng) phải nâng cấp Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 19 Chương MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON 2.1 Nhu cầu mạng quang thụ động Ethernet 2.1.1 So sánh mạng GPON EPON a) Băng thông sử dụng Băng thông thay đổi hai giao thức: GPON có tốc độ chiều xuống 1,25Gbps băng thông chiều lên dao động từ 155Mbps đến 2,5Gbps EPON phân phối băng thông đối xứng 1Gbps Dịch vụ Gigabit Ethernet EPON thiết lập 1Gbps băng thông cho liệu 250Mbps băng thông cho mã hóa Dịch vụ 1,25Gbps GPON xác định băng thông sử dụng 1,25Gbps, không yêu cầu cho mã hóa Giao diện Gigabit Ethernet cho chuyển mạch tổng hợp, tổng đài trung tâm mạng metro cách thức tối ưu cho cổng truyền tốc độ 1Gbit Khơng có chuyển mạch tối ưu có khả truyền 1,25Gbit giá tiền băng thông mà GPON thêm mua thiết bị EPON Mặt khác,đường lên giá thấp giá thấp cho dự đoán tương lai Gigabit Ethernet ,tốc độ bit xác EPON Ở điểm băng thông GPON thêm vào chứng tỏ chứng tỏ có lợi cho nhà cung cấp b) Phạm vi Với giao thức, hạn chế thực tế xuất phát từ số lượng liên kết quang.Với phạm vi hai giao thức xác định khoảng xấp xỉ 20km, khác tốc độ tách –số ONU hỗ trợ OLT điểm khác biệt GPON hỗ trợ lên tới 128 ONU Với tiêu chuẩn EPON không hạn chế số ONU.Phụ thuộc vào độ lớn diode laser, sử dụng cáp quang giá thấp,EPON phân chia 32 ONU OLT 62 với sửa lổi chuyển tiếp c) Giá thành thuê bao Sử dụng EPON cho phép nhà cung cấp loại trừ thiết bị ATM SONET mắc tiền, phức tạp để đơn giản mạng, giá thành thấp cho thuê bao Giá thiết bị EPON xấp Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 20 xỉ 1/10 giá thiết bị GPON thiết bị EPON nhanh chóng trở thành giá cạnh tranh với VDSL d) Hiệu tiêu chuẩn Trong EPON, truyền liệu xảy gói có chiều dài thay đổi lên tới 1518 byte với giao thức IEEE802.3 cho Ethernet.Trong ATM PON gồm GPON, truyền liệu xảy cell 53byte có chiều dài cố định với 48 byte liệu byte mào đầu giao thức ATM xác định Đối với mạng GPON mang lưu lượng IP, gói bị chia thành đoạn 48 byte với byte header cho đoạn Quá trình tiêu tốn nhiều thời gian, phức tạp thêm chi phí cho OLT tổng đài trung tâm ONU đưa vào khách hàng Ngược lại, để sử dụng gói có chiều dài thay đổi Ethernet mang lưu lượng IP giảm đáng kể màu đầu liên quan tới ATM Một nhà nghiên cứu cho phân phối kích thước gói chế độ ,mào đầu đóng gói Ethernet la 7,42% mào đầu đóng gói ATM 13,22 % Thêm vào khung Ethernet chứa tỷ lệ liệu cho mào đầu cao GPON, áp dụng cao đưa sử dụng cáp quang giá thấp Cáp quang độ xác cao bắt buộc phần tiêu chuẩn GPON Quản lý hệ thống e) EPON yêu cầu hệ thống quản lý đơn, trái với ba hệ thống quản lý cho ba giao thức lớp hai GPON, nghĩa kết EPON tổng chi phí thấp quyền sở hữu EPON khơng yêu cầu chuyển đổi đa điểm GPON không hỗ trợ dịch vụ multicast, đưa hỗ trợ cho video IP chi phối băng thông f) Hỗ trợ everlayCATV Cả hai giao thức hỗ trợ overlay truyền hình cáp CATV, đưa yêu cầu cho dịch vụ video chiều xuống tốc độ cao Bước sóng EPON 1490 nm chiều xuống 1310 nm chiều lên, bỏ lại bước sóng 1550nm cho overlay CATV giống bước sóng cho BPON GPON g) Mã hóa Lớp kỹ thuật viễn thơng K52 Page 21 Với GPON, mã hóa phần tiêu chuẩn ITU.Tuy nhiên mã hóa GPON có chiều xuống.EPON sử dụng cấu dựa vào tiêu chuẩn mã hóa mở rộng AES hỗ trợ nhiều nhà cung cấp.Hơn ,mã hóa EPON có chiều xuống lên h) Bảo vệ mạng Cả hai giao thức cung cấp chức bảo vệ sóng mang cụ thể nhà khách hàng cụ thể Điều bao gồm hỗ trợ chức vận hành, quản trị bảo dưỡng sóng mang cụ thể nhà khách hàng cụ thể Kết luận EPON kết hợp mạng truy nhập quang thụ động PON cơng nghệ Ethernet nên mang ưu điểm hai công nghệ Việc triển khai EPON mang lại lợi ích to lớn bao gồm:  Băng thơng cao hơn: EPON cung cấp băng thông cao cho người dùng hệ thống truy nhập quang thụ động Tốc độ lưu lượng hướng xuống Gbps lưu lượng lên từ 64 ONU vượt 800Mbps Với khả cung cấp băng thơng lớn vậy, EPON có số lợi ích sau: - Số lượng thuê bao mạng PON lớn - Băng thông thuê bao nhiều - Khả cung cấp video - Chất lượng dịch vụ tốt  Chi phí đầu tư thấp hơn: hệ thống EPON khắc phục chi phí hiệu suất sợi quang linh kiện Ethernet Việc giảm chi phí đạt nhờ kiến trúc đơn giản hiệu hoạt động cao chi phí bảo dưỡng thấp  Nhiều thuận lợi hơn: EPON hỗ trợ đồng thời dịch vụ liệu, thoại video, cho phép nhà cung cấp nâng cao chất lượng băng rộng linh hoạt Ngồi ra, cung cấp dịch vụ truyền thống POST, T1 hỗ trợ dịch vụ ATM, TDM, SONET Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 22 2.2 Tiêu chuẩn mạng quang thụ động Ethernet Để phát triển Ethernet cho mạng thuê bao nội hạt, tập trung vào tiêu chuẩn sau: - Ethernet qua cáp đồng - Ethernet qua cáp quang điểm – điểm - Ethernet qua cáp quang điểm – đa điểm xem mạng EPON - Vận hành quản lý bảo dưỡng OAM Tầm quan trọng EFM cáp quang cáp đồng đánh giá cho công nghệ first mile chúng hợp với hệ thống OAM chung, đặc biệt có tầm nhìn tốt cho phép nhân viên vận hành mạng nội lựa chọn Ethernet để sử dụng phần cứng quản lý chung Ở tiêu chuẩn này, đặc điểm lớp vật lý bàn luận thông qua để đưa yêu cầu cho nhà cung cấp dịch vụ lưu giữ tính tồn vẹn Ethernet Đặc điểm kỹ thuật thỏa mãn tiêu sau: - Tiềm thị trường rộng - Tính khả thi kỹ thuật - Tính khả thi kinh tế - Tương thích với cấu trúc 802 bao gồm việc bắc cầu sở liệu thông tin quản lý MIB-Management Information Base - Nhận dạng riêng biệt, ví dụ khác biệt từ tiêu chuẩn IEEE 802 khác 2.3 Mạng truy nhập quang thụ động EPON EPON mạng dựa mạng PON mà mang lưu lượng giữ liệu đóng gói vào khung Ethernet Nó sửu dụng chuẩn mã đường chuyền 8b/10b (8bit người dùng mã hóa 10 bit đường truyền ) hoạt động tốc độ chuẩn Ethernet 2.3.1 Nguyên lý hoạt động mạng quang thụ động EPON Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hình cho mạng Ethernet Một cấu hình có trạm sử dụng chung mơi trường chuyền dẫn với giao thức đa truy nhập Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 23 sóng mang có phát xung đột (CSMA/CD) cấu hình cịn lại, trạm giao tiếp với thông qua chuyển mạch sử dụng tuyến kết nối điểm – điểm song công Tuy nhiên, EPON có số đặc tính mà khiến cho khơng thể triển khai hai cấu hình mà thay vào ta phải kết hợp hai Ở hướng xuống, EPON hoạt động mạng quảng bá Khung Ethernet truyền OLT qua chia quang thụ động đến ONU ( với N khoảng từ đến 64 ) ONU lọc bỏ gói tin khơng phải nhờ vào địa MAC ( Media Access Control ) trước truyền gói tin cịn lại đến người dùng Hình 2.1 Lưu lượng hướng xuống EPON Ở hướng lên, đặc tính định hướng kết hợp quang thụ động, khung liệu từ ONU đến OLT không đến ONU khác Trong trường hợp đó, hướng lên: đặc tính EPON giống kiến trúc điểm- điểm Tuy nhiên, không giống mạng điểm - điểm thật sự, khung liệu EPON từ ONU khác truyền đồng thời bị xung đột Vì vậy, hướng lên (từ người dùng đến mạng), ONU cần sử dụng vài chế tránh xung đột liệu chia dung lượng kênh quang hợp lý Ở đây, luồng liệu hướng lên phân bố theo thời gian Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 24 Hình 2.2 Lưu lượng xuống EPON Nếu khơng có khung đệm để điền vào khe thời gian 10 bit đặc tính rỗng truyền Sự xếp định vị khe thời gian hợp lý định vị tĩnh (TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức thời ONU (thực thống kê ) Có nhiều mơ hình định vị định vị dựa vào quyền ưu tiên liệu, dựa vào chất lượng dịch vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết ( SLAs : Service Level Agreements) 2.3.2 Ứng dụng mạng quang thụ động Ethernet – PON Với ưu điểm vượt trội PON nói chung EPON nói riêng ứng dụng thông tin viễn thông, kết nối thiết bị đầu cuối qua mạng quang ứng dụng dẫn thông tin đo lường thông tin quang, ứng dụng điều khiển từ xa dùng cảm biến cáp quang mạng truyền hình cáp quang với thời gian thực.Công nghệ EPON dùng làm mạng truy nhập cho mạng quang FTTx Hiện người sử dụng FTTx để thực dịch vụ mạng riêng ảo, truyền hình tương tác IPTV, hội nghị truyền hình,xem phim theo yêu cầu,game online,hosting server riêng Lớp kỹ thuật viễn thơng K52 Page 25 Hình 2.3 Mơ hình mạng FTTx FTTx viết tắt Fiber To The x thuật ngữ nói chung kiến trúc mạng sử dụng cáp quang để kết nối mạng viễn thông, FTTx bao gồm: a) FTTH (Fiber To The Home) Công nghệ quang thuê bao FTTH mạng viễn thông băng thông rộng cáp quang nối đến tận nhà để cung cấp dịch vụ tốc độ cao điện thoại, internet tốc độ cao, TV Hiện nay, công nghệ FTTH triển khai Khi dùng cơng nghệ FTTH, đường truyền dẫn hồn tồn cáp quang tới tận phòng máy người sử dụng Chất lượng truyền dẫn tín hiệu bền bỉ, ổn định khơng bị suy hao tín hiệu nhiễu điện từ hay thời tiết hay, chiều dài cáp ADSLvà độ bảo mật cao Ngồi ra, FTTH cịn cho cân tốc độ tải lên tải xuống ngang nhau, cho phép tối đa 10Gbps, phục vụ lúc hàng trăm máy tính Lớp kỹ thuật viễn thơng K52 Page 26 Hình 2.4 Mơ hình mạng FTTH Trong đó: b) - CO : tổng đài trung tâm - MDF: giá phối dây - Feeder cable : cáp tiếp vòng - Distribution cable : cáp phân phối - ONU: đơn vị mạng quang - Drop cable : loại cáp dùng để nối giao tiếp mạng với Thick Ethernet - FDC: trung tâm phân phối cáp FTTB ( Fiber To The Building ) FTTB: giải pháp mạng ứng dụng cho cao ốc lớn nhằm cung cấp đường truyền internet cáp quang tốc độ cao với chi phí tiết kiệm c) FTTN ( Fiber To The Node) Mục đích cơng nghệ FTTN đặt lại thiết bị DSL cách xa chuyển mạch đặt chúng gần hơn với người sử dụng Điều bao gồm việc triển khai DSLAM Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 27 hệ mới, kết nối quang nơi phân tán cộng đồng dân cư, tái sử dụng phần cuối đơi dây cáp quang kim loại có Lợi đáng kể FTTN tận dụng khả lớn công nghệ DSL Thơng lượng cao đạt việc rút ngắn độ dài mạch vòng DSL Do ngày nay, vị trí chuyển mạch khơng dễ dàng thay đổi, node sử dụng để trải rộng thiết bị chuyển mạch cũ toàn thuê bao, điều mang đến độ dài mạch vòng ngắn đại đa số thuê bao Thêm vào việc kéo dài cáp quang xa tới thuê bao xem bước cần thiết để hướng tới việc triển khai cáp quang toàn tuyến đến với người sư dụng d) FTTC ( Fiber To The Cabinet ) FTTC hiểu cáp quang đến tủ thiết bị Là đường truyền với tốc độ cao ổn định cáp quang có chi phí hợp lý hơn, giảm chi phi nhờ đường dây tu Cabinet đến th bao dùng cáp đồng Hình 2.5 Mơ hình FTTC Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 28 TỔNG KẾT Trong thời gian thực đề tài, với giúp đỡ thầy giáo Th.s Chu Cơng Cẩn nhóm sinh viên hồn thành tập thiết kế mơn học thơng tin quang “ Tìm hiểu mang truy nhập quang thụ động” Chúng em vận dụng kiến thức học tham khảo nguồn tài liệu có sẵn để giải yêu cầu đề tài, hiểu công nghệ, giải pháp ứng dụng mạng truy nhập quang chủ động PON EPON Tuy nhiên thời gian khiến thức hạn chế nên q trình thực khơng thể tránh khỏi thiếu xót hạn chế Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy ý tưởng thiết kế mạch, mô hình sản phẩm để đè tài chúng em hoàn thiện Cuối chúng em xin cảm ơn thầy tạo điều kiện tốt giúp đỡ chúng em học tập, nghiên cứu hoàn thành đề tài thời gian sớm Hà nội, ngày 28 tháng năm 2014 Sinh viên nhóm thực Lớp kỹ thuật viễn thông K52 Page 29