FTTH Theo Cong Nghe GPON

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 CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2007-2012

Đề tài:

PHÂN TÍ CH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO CÔNG NGHỆ GPON

Mã số đề tài:

12407160163

Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Giáo viên hƣớng dẫn:

01/2012 TP.HCM – 2012

HUỲNH VĂN TỤ 407160163 Đ07VA3 Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM

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 CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2007-2012 Đề tài:

PHÂN TÍ CH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO CÔNG NGHỆ GPON Mã số đề tài:

12407160163

NỘI DUNG -

Chƣơng I:

-

Chƣơng II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON.

-

Chƣơng III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON. Chƣơng IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ

-

TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP FTTH.

Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Giáo viên hƣớng dẫn:

01/2012 TP.HCM – 2012

HUỲNH VĂN TỤ 407160163 Đ07VA3 Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM

MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................. MỤC LỤC HÌNH .................................................................................................................. MỤC LỤC BẢNG ................................................................................................................. LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH ........................................ 4 1.1. FTTH, AON, PON ...................................................................................................... 4 1.1.1

Công nghệ AON ............................................................................................ 4

1.2. So sánh giữa AON và PON ........................................................................................ 9 CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON................................................................. 11 2.1. BPON chuẩn ITU-G.983 .......................................................................................... 11 2.1.1.

Kiến trúc các lớp .......................................................................................... 11

2.1.2.

Định dạng khung truyền dẫn ....................................................................... 13 2.1.2.1.

Khung ATM ............................................................................... 14

2.1.2.2.

Khung hƣớng xuống ................................................................... 15

2.1.2.3.

Khung hƣớng lên ........................................................................ 16

2.1.3.

Bảo mật trong BPON ................................................................................... 17

2.1.4.

Chuyển mạch bảo vệ trong BPON .............................................................. 18

2.2. EPON chuẩn IEEE-802.3ah...................................................................................... 19 2.2.1.

Kiến trúc các lớp trong EPON ..................................................................... 19 2.2.1.1.

Lớp vật lý ................................................................................... 20

2.2.1.2.

Giao diện môi trƣờng Gigabit độc lập ....................................... 22

2.2.1.3.

Lớp liên kết dữ liệu .................................................................... 22

2.2.2.

Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON......................................................... 23

2.2.3.

Giao thức điều khiển đa điểm (MPMC) trong EPON ................................. 24

2.3. GPON chuẩn ITU-G.984 .......................................................................................... 26 2.3.1.

2.3.2.

Kiến trúc các lớp trong GPON .................................................................... 26 2.3.1.1.

GPON Physical Medium Dependent (PMD) Layer ................... 28

2.3.1.2.

GPON Transmission Convergence (GTC) Layer ...................... 29

Định dạng khung truyền dẫn trong GPON .................................................. 30 2.3.2.1.

Cấu trúc khung hƣớng xuống ..................................................... 30

2.3.2.2.

Cấu trúc khung hƣớng lên .......................................................... 32

2.3.2.3. 2.3.3.

Phân tích mào đầu của GEM ...................................................... 34

Phân bổ băng tần động (DBA) trong GPON ............................................... 35

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON ........ 36 3.1. Tính khả năng phục vụ của một OLT ....................................................................... 36 3.2. Tính toán tính khả thi và mô hình khuyến nghị với bộ khuếch đại .......................... 39 CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ .................................... 45 4.1. Phân tích bài toán “Tính khả năng phu ̣c vu ̣ của OLT” ............................................. 45 4.2. Phân tić h bài toán “Tiń h khả thi và mô hin ̀ h khuyế n nghi”̣ ..................................... 50 4.2.1

Phân tích 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ chia ......................................................... 51

4.2.2

Phân tích 2: Ảnh hưởng của khoảng cách từ OLT đến ONT ...................... 54

4.2.3

Phân tích 3: Sự ảnh hưởng của công suấ t phát lên mô hình triể n khai ...... 55

4.2.4

Phân tích 4: Trường hợp cầ n chú ý khi thiế t kế .......................................... 56

KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 58 TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................................................... TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................

MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc AON ...................................................................................................... 5 Hình 1.2: Cấu trúc AON Ethernet ....................................................................................... 5 Hình 1.3: Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON .................................................. 6 Hình 1.4: Nguyên lí thu/phát ONT ...................................................................................... 8 Hình 1.5 Các kiểu kiến trúc của PON ................................................................................ 8 Hình 1.6: Vùng ODN .......................................................................................................... 9 Hình 2.1 Kiến trúc các lớp trong BPON ........................................................................... 12 Hình 2.2: Cấ u trúc khung ATM ......................................................................................... 14 Hình 2.3: Cấ u trúc khung hƣớng xuố ng của BPON .......................................................... 15 Hình 2.4: Đinh ̣ da ̣ng cell PLOAM hƣớng lên ................................................................... 17 Hình 2.5: Mô hiǹ h chuyể n ma ̣ch bảo vê ̣ trong PON ......................................................... 19 Hình 2.6: Kiế n trúc các lớp trong EPON........................................................................... 20 Hình 2.7: Cấ u trúc khung truyề n dẫn của EPON .............................................................. 23 Hình 2.8: Bản tin GATE hƣớng xuống .............................................................................. 25 Hình 2.9: Bản tin REPORT hƣớng lên .............................................................................. 26 Hình 2.10: Kiế n trúc các lớp trong GPON ........................................................................ 27 Hình 2.11 : Phân lớp đóng khung GTC ............................................................................. 29 Hình 2.12: Cấ u trúc khung hƣớng xuố ng .......................................................................... 30 Hình 2.13: Cấ u trúc khung GTC hƣớng lên ...................................................................... 33 Hình 2.14: Cấu trúc khung và mào đầu của khung GEM ................................................. 34 Hình 3.1: Sƣ̣ phân bố OLT ................................................................................................ 38 Hình 3.2: Mô hiǹ h kiế n trúc 2 tầ ng splitter ....................................................................... 40 Hình 3.3: Liên kế t vâ ̣t lí tƣ̀ OLT đế n ONT ........................................................................ 41 Hình 3.4: Các vùng suy hao của sợi quang ....................................................................... 42 Hình 3.5: Bô ̣ khuế ch đa ̣i SAO11b ..................................................................................... 44 Hình 4.1: P-OLT 7432 ....................................................................................................... 46 Hình 4.2: Mô hiǹ h 2 .......................................................................................................... 52 Hình 4.3: Mô hình khả thi ................................................................................................. 53 Hình 4.4: Mô hiǹ h 3 .......................................................................................................... 55

MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1: Các mã PTI ....................................................................................................... 34 Bảng 3.1: Tỉ lệ chia và các mức tốc độ điển hình ............................................................. 37 Bảng 3.2: Thông số các loa ̣i connecter .............................................................................. 41 Bảng 3.3: Tiêu chuẩ n ITU-T G.652 về suy hao sơ ̣i quang ................................................ 42 Bảng 3.4: Thông số splitter PLC ....................................................................................... 43 Bảng 3.5: Vùng bƣớc sóng khuếch đại của OFA .............................................................. 44 Bảng 4.1: Bảng suy hao của splitter .................................................................................. 50 Bảng 4.2: Thông số khuyế n nghi ̣của ONT và OLT ......................................................... 51

LỜI MỞ ĐẦU Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng dịch vụ Viễn thông ngày càng cao do mức sống đƣợc nâng lên đồng thời công việc và nhu cầu giải trí ngày càng đòi hỏi chất lƣợng các dịch vụ phải không ngừng đƣợc tăng lên. Chúng ta có thể lấy sự gia tăng nhu cầu về Internet ra làm một ví dụ. Theo “Báo cáo Netcitizens Việt Nam năm 2011” của Cimigo, xét về tốc độ tăng trƣởng, “Việt Nam là quốc gia có tỷ lệ tăng trƣởng Internet nhanh nhất trong khu vực và nằm trong số các quốc gia có tỷ lệ tăng trƣởng cao nhất trên thế giới. Từ năm 2000, số lƣợng ngƣời sử dụng Internet đã nhân lên 120 lần. Cách đây 10 năm, tỷ lệ sử dụng Internet của Việt Nam nằm cách xa hầu hết các nƣớc Châu Á khác”. Chính vì những nhu cầu không ngừng tăng lên cùng với yêu cầu về chất lƣợng đã đặt ra cho Viễn thông bài toán tăng tốc độ truyền dẫn. Ngày nay ngƣời ta đã quen với một công nghệ xuất hiện từ 10 năm trƣớc ở Việt Nam là ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line – đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng). ADSL ra đời trở thành một điểm nhấn trong tốc độ truyền dẫn tại Việt Nam. Tuy nhiên, hiện nay với yêu cầu băng thông ngày càng cao thì ADSL hầu nhƣ “đuối sức”. Tại Việt Nam, đề án "Đƣa Việt Nam sớm trở thành nƣớc mạnh về công nghệ thông tin và truyền thông" của Thủ tƣớng Chính phủ tại Quyết định số 1755/QĐ-TTg ngày 22/09/2010 đã chỉ ra định hƣớng, tầm nhìn cho sự phát triển ngành băng rộng tại Việt Nam đến năm 2015 là: Cơ bản hoàn thành mạng băng rộng đến các xã, phƣờng trên cả nƣớc, kết nối Internet đến tất cả các trƣờng học, tỉ lệ ngƣời dân sử dụng Internet đạt trên 50%. Vì vậy, “Trong năm 2010, ngƣời ta nói nhiều tới việc băng rộng di động mà cụ thể là 3G lên ngôi sẽ khiến cho ADSL phải suy thoái. Nhƣng theo nhiều chuyên gia, đây lại không phải là điều đáng lo ngại nhất, mà đối thủ sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới “năng lực” phát triển của ADSL trong năm 2011 và các năm tới lại là FTTx (công nghệ truyền dẫn cáp quang) và FTTH (Internet cáp quang chuẩn). Theo Báo cáo viễn thôngViệt Nam, trong năm 2009 trên thế giới đã có 39,4 triệu hộ gia đình sử dụng FTTH, con số này tăng lên 51,4 triệu hộ trong năm 2010 và dự kiến sẽ đạt gần 90 triệu hộ gia đình sử dụng cáp quang vào năm 2012. Dự đoán, FTTH sẽ là ngành kinh doanh cốt lõi của các nhà cung cấp dịch vụ Internet”.[8] Tuy nhiên, FTTH vẫn còn khó khăn khi giá cƣớc đắt hơn ADSL nên việc triển khai tại Việt Nam vẫn còn nhiều khó khăn nhất định. FTTH là một trong những công nghệ của FTTx. FTTx là công nghệ mạng truy nhập sử dụng đƣờng truyền bằng cáp quang, cho tốc độ upload và download cao hơn và ổn định hơn ADSL. FTTx có các dạng: FTTN (Fiber To The Node); FTTC (Fiber To The Curb); FTTB (Fiber To The Building); FTTH (Fiber To The Home), đƣợc hiểu lần SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 1

lƣợt là: Cáp quang tới giao điểm; Cáp quang tới tủ thiết bị; Cáp quang tới tòa nhà; Cáp quang tới tận nhà. FTTx có thể là mạng truyền dẫn quang thụ động – PON (Passive Optical Network), trong đó tất cả các thành phần quang chủ động (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 (passive), để điều hƣớng lƣu lƣợng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lƣợng của các bƣớc sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đƣờng truyền. Mặc khác, FTTx cũng có thể là mạng truyền dẫn quang chủ động AON (Active Optical Network). Trong 4 dạng FTTx, thì FTTH là hoàn chỉnh nhất về công nghệ, tiêu chuẩn quốc tế và tối ƣu tiện ích cho ngƣời dùng. Trong FTTH gồm có EPON (Ethernet PON), BPON (Broadband PON) và GPON (Gigabit PON). Xét trên phƣơng diện tốc độ truyền dẫn thì EPON có tốc độ 1Gbps cho cả 2 hƣớng (IEEE 802.3 (802.3ah)), BPON có tốc độ 155,52 Mbps cho hƣớng lên, 155,52 hoặc 622,08Mbps cho hƣớng xuống (ITU-T G.983). GPON có tốc độ cao nhất lên tới 2,488 Gbps cho cả 2 hƣớng (ITU-T G.984).

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 2

Vì vậy em chọn đề tài làm Đồ án tốt nghiệp là“PHÂN TÍ CH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO CÔNG NGHỆ GPON” nhằm làm rõ các vấn đề chính sau: Nêu rõ đƣơ ̣c nhƣ̃ng ƣu điể m của PON đồ ng thời làm rõ các chuẩ n công nghê ̣ đƣơ ̣c dùng trong PON nhƣ BPON , EPON và GPON về tố c đô ̣ truyề n dẫn , cấ u trúc khung truyề n và các vấ n đề đƣơ ̣c đề câ ̣p trong các chuẩ n đƣơ ̣c ITU -T và IEEE đƣa ra. Đƣa ra hai bài toán thiế t kế thƣ̣c tế dƣ̣a trên công nghê ̣ GPON và phân tích kế t quả của hai bài toán ấy nhằm làm rõ những vấn đề nhất định trong việc chọn GPON làm công nghê ̣ truyề n dẫn , cung cấ p dich ̣ vu ̣ cho khách hàng. Với các nội dung chính nhƣ trên, để hoàn thành mục tiêu, bài báo cáo đƣợc phân làm các chƣơng với các đề mục cụ thể nhƣ sau: 

Chƣơng I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP FTTH



Chƣơng II:TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON



Chƣơng III:BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON Chƣơng IV:PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ



SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 3

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1.1. FTTH, AON, PON Nhƣ đã nói ở trên,mạng FTTH là mạng truy nhập cáp quang. Trong đó có hai phƣơng án triển khai FTTH là PON và AON. Mỗi phƣơng án đều có ƣu, nhƣợc điểm riêng. Một nhƣợc điểm rất lớn của mạng quang tích cực AON chính là ở thiết bị chuyển mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngƣợc lại để truyền đi. Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH. Nếu xét về chi phí để bảo dƣỡng thiết bị thì PON lợi thế hơn hẳn khi các thiết bị chủ động trong AON đƣợc thay bằng các thiết bị thụ động. Đồng thời, AON có nhiều ƣu điểm nhƣ: tầm kéo dây xa (lên đến 70km mà không cần bộ lặp (repeater)), tính bảo mật cao (do việc can thiệp nghe lén (eavesdropping) trên đƣờng truyền gần nhƣ là không thể), dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao khi cần, dễ xác định lỗi. Tuy nhiên, công nghệ AON cũng có khuyết điểm là chi phí cao do: việc vận hành các thiết bị trên đƣờng truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang riêng, cần nhiều không gian chứa cáp. Trong khi đó, với PON đƣờng truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung tâm OLT (Optical Line Termination) qua một thiết bị chia tín hiệu (Splitter) và từ thiết bị này mới kéo đến nhiều ngƣời dùng (có thể chia từ 32 – 64 thuê bao). Splitter không cần nguồn cung cấp, có thể đặt bất kỳ đâu nên nếu triển khai cho nhiều thuê bao thì chi phí giảm đáng kể so với AON. Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống cũng tiết kiệm điện hơn và không gian chứa cáp cũng ít hơn so với AON. Tuy nhiên, PON cũng có nhiều khuyết điểm nhƣ khó nâng cấp băng thông khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm sẽ ảnh hƣởng đến những thuê bao khác trong trƣờng hợp đã dùng hết băng thông), khó xác định lỗi hơn do một sợi quang chung cho nhiều ngƣời dùng, tính bảo mật cũng không cao bằng AON (có thể bị nghe lén nếu không mã hóa dữ liệu). 1.1.1

Công nghệAON

AON có cấu trúc “point to point” (điểm - điểm), trong đó kết nối giữa khách hàng và CO thông qua thiết bị đầu cuối ONT là một kết nối trực tiếp trên một sợi quang. Những yêu cầu kết nối từ phía khách hàng thông qua sự định tuyến của các router, switch, multiplexer tại CO sẽ đi ra mạng dịch vụ bên ngoài. AON sử dụng bƣớc sóng 1550nm để truyền tín hiệu hƣớng xuống (từ CO đến phía khách hàng) và 1310nm để truyền tín hiệu cho hƣớng lên (từ phía khách hàng đến CO). Một cấu trúc của AON đơn giản đƣợc thể hiện trong Hình 1.1.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 4

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1550 nm Central office

ONT

1310 nm ONT

OLT

ONT

Hình 1.1: Cấu trúc AON Một nhƣợc điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyển mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngƣợc lại để truyền đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTX. Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tƣ lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập. Việc cùng lúc xử lí các yêu cầu truy nhập hƣớng lên của ngƣời dùng ra mạng dịch vụ bên ngoài cũng nhƣ việc phân tích để chuyển luồng dữ liệu từ các dịch vụ đến ngƣời dùng có thể gây quá tải trong xử lí hoặc xung đột tại OLT của CO. Để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới ngƣời dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất “đệm” cho quá trình này. Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet). Đó chính là bƣớc đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 đƣợc gọi là Ethernet in First Mile (EFM). Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho ngƣời sử dụng. Nhờ đó, cả phía nhà cung cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet. Các Ethernet Switch sẽ giúp giảm xung đột do xử lí tín hiệu tại CO, nó cần cấp nguồn để hoạt động. Việc chuyển mạch tại đây dựa trên lớp 2 và lớp 3 của cấu trúc khung Ethernet. Mạng AON nhƣ vừa nói có thể đƣợc miêu tả trong Hình 1.2. Central Office

ONT Switch quang ONT

OLT

ONT

Hình 1.2: Cấu trúc AON Ethernet

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 5

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

1.1.2

Công nghệPON

PON – Passive Optical Network, hay còn đƣợc gọi là mạng quang thụ động, một trong những công nghệ đƣợc sử dụng trong FTTH. Nhƣ đã nói ở trên,trong PON tất cả các thành phần quang chủ động (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 (passive), để điều hƣớng lƣu lƣợng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lƣợng của các bƣớc sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đƣờng truyền. PON là công nghệ truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), các user với yêu cầu truy nhập của mình đƣợc phân biệt bằng các khe thời gian. Cấu trúc một mạng truy nhập FTTH dựa trên công nghệ PON có thể đƣợc trình bày trong Hình 1.3. SBC management systems VGW EMS

FTTH EMS PON

SFU ONT

IP Transport Network

PSTN/ TDM network

VGW

Video coupler

ATM network

OLT system

SFU ONT

Splitter 1:N

SBU ONT

MTU ONT MDU ONT

Video/ audionetwork

V-OLT

Hình 1.3: Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 6

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

Các thành phần trong mạng FTTH trên công nghệ PON gồm có: OLT (Optical Line Termination)  Đặt ở trung tâm chuyển mạch (CO – Central Office) có nhiệm vụ giao tiếp với các mạng dịch vụ và kết nối các yêu cầu truy nhập của ngƣời dùng ra các mạng này.  Có hai chức năng chính: truyền dữ liệu từ mạng dịch vụ và phân phối cho user. Đồng thời sẽ ghép kênh các dữ liệu user trƣớc khi gửi ra các mạng dịch vụ.  Dung lƣợng mà 1 ONT có thể phục vụ đƣợc dựa trên số card hƣớng xuống của mỗi ONT. Nếu mỗi ONT có X card, mỗi card có Y port, và tỉ lệ Splitter là 1:N thì số thuê bao (số kết nối giữa ONT và OLT) đƣợc tính: Số thuê bao = X x Y x N Ví dụ: P-OLT 7432 của hãng Alcatel có 14 card hƣớng xuống, mỗi card có 4 port, tỉ lệ Splitter là 1:64 thì số ONT có thể phục vụ lên đến: 14 x 4 x 64=3584 ONT ONT (Optical Network Termination)  Đặt cuối đƣờng dây, trƣớc thiết bị ngƣời dùng đóng vai trò nhƣ “ngƣời thông dịch” cho các dữ liệu cũng nhƣ các các yêu cầu truy nhập từ phía ngƣời dùng chuyển lên.  Gồm có các loại: - SFU ONT: là thiết bị đặt ở bên ngoài nhà thuê bao, dùng cho các hộ gia đình nhỏ. Có hai giao tiếp chính là giao tiếp POTS cho điện thoại và giao tiếp 10/100 bT Ethernet. - MDU ONT: phục vụ cho khu dân cƣ, các tòa nhà, chung cƣ với nhiều yêu cầu về dịch vụ. Nó sẽ cung cấp nhiều giao tiếp hơn 1 SFU ONT và hỗ trợ giao tiếp dịch vụ nhiều hơn. - B-ONT: các ONT loại B thƣờng đƣợc cung cấp cho các doanh nghiệp hoặc một cụm các doanh nghiệp loại nhỏ. Nó có khả năng giao tiếp dịch vụ triple – play (voice, data, video).  Nếu nhìn trên phƣơng diện vật lí, ONT có nhiệm vụ chuyển đổi quang-điện tín hiệu từ nhà cung cấp dịch vụ xuống khách hàng và ngƣợc lại. Tuy nhiên, bƣớc sóng hƣớng lên và hƣớng xuống khác nhau mà tín hiệu chỉ đƣợc truyền trên mô ̣t sợi quang duy nhất nên tại ONT, xen giữa quá trình chuyển đổi quang điện sẽ có quá trình tách/ghép bƣớc sóng mà cụ thể là bƣớc sóng 1310 nm và 1490 nm. Quá trình ấy có thể đƣợc diễn giải trong Hình 1.4.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 7

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH Bộ phát

1310 nm

Diplexer Optical block

Bộ nhận

1490 nm

Hình 1.4: Nguyên lí thu/phát ONT VGW (Voice Gateway): giao tiếp giữa PON tới mạng PSTN/TDM. V-ONT (the Voice ONT): nhận và khuếch đại/ khôi phục tín hiệu video từ mạng Video/Audio. EMS (The Element Management Systems): giao tiếp từ các mạng khác đến mạng lõi SBC. ODN (Optical Distribution Network): mạng phân phối quang, là tập hợp nhiều splitter đƣợc sắp xếp theo kiểuCây, Bus, Ring…tùy theo mục đích phục vụ của nhà cung cấp dịch vụ. (Hình 1.5) Kiến trúc thƣờng đƣợc sử dụng hiện nay là cấu trúc hình cây, nhƣ Hình 1.6.

(a) Kiến trúc hình cây (sử dụng bộ 1:N)

(b) Kiến trúc bus (sử dụng bộ ghép 1:2)

(c) Kiến trúc vòng ring (sử dụng bộ ghép 2x2)

(d) Kiến trúc hình cây với một trung kế thừa (sử dụng bộ chia 2:N)

Hình 1.5 Các kiểu kiến trúc của PON

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 8

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1310 nm Splitter 1:16

1490 nm

Đến 16 ONT ONT Splitter 1:16

Splitter 1:4 Splitter 1:16

OLT Splitter 1:16

tối đa 20 Km

Hình 1.6: Vùng ODN Với AON nhƣ đã nói ở trên, chiều dài của đoạn này có thể lên tới 70 Km. Tuy nhiên với FTTH dựa trên công nghệ PON nói chung, khoảng cách này hỗ trợ tối đa 20 Km. Trong vùng ODN, hai thành phần kết nối quan trọng nhất dĩ nhiên là sợi quang và Spliter. Splitter: có thể hiểu đây là thành phần quan trọng trong mạng quang thụ động giúp giảm thiểu số lƣợng sợi quang sử dụng trong truyền dẫn. Một sợi quang từ CO sẽ nối tới splitter và đầu ra cung cấp cho nhiều kết nối. Có nhiều tỷ lệ chia cho splitter nhƣ 1:2; 1:4; 1:16; 1:32; 1:64. Tuy nhiên trong mạng PON hai tỷ lệ thƣờng đƣợc sử dụng là 1:32 và 1:64. 1.2. So sánh giữa AON và PON Trong phần này, sẽ phân tích những đặc điểm giữa PON và AON dựa vào những các tiêu chí: tốc độ hỗ trợ tối đa, khoảng cách truyền dẫn, vấn đề giữa số lƣợng sợi quang sử dụng với số thuê bao, vấn đề vận hành bảo dƣỡng, vấn đề bảo mật, vấn đề cung cấp băng thông để từ đó rút ra kết luận vì sao PON lại đƣợc lựa chọn triển khai mạnh mẽ hơn AON.  Xét về khoảng cách truyền dẫn và tốc độ hỗ trợ tối đa Về khoảng cách: AON có thể hỗ trợ chiều dài tối đa 70 km và PON hỗ trợ tối đa 20 km từ OLT đến ONT. Tuy nhiên, nếu xét trên phạm vi phục vụ cho một vùng dân cƣ nhƣ một thành phố, thì mô ̣t OLT phía nhà cung cấp dịch vụ hoàn toàn có thể chọn lựa địa điểm phù hợp với công nghệ PON. Mặt khác, một nhà cung cấp dịch vụ thƣờng triển khai nhiều CO nhằm phủ rộng một vùng phục vụ và nhằm mục đích dự phòng nên với khoảng cách mà PON hỗ trợ hoàn toàn có thể triển khai tốt trên thực tế.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 9

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

Về tốc độ hỗ trợ tối đa: hiện nay AON hỗ trợ tối đa từ 100 Mbps-1 Gbps cho mỗi thuê bao ở hƣớng xuống, trong khi PON với chuẩn GPON có thể hỗ trợ lên đến 2,488 Gbps cho cả 2 hƣớng lên và hƣớng xuống (nếu không dùng splitter, triển khai theo mô hình point to point).  Xét về số lượng sợi quang sử dụng với số thuê bao phục vụ Về số lƣợng sợi quang sử dụng, có thể thấy một điều rõ ràng rằng số sợi quang đƣợc sử dụng trong AON nhiều hơn số sợi quang sử dụng trong PON nếu xét về chiều dài với cùng số thuê bao.  Vấn đề bảo dưỡng Các thiết bị nhƣ Acess Node trong AON cần cấp nguồn và số lƣợng sợi quang nhiều nên AON cần không gian chứa cáp lớn nếu nhƣ triển khai. Trong khi đó với PON, một sợi quang từ CO sẽ đƣợc chia sẻ với các thuê bao qua một thiết bị thụ động (không cần cấp nguồn) là Splitter.  Vấn đề tăng băng thông cho thuê bao Đối với AON việc tăng băng thông cho một thuê bao nếu có yêu cầu thì đơn giản hơn PON rất nhiều. Bởi vì, với AON, việc tăng băng thông của một thuê bao không ảnh hƣởng đến băng thông tối đa của các thuê bao khác, nhƣng với PON, nếu băng thông của một thuê bao tăng lên, đồng nghĩa rằng băng thông tối đa cho các thuê bao khác sẽ giảm xuống.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 10

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON Nếu xét về phƣơng thức truy cập trong PON thì PON gồm có hai loại chính: truy cập phân chia theo thời gian (TDM/TDMA-PON) và truy cập phân chia theo bƣớc sóng (WDM/WDMA-PON). Trong bài báo cáo Đồ án Tốt nghiệp này, công nghệ truy cập PON đƣợc phân tích là TDM/TDMA PON với các công nghệ APON/BPON (ATM PON/Broadband PON, GPON(Gigabit PON) và EPON(Ethernet PON). 2.1. BPON chuẩn ITU-G.983  Còn đƣợc gọi là APON (ATM PON).  BPON sử dụng phƣơng pháp truy nhập phân chia theo thời gian cho các user, và sử dụng cell ATM trong truyền dẫn.  Khoảng cách truyền dẫn từ các OLT đến các ONT là từ 10 – 20 km.  BPON sử dụng bƣớc sóng 1310 nm cho hƣớng lên và 1490 nm cho hƣớng xuống. Riêng bƣớc 1550 nm đƣợc dùng cho luồng video ở hƣớng xuống.  Theo khuyến nghị G 983.1 năm 1988 quy định tốc độ download cho BPON là 622,08 Mb/s và upload là 155,52 Mb/s. G 983.1 tháng 05/2005 qui định thêm tốc độ 1244,16 Mb/s cho hƣớng download. Đồng thời quy định rõ sử dụng hai sợi quang cho một kết nối, tuy nhiên vì bƣớc sóng sử dụng ở hƣớng xuống và hƣớng lên không giống nhau nên trên thực tế có thể dùng chung một sợi quang.  Có ba loại thiết kế cho ODN (mạng phân phối quang) giữa OLT và các ONT phụ thuộc vào suy hao của ODN. - Loại A: 5 – 20 dB - Loại B: 10 – 25 dB - Loại C: 15 – 30 dB 2.1.1.

Kiến trúc các lớp

BPON gồm có hai lớp chính: lớp vật lý (Physical Medium Layer) và lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence Layer). Trong lớp hội tụ truyền dẫn chia làm hai lớp con: lớp con thích nghi (Adaptation) và lớp con truyền dẫn PON (PON Transmission).

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 11

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON BPON

OSI Application

Path layer

Presentation

Adaptation

Transmission convergence layer

Session Transport

PON transmission

Network Data Link

Physical medium layer

Physical

Hình 2.1 Kiến trúc các lớp trong BPON 

Lớp vật lý:  Chính là ODN, kết nối vật lý giữa OLT và các ONT. Làm nhiệm vụ chuyển đổi quang - điện, điều chế, giải điều chế các bƣớc sóng 1310 nm, 1490 nm và 1550 nm đề truyền đi trên môi trƣờng vật lý.  Đồng bộ giữa truyền và nhận chuỗi tín hiệu trên cơ sở đồng bộ giữa đầu thu và đầu phát.  Các qui định cho lớp vật lý: - Khoảng cách giữa OLT và ONU tối đa là 20km. - Bƣớc sóng 1260 - 1360 nm cho hƣớng lên, 1480 - 1580 nm cho hƣớng xuống. - Tốc độ bit: 155,52 hoặc 622,08 Mb/s cho hƣớng xuống và 155,52 Mb/s cho hƣớng lên. - Dạng lƣu lƣợng: song hƣớng cho tín hiệu số và chỉ duy nhất hƣớng xuống cho tín hiệu analog dùng truyền video. - Tỷ lệ splitter: hỗ trợ đến 1:32, giới hạn bởi suy hao của ODN.



Lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence Layer - TC):

Có bốn chức năng chính là phân định tế bào, tạo chuỗi xác thực để kiểm soát lỗi header, tách tốc độ tế bào và tạo thích ứng cho khung truyền dẫn. TC gồm có hai lớp con:  Lớp con thích nghi (Adaptation) là lớp phụ thuộc môi trƣờng truyền dẫn, đóng vai trò chức năng trung gian giữa lớp vật lý và lớp cao hơn. Nó sẽ chuẩn bị một cell ATM để truyền trong ba bƣớc. Đầu tiên đƣa các mẫu đồng bộ tới trƣờng payload. Tiếp theo, thêm vào trƣờng SN (Sequence Number) và SNP (Sequence Number Protection) nhằm cho đầu thu biết đã nhận đƣợc cell đúng thứ tự hay không. Cuối cùng thêm vào các byte giả sao cho vùng Payload đủ 48 byte vì một cell ATM luôn cố định 48 byte Payload và 5 byte Header. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 12

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Lớp con truyền dẫn PON (PON Transmission) chịu trách nhiệm đồng bộ bit, đồng bộ byte. Đối với hƣớng truyền, thực hiện ghép header và sau đó chuyển khung truyền dẫn xuống lớp vật lý. Đối với hƣớng nhận, thực hiện tách header, sau đó chuyển dòng cell ATM lên lớp cao hơn để xử lý. 

Lớp tuyến (Path layer)

BPON dựa trên ATM là một kết nối có hƣớng, đồng nghĩa rằng phải có một kênh ảo trong quá trình truyền dữ liệu. Lớp tuyến sẽ quy định rõ điều này bằng hai thông số trong một khung ATM là VPI (Vitual Path Identifier) và VCI (Vitual Curcuit Identifier). Các cell ATM sẽ đƣợc chuyển mạch dựa trên hai thông số trên. 2.1.2.

Định dạng khung truyền dẫn

Tùy theo tốc độ truyền dẫn mà một khung BPON cũng có cấu trúc khác nhau. Tuy nhiên chiều dài mỗi khung đều là 125 µs. Đối với tốc độ 155,52 Mb/s sẽ có 56 cell trong một khung (gồm có 53 cell ATM và 2 cell PLOAM - Physical Layer Operation, Administration and Maintenance). Đối với tốc độ 622,08 Mb/s (gấp 4 lần) thì số cell trong một khung sẽ tăng lên 4 lần là 224 cell (gồm 216 cell ATM và 8 cell PLOAM). Với khuyến nghị G 983.1 tháng 05/2005 có khuyến nghị thêm một tốc độ truyền dẫn ở hƣớng xuống là 1244,16 Mb/s (8 x 155,52 Mb/s) thì số lƣợng cell sẽ là 448 cell (có 432 cell ATM và 16 cell PLOAM). Cell PLOAM đóng vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động truyền dẫn của BPON. Ở khung hƣớng xƣớng, trong trƣờng hợp việc gán băng thông động (DBA) đƣợc thiết lập cell PLOAM qui định các Grant cho phép các ONT gửi một hay nhiều cell kế tiếp đến các TCON. ở các khung hƣớng lên, PLOAM chứa các thông tin do các ONT gửi cho các OLT về trạng thái hàng đợi, hỗ trợ các OLT trong việc gán băng thông động. Có hai vấn đề gây nên sự khác biệt giữa khung hƣớng xuống và khung hƣớng lên: đối với khung hƣớng xuống, chính vì có đến ba tốc độ (155,52;622,08;1244,16 Mb/s) nên số lƣợng cell ATM cũng nhƣ cell PLOAM trong một khung thời gian cũng khác nhau nhƣ đã nói ở trên. Nhƣng đối với hƣớng lên, cần chú ý đến ở đây là cấu trúc một cell PLOAM hƣớng lên thì khác cấu trúc một cell PLOAM hƣớng xuống.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 13

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

2.1.2.1.

Khung ATM

Dữ liệu đƣợc truyền dẫn trong BPON đƣợc đóng vào các khung ATM. Vì thế cần hiểu rõ cell ATM trƣớc khi nói đến khung truyền dẫn trong BPON. VPI

GFC

Header (5 bytes)

VPI

VPI VPI

I

I VCI

VCI VPI

PT I

53 by tes

VPI

VPI

CLP

PT I

CLP

HEC

HEC

Payload

Payload

Payload

(48 bytes)

(48 bytes)

(48 bytes)

8 bits ATM cell

ATM UNI cell

ATM NNI cell

Hình 2.2: Cấ u trúc khung ATM Cell ATM có cấu trúc nhƣ hình trên, gồm có 48 Byte phần Payload chứa dữ liệu và 5 Byte header dùng để chuyển mạch các khung ATM. Có hai loại cell ATM là ATM UNI (cell do thiết bị đầu cuối gửi lên node chuyển mạch) và ATM NNI (cell giữa hai node chuyển mạch), cell ATM NNI không có trƣờng GFC. Trong Header của ATM có những thành phần sau:  GFC (Generic Flow Control):Cung cấp chức năng mang tính chất nội bộ khi có nhiều thiết bị (thƣờng là thiết bị đầu cuối) chia sẻ chung một giao diện ATM. Trƣờng này thƣờng không đƣợc thiết lập, có giá trị mặc định là 0 (nhị phân: 0000).  Virtual Path Identifier (VPI):Cùng với các VCI sẽ chịu trách nhiệm xác định đích kế tiếp khi các cell đƣợc chuyển qua một dãy các bộ chuyển mạch ATM trên đƣờng đến đích cuối cùng của nó.  Virtual Channel Identifier (VCI):Cùng với các VPI sẽ chịu trách nhiệm xác định đích kế tiếp khi các cell đƣợc chuyển qua một dãy các bộ chuyển mạch ATM trên đƣờng đến đích cuối cùng của nó.  Payload Type (PT): Bit đầu tiên của PT dùng để chỉ định cell chứa dữ liệu ngƣời dùng hay thông tin điều khiển (nếu cell chứa dữ liệu ngƣời dùng thì nó có giá trị là 0 và sẽ có giá trị 1 nếu cell chứa thông tin điều khiển). Bit thứ hai cho biết trạng thái tắc nghẽn (có giá trị là 0 nếu không tắc nghẽn và bằng 1 nếu có tắc nghẽn). Bit thứ ba xác định xem cell có phải là cell cuối cùng của chuỗi cell trong khung hay không (nếu có giá trị là 1 là cell cuối cùng của khung). SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 14

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Cell Loss Priority (CLP):Trong quá trình truyền đi trên mạng sẽ có hiện tƣợng tắc nghẽn xảy ra, CLP cho biết liệu cell nào sẽ đƣợc bỏ và cell nào sẽ tiếp tục đƣợc chuyển đi đến đích nếu có tắc nghẽn nghiêm trọng (CLP=0 đƣợc ƣu tiên và cell có CLP=1 sẽ phải bỏ trong trƣờng hợp này).  Header Error Control (HEC):Là giá trị của checksum của 4 byte đầu tiên trong header, HEC có thể sửa đƣợc một lỗi trong 5 byte của header vì thế có thể giữ đƣợc các cell thay vì loại bỏ nó do lỗi. Khung hƣớng xuống

2.1.2.2.

Định dạng khung truyền hướng xuống tốc độ 155,52 Mb/s 125µs; 56 cell; 53 bytes mỗi cell PLOAM 1

Cell ATM 1

Cell ATM 27

……..

PLOAM 2

Cell ATM 28

……..

Cell ATM 54

1 khe thời gian

Định dạng Cell PLOAM hướng xuống 53 bytes 7 grants

0000 header H 1 2-3 ID E E C N T

SY NC

4-10

7 grants

7 grants

11

C R C

12-18

10 message field

6 grants

19 20-26 27 28-33 34 35 36 C C MS M

C R C

R C

Số thứ tự của byte trong khung

R C

G_ ES PO SA N_ G ID E_ ID

47 48

C R C

BI P

Hình2.3: Cấ u trúc khung hƣớng xuống của BPON

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 15

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

Cell PLOAM (Physical Layer Operation, Administration and Maintenance): Quản lí và bảo dƣỡng lớp vật lý. Mỗi cell PLOAM theo sau nó là 27 cell ATM.  5 byte header: 4 byte đầu tiên có giá trị cố định là 0000, byte HEC (header error correction) tiếp theo dùng để sửa lỗi (nếu có) của header nhằm xác định chính xác bit đầu tiên của khung PLOAM.  Trƣờng IDENT cho biết liệu cell PLOAM này có phải là cell đầu tiên trong luồng hƣớng xuống hay không.  Hai byte đồng bộ khung SYNC đƣợc sử dụng để các OLT phát một tín hiệu tham chiếu 1Khz đến các ONT.  Một cell PLOAM có tổng cộng 27 grant, một bộ 6 hoặc 7 byte grant đƣợc bảo vệ bằng chuỗi CRC (cyclic redundancy check). Một grant sẽ cho ONT biết khi nào đƣợc gửi một chuỗi cell ATM dữ liệu hoặc cũng có thể yêu cầu ONT chạy lại tiến trình ranging.  MSG_PON_ID sẽ nói cho một Node biết là cell này có phải là dành cho node ấy không và MSG_ID chỉ ra loại thông tin chứa trong trƣờng thông điệp 10 byte (10 message field) theo sau.  10 message field: OLT sẽ nói cho ONT biết thời gian ranging đƣợc thay đổi hoặc cũng có thể dùng cho các cài đặt khác tùy thuộc vào mục đích.  BIP (Bit-Interleaved Parity): giúp các ONT giám sát tỉ lệ bit lỗi bằng phƣơng pháp kiểm tra bit chẵn lẻ. 2.1.2.3.

Khung hƣớng lên

Dù là cell ATM hay cell PLOAM ở hƣớng lên thì trƣớc cell đó đều có 3 byte overhead. Trong đó 4 bit đầu tiên có chức năng tạo một khoảng thời gian bảo vệ nhằm tránh xung đột trong trƣờng hợp quá trình Ranging có sự sai lệch. Đồng thời 3 byte overhead này tạo một khoảng thời gian cần thiết để các OLT đọc biên độ của tín hiệu, cung cấp một khoảng thời gian cho quá trình đồng bộ byte cho các cell ATM.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 16

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

Trong khung hƣớng lên một cell PLOAM có cấu trúc nhƣ Hình 2.4. Định dạng Cell PLOAM hướng lên 53 bytes header

header

header

4 fixed bytes

10 message bytes

4 - 13

1 2 3 HIDMSM E E G_ES C NPOSA T N_ G ID E_ ID

14

17 laser control field (LCF) bytes

16 receiver control field (RCF) bytes

15 - 31

32 - 47

C R C

48

BI P

Số thứ tự của byte trong khung

Hình 2.4: Đinh ̣ da ̣ng cell PLOAM hƣớng lên  Cũng có 5 byte header và tiếp theo là 1 byte IDENT để xác định bit đầu tiên của khung.  MSG_PON_ID và MSG_ID cũng đƣợc dùng cho mục đích tƣơng tự nhƣ ở hƣớng xuống là xác định ONT và chỉ rõ loại thông tin điều khiển đƣợc chứa trong cell PLOAM này.  10 message byte field: trƣờng này chứa các thông tin OAM (Operation, Administration and Maintenance) cũng nhƣ các báo hiệu khác của ONT gửi lên cho OLT. 10 byte này đƣợc kiểm soát lỗi dựa vào 1 byte CRC tiếp theo.  LCF (laser control field – trƣờng điều khiển laser): 17 byte của trƣờng này có nhiệm vụ cung cấp các thông tin về mức công suất laser và tỉ lệ suy hao, việc ấy giúp cho OLT điều chỉnh công suất phát laser hợp lí nhằm đảm bảo công suất cho đầu thu (phía ONT).  RCF (receiver control field – trƣờng điều khiển máy thu): 16 byte của trƣờng này sẽ giúp cho OLT biết đƣợc một mức ngƣỡng hợp lí nhằm điều chỉnh để phân biệt đƣợc hai mức tín hiệu 0 và 1 trong tín hiệu.  BIP (bit-interleaved parity): có cùng nhiệm vụ nhƣ trƣờng BIP trong cell PLOAM ở hƣớng xuống, giám sát tỉ lệ lỗi bit trong cell này. 2.1.3.

Bảo mật trong BPON

BPON có hai cơ chế bảo mật, hay nói cách khác các cơ chế này nhằm chắc chắn rằng luồng dữ liệu hƣớng xuống đƣợc nhận bởi ONT đƣợc chỉ định chứ không phải bất kì ONT nào khác.  Churning: Trong quá trình chuyển dòng dữ liệu xuống cho các ONT, OLT sẽ xáo trộn trật tự các cell và sẽ cho ONT đƣợc chỉ định biết cách sắp xếp lại bằng một khóa. Khóa này không phải do OLT cấp, khi đƣợc yêu cầu từ OLT, SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 17

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

ONT sẽ gửi một cell có chứa khóa (3 byte). Khóa này sẽ thay đổi theo chu kì mỗi giây.  Mã hóa: luồng dữ liệu sẽ đƣợc mã hóa trong quá trình truyền nhận. Tuy nhiên, có một vấn đề cần nói ở đây là cứ mỗi lần một ONT gửi dữ liệu lên thì sẽ có tín hiệu phản xạ quay trở lại nhƣ một bản sao của chính nó (phản xạ từ các splitter, mối hàn, connector), các ONT khác có thể phát hiện và kẻ xấu có thể phân tích dòng dữ liệu này. Và không có một qui chuẩn cụ thể cho vấn đề này, điều này chỉ đƣợc khuyến nghị rằng trong vấn đề thiết kế, làm sao cho phần suy hao do phản xạ từ các Splitter, connector và các mối hàn phải nhỏ hơn 32dB. 2.1.4.

Chuyển mạch bảo vệ trong BPON

Luồng dữ liệu truyền trên một mạng cần đƣợc liên tục. Điều gì xảy ra nếu tuyến truyền dẫn vật lý mà ở đây là sợi quang bị đứt? Chính điều ấy khẳng định sự cần thiết cho vấn đề chuyển mạch bảo vệ. Trong khuyến nghị G.983.1 có ba phƣơng án cho chuyển mạch bảo vệ trong PON.  Mô hình 1: Splitter đƣợc dùng là loại 1:N, chỉ có một ngõ vào nhƣng có hai sợi quang từ OLT kết nối đến splitter nên trƣớc khi đƣa vào splitter, hai sợi phải đƣợc ghép chung lại. Khi một trong hai sợi bị đứt, OLT sẽ điều khiển để lƣu lƣợng chuyển qua sợi còn lại.  Mô hình 2: Tại OLT bây giờ đƣợc trang bị hai bộ thu phát tín hiệu, một bộ hoạt động và một bộ dự phòng. Hai sợi quang từ hai bộ này kết nối đến splitter loại 2:N. Khi sợi quang đang hoạt động bị đứt, OLT sẽ điều khiển để bộ dự phòng hoạt động và lƣu lƣợng sẽ đƣợc chuyển qua kết nối giữa bộ này và splitter.  Mô hình 3: Cả OLT và ONT đều đƣợc trang bị hai bộ thu phát tín hiệu, một bộ hoạt động và một bộ dự phòng. Splitter bây giờ là loại 1:N nhƣng đƣợc lắp đặt hai bộ. Khi một trong hai sợi quang giữa OLT và splitter hoặc giữa splitter và ONT bị đứt thì OLT và ONT sẽ điều khiển cho bộ thu phát dự phòng hoạt động đồng thời sẽ có cảnh báo từ ONT cho OLT và ngƣợc lại trong trƣờng hợp này. Trong cả ba mô hình, nếu xảy ra một trong ba trƣờng hợp OLT, ONT hoặc các splitter bị hỏng thì dĩ nhiên lƣu lƣợng sẽ bị mất. Đồng thời, trong cả ba mô hình trên, khi sợi quang bị đứt thì chắc chắn rằng sẽ có một phần nào đó lƣu lƣợng sẽ bị mất. Việc lƣu lƣợng bị thất thoát nhiều hay ít tùy thuộc vào khả năng xử lí chuyển mạch nhanh hay chậm.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 18

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON Electrical

ONT

Electrical

OLT Optical Electrical

ONT 1:N splitter

Mô hình 1 Electrical

ONT

OLT E/O

Electrical

E/O Optical Electrical

ONT 2:N splitter

Mô hình 2

O/E

ONT Electrical

O/E

OLT Electrical

E/O Optical

1:N splitter

E/O

ONT O/E

Electrical

O/E 1:N splitter

Mô hình 3

Hình 2.5: Mô hin ̀ h chuyể n ma ̣ch bảo vê ̣ trong PON 2.2. EPON chuẩn IEEE-802.3ah EPON – Ethernet passive optical network – có thể hiểu là PON mà dữ liệu đƣợc đóng thành các khung và truyền đi dựa trên chuẩn Ethernet. Ở đây, bài báo cáo phân tích EPON dựa trên chuẩn IEEE-802.3ah với các mục chính: kiến trúc các lớp trong EPON, định dạng khung truyền dẫn, giao thức điều khiển đa điểm và vấn đề RANGING. 2.2.1.

Kiến trúc các lớp trong EPON

Các lớp trong EPON đƣợc gộp thành hai nhóm, tƣơng ứng với hai lớp đầu tiên trong mô hình OSI 7 lớp làLớp vật lý (Physical layer) và Lớp liên kết dữ liệu (Data Link layer). SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 19

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

MAC

MAC

MAC

client

client

client

Multipoint MAC Control (MPMC) layer MAC

MAC

MAC

instance

instance

instance

OSI “Data Link”

Điều đó đồng nghĩa rằng, dữ liệu của user sẽ đƣợc xử lý với giao thức của năm tầng trên không có gì khác so với khung truyền dẫn IP và ATM. Tuy nhiên hai lớp Physical layer và Data Link layer trong EPON sẽ đảm nhận trách nhiệm đóng gói dữ liệu thành định dạng truyền theo khung Ethernet, đồng thời thống nhất giữa truyền nhận để chuyển dữ liệu yêu cầu truy nhập của user ở hƣớng uplink và tách dữ liệu từ khung Ethernet chuyển đến cho user ở hƣớng downlink.

layer

GMII

PMA

Vật lý

PCS

OSI “Physical”

Reconciliation

PMD

Hình 2.6: Kiế n trúc các lớp trong EPON 2.2.1.1.

Lớp vật lý

Trong lớp vật lí gồm có ba lớp con chính nhƣ sau. 

Lớp con mã hóa vật lý - The physical coding sublayer (PCS)  Có thể hiểu lớp con này sẽ mã hóa chuỗi dữ liệu từ các lớp cao hơn trƣớc khi truyền đến hƣớng uplink. Đồng thời sẽ giải mã và kiểm soát tỷ số BER hợp lý trƣớc khi đƣa dữ liệu lên các lớp cao hơn với hƣớng downlink.  Mã đƣợc sử dụng là mã khối Reed-Solomon, trong đó tầng này xử lý dữ liệu theo phƣơng thức nhƣ sau: đối với dữ liệu từ các tầng cao hơn đƣợc chuyển xuống, nó sẽ đƣa vào bộ đệm, sau đó tách ra từng khối 239 byte, thêm vào 16 byte parity để thành khối dữ liệu 255 byte trƣớc khi chuyển ra. Và nó sẽ làm điều ngƣợc lại đối với dữ liệu đƣợc chuyển đến, có nghĩa rằng, nó sẽ biến đổi khung 255 byte thành 239 byte dữ liệu trƣớc khi chuyển lên các tầng cao hơn.  Nếu tỷ số bit lỗi ở quá trình nhận là 10-4 hoặc cao hơn, nó sẽ xử lý để tỷ số này giảm xuống còn 10-12 trƣớc khi đƣa lên tầng trên.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 20

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON



Lớp con gắn với môi trường vật lý - The Physical Medium Attachment (PMA) Sublayer  Việc quá nhiều một chuỗi bit “0” hay bit “1” liên tiếp đƣợc truyền đi có thể gây ra việc mất đồng bộ giữa đầu thu và đầu phát do không thể khôi phục xung clock chính xác.  PMA sublayer sẽ khắc phục tình trạng trên bằng cách dùng mã hóa đƣờng dây 8b10b của Franaszek–Widmer.  Phƣơng pháp mã hóa đƣờng dây này có thể hiểu nhƣ sau: với một chuỗi dữ liệu đƣợc chuyển từ tầng trên xuống, từng khối 8 bit trƣớc khi đƣợc đƣa qua PCS sublayer, nó sẽ đƣợc thêm vào 2 bit để chuyển thành khối 10 bit. Và nó sẽ làm điều ngƣợc lại trƣớc khi dữ liệu từ PCS sublayer chuyển lên.  Trong EPON yêu cầu, tốc độ đƣờng downstream và upstream cân bằng là 1,0 Gbps. Sau khi mã hóa đƣờng dây, dữ liệu sẽ đƣợc tăng lên 25%, tƣơng ứng tốc độ bit lúc này là 1,25 Gbps.



Lớp con phụ thuộc môi trường vật lý - The Physical Medium Dependent (PMD) Sublayer  Lớp con này phụ trách kết nối sợi quang ra bên ngoài, đồng thời điều khiển laser và photodetector về công suất, khuếch đại, lƣợng tử trong quá trình truyền nhận.  Các thông số trong EPON đƣợc PMD đảm nhận [1] - Tốc độ bit: 1,25 Gb/s cả hai luồng hƣớng lên và hƣớng xuống. - Bƣớc sóng: 1260 to 1360 nm chiều lên, 1480 to 1580 nm chiều xuống. - Loại lƣu lƣợng: tín hiệu số. - Tỷ lệ chia: tối thiểu là 1:16, có thể nhiều hơn khi sử dụng sửa lỗi FEC (Forward Error Correction) - Sự suy hao tối đa cho phép trong mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) là:  Luồng hƣớng lên tại bƣớc sóng 1310 nm: 5 – 20 dB hoặc 10 – 24 dB tƣơng ứng với chiều dài của ODN là 10 hoặc 20 km.  Luồng hƣớng xuống tại bƣớc sóng 1550 nm: 5 – 19.5 dB hoặc 10 – 23.5 dB tƣơng ứng với chiều dài ODN là 10 hoặc 20 km. - Dải công suất phóng hƣớng xuống: -3 – 2 dBm hoặc 2 – 7 tƣơng ứng với 10 hoặc 20 km chiều dài ODN. - Dải công suất phóng hƣớng lên: -1 – 4 dBm với 10 hoặc 20 km chiều dài ODN. - Tỷ lệ độ nhạy/ quá tải của máy thu:

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 21

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Hƣớng xuống: -24/+4 dBm và -27/+4 dBm tƣơng ứng 10 và 20 km chiều dài ODN  Hƣớng lên: -24/+2 dBm và -24/+7 dBm tƣơng ứng 10 và 20 km chiều dài ODN - Tỷ lệ bit lỗi cho phép: 10-12 - Tỷ lệ suy hao laser: >6dB - Độ rộng phổ của laser:  Hƣớng xuống tại 1490 nm: 0,6 và 0,3 nm tƣơng ứng 10 và 20 km chiều dài ODN.  Hƣớng lên tại 1310 nm: 3,5 và 2,5 nm tƣơng ứng 10 và 20 km chiều dài ODN. 2.2.1.2. Giao diện môi trƣờng Gigabit độc lập (GMII) và Lớp con tái giải điềuchế (RS) Có thể hiểu rằng, với mỗi yêu cầu truy cập dịch vụ của mỗi user, OLT sẽgán tƣơng ứng cho user một cặp MAC instance và MAC client.  Lớp con tái giải điều chế(RS): sẽ thực hiện một chức năng đặc biệt tại OLT tƣơng ứng với việc định tuyến, đƣa các gói tin ra đúng mạng lõi dịch vụ tƣơng ứng mà user yêu cầu.  Và trƣớc khi dƣ̃ liê ̣u đƣơ ̣c đƣa ra ma ̣ng lõi , GMII sẽ đảm nhận nhiệm vụ ghép tất cả các dữ liệu yêu cầu truy nhập từ các user chuyển lên để truyền ra các giao tiếp vật lý với tốc độ Gigabit. Hay nói cách khác, GMII và RS đƣợc cấu hình để thực hiện nhiệm vụ của OLT. 2.2.1.3.

Lớp liên kết dữ liệu

 MAC ( Media Access Control) MAC gồm có hai phần MAC (Media Access Control) và LLC (Logical Link Control). - MAC bao gồm các thông số thống nhất giữa truyền và nhận giữa OLT và ONU, bao gồm cả cấu trúc khung sẽ đƣợc chuyển đi và khe thời gian đƣợc cấp phát. - LLC là lớp con độc lập với môi trƣờng truyền. Đóng vai trò nhƣ là một giao tiếp giữa lớp liên kết dữ liệu và tầng mạng, làm nhiệm vụ framing bao gồm việc đóng gói ở hƣớng truyền và giải gói ở hƣớng nhận.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 22

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Điều khiển MAC đa điểm - Multipoint MAC Control (MPMC) Trong kiến trúc phân lớp của EPON có nhiều đối tƣợng MAC client, nhƣng chỉ có một đối tƣợng MPMC. Điều đó đồng nghĩa rằng với nhiều giao thức đa truy nhập từ các user sẽ đƣợc MPMC layer xử lý sao cho các yêu cầu truy nhập này trên đƣờng upstream sẽ không xung đột hoặc chồng lấp lên nhau. Muốn làm đƣợc điều ấy thì trong lần khởi đầu đầu tiên sẽ có một quá trình tự động phát hiện và gán các LLID (logical link ID) cho một cặp MAC instance (của OLT) và MAC client (của ONU). Do đó mỗi LLID là duy nhất trong quá trình xử lý của MPMC layer. 2.2.2.

Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON

8 bytes

6 bytes Destination address

Preamble / SFD

Preamble / SFD

6 bytes Source address

2 bytes

46 - 1500 bytes

Length / type

Data

SLD 1 bytes

Fixed 2 bytes

Mode 1 bits

FCS

Preamble / SFD

23 bit

Fixed 2 bytes

4 bytes

Mode + LLID

LLID 8 bits

24 bit

CRC 8 bits

LLID 7 bits

Hình 2.7: Cấ u trúc khung truyề n dẫn của EPON Trong EPON, khung Ethernet đƣợc sử dụng để truyền dữ liệu với cấu trúc khung nhƣ Hình 2.7.  Trường 8 bytes Preamble/SFD - SLD (start of frame delimiter) 1 byte có nhiệm vụ để phân cách giữa hai trƣờng Fixed 2 bytes. - Fixed 2 bytes: định nghĩa điểm bắt đầu một khung Ethernet.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 23

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

- Mode + LLID: với 1 bit đầu tiên đƣợc định nghĩa nhằm phân biệt dữ liệu ngõ ra từ một OLT hay từ một ONU. Mode bit sẽ bằng 1 nếu là ngõ ra từ một ONU và bằng 0 nếu từ OLT. - 7 bit LLID tiếp theo nhằm phân biệt các chỉ số LLID, nó có thể phân biệt 27=128 địa chỉ MAC Instance nguồn và đích và 28=256 MAC client. - CRC (cyclic redundancy check) 8bit: kiểm soát lỗi cho trƣờng LLID.  Trường 6 bytes Destination address và 6 bytes Source address - Địa chỉ ở đây chính là địa chỉ MAC. Mỗi thiết bị đều có một địa chỉ MAC duy nhất. - Cả Destination address và Source address đều có chiều dài là 48 bit (6 bytes), trong đó 1 bit đầu tiên để cho biết khung Ethernet là multicast/ broadcast (có giá trị bằng 1) hay unicast (có giá trị bằng 0) - 47 bit tiếp theo đƣợc chia thành 2 khối: 23 bit cao đƣợc gán cho nhà sản xuất, 24 bit thấp hơn đƣợc gán cho thiết bị.  Trường Length/ type 2 bytes nhằm mô tả loại loại khung OAM (Operation, Administration and Maintenance) và chiều dài dữ liệu trong vùng Data  Trường Data có chiều dài không cố định, tối thiểu là 46 bytes và tối đa là 1500 bytes.  Trường FCS (Frame Check Sequence – trường kiểm tra lỗi) 4 bytes: bảo vệ trƣờng dữ liệu bằng phƣơng pháp phát hiện lỗi trong khung dữ liệu nhận đƣợc. 2.2.3.

Giao thức điều khiển đa điểm (MPMC) trong EPON

Có nhiều loại yêu cầu dịch vụ theo hƣớng uplink từ các user buộc các OLT phải phân bố khe thời gian và băng thông hợp lý, thông báo và điều khiển các ONU để chúng có thể truyền dữ liệu đúng khe thời gian đƣợc cấp. Để làm việc ấy, giao thức điều khiển đa điểm MPMC (Multipoint MAC Control) trong EPON đƣợc thực hiện dƣới hai cơ chế của hai bản tin điều khiển MAC là GATE và REPORT.  Bản tin điều khiển GATE – hướng xuố ng - Khi một OLT trong mạng EPON khởi động lần đầu tiên, nó sẽ truyền các bản tin GATE theo hƣớng Downstream dạng broadcast nhằm phát hiện ra các ONU từ các bản tin phúc đáp ngƣợc lại. - Với mỗi ONU sẽ có duy nhất giá trị LLID đƣợc gán. - Từ Hình 2.8, cơ chế thực hiện một bản tin GATE đƣợc hiểu đơn giản nhƣ sau: OLT sẽ gán một cặp giá trị Start time và Stop time có chiều dài 64

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 24

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

bytes, đồng thời một giá trị xung đồng hồ tại thời điểm ấy sẽ đƣợc ghi vào bản tin này để thực hiện quá trình đồng bộ với các ONU. - Có thể hiểu bản tin GATE là một bản tin mang tính chất phát hiện các liên kết luận lý và cấp phát một cách công bằng những yêu cầu trên liên kết luận lý ấy. - Ngoài các bản tin GATE cấp phát khe thời gian cho các LLID xác định, OLT cũng sẽ phát ra các bản tin GATE ngẫu nhiên nhằm phát hiện các ONU mới kết nối vô hệ thống.  Bản tin điều khiển REPORT – hướng lên - Khi các ONT đƣợc xác định qua các liên kết luận lý LLID, điều ấy đồng nghĩa rằng từ đây các ONT có thể yêu cầu OLT cấp phát khe thời gian dựa trên việc báo cáo thông tin trạng thái của nó về hàng đợi và thông tin đồng hồ nhằm giúp tối ƣu quá trình đồng bộ. - Để thực hiện đƣợc điều ấy, các bản tin điều khiển REPORT 64 bytes với cấu trúc nhƣ sau sẽ đƣợc gửi từ các ONT tới OLT. - Từ Hình 2.9, thông tin của bản tin điều khiển REPORT với thông tin về hàng đợi nhằm cho OLT biết một yêu cầu hiện tại của nó về khe thời gian và băng thông mà nó cần. Đồng thời một giá trị xung đồng hồ tại thời điểm ấy sẽ đƣợc ghi vào bản tin để phục vụ cho việc đồng bộ. - Sẽ có trƣờng hợp xung đột xảy ra do nhiều bản tin REPORT đƣợc gửi ra cùng lúc, lúc này các ONT sẽ không nhận đƣợc bản tin GATE cấp phát khe thời gian cần thiết để nó truyền dữ liệu. Trong trƣờng hợp ấy, nó sẽ gửi lại bản tin REPORT sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên. ONT

OLT

MAC Control Client Start Stop

MA_CONTROL.request (GATE)

MA_CONTROL.indication (GATE)

MAC Control

MAC Control

Clock register

Clock register

TS Start

Timestamp GATE message

MA_DATA.request (…)

Stop

Write registers

TS

Slot start register

Start Stop

Slot stop register

Laser ON/OFF

MAC

MAC

PHY

PHY

Upstream Data Path

MAC Control Client Generate GATE message

Hình 2.8: Bản tin GATE hƣớng xuố ng

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 25

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON ONU

OLT MAC Control Client

MAC Control Client Q1

MA_CONTROL.Indication (REPORT)

MA_CONTROL.request (REPORT)

MAC Control

MAC Control TS

Clock register

Clock register

Q1

RTT register

Q1

Generate REPORT message

Q0

Q0

TS

Timestamp REPORT message

Q0

Q1 Q0

Measure Round – Trip Time

MAC

MAC

PHY

PHY

Hình 2.9: Bản tin REPORT hƣớng lên 2.3. GPON chuẩn ITU-G.984 Cũng nhƣ BPON và EPON, phần tiếp theo sẽ phân tích công nghệ GPON dựa vào các tiêu chí: Kiến trúc các lớp, định dạng khung tuyền dẫn và đi sâu phân tích nhiệm vụ các trƣờng trong khung truyền dẫn của GPON. 2.3.1.

Kiến trúc các lớp trong GPON

GPON là từ viết tắt của Gigabit Passive Optical Network, là một trong số những công nghệ đƣợc sử dụng trong công nghệ FTTH nói chung và PON nói riêng. Về cơ bản, GPON có hai lớp chính: lớp hội tụ truyền dẫn – Transmission Convergence (TC) Layer và lớp phụ thuộc môi trƣờng vật lí – Physical Medium Dependent (PMD) Layer. TC layer và PMD layer tƣơng ứng với hai lớp Data link và physical trong mô hình OSI.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 26

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

ATM Client

GEM Client User Frame (Packets)

User ATM cells

Transmission Convergence (TC) Adaptationsublayer

Transmission Convergence (TC) Layer

GPON TC Framing sublayer GPON Physical Medium Dependent (PMD) Layer

ATM Client

GEM Client

(TC) Adaptation sublayer VPI/VCI Filter Cel ls

Port ID, PTI (payload type) filter

ATM TC Adaptor GEM TC Adaptor

GE M Fra me s GTC framing sublayer

PLOAM partition

Alloc-ID filter

Alloc-ID filter

ATM partition

GEM partition

Frame header

Multiplexing/Demultiplexing based on frame location

Hình 2.10: Kiế n trúc các lớp trong GPON

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 27

Trans missi on Conv erge nce layer

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

2.3.1.1.

GPON Physical Medium Dependent (PMD) Layer

Lớp này không giống nhƣ các lớp cao hơn, tất cả đều là phần cứng (hardware), không phải phần mềm (software). Và các qui định về thông số của lớp PMD trong GPON đƣợc định nghĩa trong chuẩn G.984.2:  Tốc độ bit: 1,24416 hoặc 2,48832 Gb/s ở hƣớng xuống và 0,15552 hoặc 0,62208 hoặc 1,24416 hoặc 2,48832 Gb/s ở hƣớng lên.  Bƣớc sóng: 1260 đến 1360 nm cho hƣớng lên và 1480 đến 1500 nm cho hƣớng xuống.  Loại tín hiệu truyền: chỉ truyền tín hiệu số.  Tỉ lệ chia của spliter: hỗ trợ đến 1:64 và phụ thuộc vào suy hao của ODN.  Dựa vào suy hao của ODN, qui định có ba lớp: - Lớp A:

5 đến 20 dB

- Lớp B:

10 đến 25 dB

- Lớp C:

15 đến 30 dB

 Chênh lệch suy hao lớn nhất giữa các ONU: 15 dB  Khoảng cách sợi quang tối đa: 20 Km nếu dùng nguồn phát DFB (Distributed Feedback Laser) và 10 Km nếu dùng nguốn phát là Laser Fabry-Perot cho hƣớng lên.  Công suất phát trung bình cho hƣớng xuống trên 1 sợi quang tại tốc độ 1,2Gb/s: - Lớp A: -4 đến 1 dBm - Lớp B:

1 đến 6 dBm

- Lớp C:

5 đến 9 dBm

 Công suất phát trung bình cho hƣớng xuống trên 1 sợi quang tại tốc độ 2,4Gb/s: - Lớp A:

0 đến 4 dBm

- Lớp B:

3 đến 7 dBm

- Lớp C:

5 đến 9 dBm

 Công suất phát trung bình cho hƣớng lên trên 1 sợi quang tại tốc độ 1,2 Gb/s: - Lớp A:

-3 đến 2 dBm

- Lớp B:

-2 đến 3 dBm

- Lớp C:

2 đến 7 dBm

 Công suất phát trung bình cho hƣớng lên trên 1 sợi quang tại tốc độ 2,4 Gb/s: - Lớp A:

0 đến 4 dBm

- Lớp B:

3 đến 7 dBm

- Lớp C:

5 đến 8 dBm

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 28

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Tỉ lệ lỗi bit lớn nhất: 10-10 2.3.1.2.

GPON Transmission Convergence (GTC) Layer

GTC Layer gồm có phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sublayer) và phân lớp thích ứng hội tụ truyền dẫn (transmission convergence (TC) adaptation sublayer). Để truyền lƣu lƣợng, trong GPON sử dụng khung GEM (GPON encapsulationmethod) hoặc ATM. Ở định hƣớng đƣờng lên, lƣu lƣợng là đƣợc mang trong các Tconts (Transmission containers). Bất kì một T-cont đều có thể mang duy nhất lƣu lƣợng ATM hoặc duy nhất lƣu lƣợng GEM, không thể mang cả hai cùng lúc. Để kết hợp mang cả hai luồng lƣu lƣợng ATM và GEM trong cùng T-cont thì cần phải đƣợc hổ trợ bởi một vài loại ATM T-cont và T-cont khung GEM khác. Ở chế độ kép cả hai loại lƣu lƣợng đƣợc mang đi trong khoảng thời gian một khung 125µs. 

Phân lớp đóng khung GTC

Luồng GEM dài 125µs trong khung GPON.Khung dữ liệu của ngƣời dùng có chiều dài ngẫu nhiên. Giao thức đóng gói GEM hổ trợ phân mảnh các khung dữ liệu ngƣời dùng đồng thời chèn các mào đầu và giá trị PTI đƣợc đánh để nhận dạng ra các gói đã phân mảnh, nhằm giúp quá trình ghép lại dễ dàng và không mất mát dữ liệu. Quá trình đóng gói GEM đƣợc thực hiện qua các trƣờng hợp sau: User Frame

GEM Hader với PTI=001

User Frame

GEM Hader với PTI=000

GEM Frame

GEM Frame

a) b)

GEM Frame GEM Hader với PTI=001

GEM Hader với PTI=001

GEM Frame

c)

Hình 2.11 : Phân lớp đóng khung GTC Trƣờng hợp nếu khung của ngƣời sử dụng trùng khớp hoặc ngắn hơn khung của GEM thì sẽ đƣợc đặt vào khung GEM mô tả hình 2.11a) và hình 2.11 c). Trƣờng hợp nếu khung ngƣời sử dụng dài hơn khung GEM thì sẽ đƣợc phân thành các mảnh nhỏ để đặt vào khung GEM. Hình 2.11 b). Chức năng:  Ghép kênh và phân kênh:Phần tải PLOAM và GTC đƣợc ghép kênh vào khung của TC đƣờng xuống theo các định dạng khung qui định. Định hƣớng đƣờng lên, mỗi thành phần đƣợc tách từ một nhóm đƣờng lên phù hợp đến Bwmap tƣơng ứng để ghép vào khung đƣờng lên.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 29

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Tạo mào đầu và giải mã: Mào đầu khung GTC đƣợc tạo và đƣợc định dạng trong khung đƣờng xuống. Cụm mào đầu đƣờng lên đƣợc giải mã. Ngoài ra, OAM đƣợc đặt vào là thực thi. Chức năng định tuyến nội bộ dựa trên Alloc- ID: Đƣợc thực hiện cho dữ liệu đến hoặc từ bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC Adapter) đi. 

Phân lớp thích ứng hội tụ truyền dẫn Phân loại: có ba loại [ITU-T G984.3]  Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC adapter)  Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC adapter)  Bộ thích ứng giao diện điều khiển quản lý ONU (OMCI adapter) 2.3.2.

Định dạng khung truyền dẫn trong GPON Cấu trúc khung hƣớng xuống

2.3.2.1.

125us PCBd Phần tải n PCBd Phần tải n+1 PCBd n n+1 n+2 Phần tế bào Phần GEM, TDM ATM và các phân đoạn

Hình 2.12: Cấ u trúc khung hƣớng xuố ng Khung có chiều dài tối đa là 125µs bao gồm các khối điều khiển đƣờng xuống (PCBd) của 4 byte cho đƣờng truyền xuống và một phần tải. Khối điều khiển đƣờng xuống (PCBd) gồm: Khối PCBd đƣợc OLT gởi đi đến các ONU bằng kiểu quảng bá. PSync Ident PLOAMd BIP PLend PLend US BW Map 4 bytes 4 bytes 13 bytes 1 bytes 4 bytes 4 bytes Nx 8 bytes Khối điều khiển đƣờng xuống PCBd

 Trƣờng đồng bộ vật lý (Psync): Trƣờng này cố định 32 bit và là phần bắt đầu của mỗi PCBd và nó giúp cho các ONU tìm ra phần bắt đầu của khung.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 30

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON FEC Ind Reserve Superframe counter 1 bit 1 bit 30 bits Trƣờng đồng bộ vật lý

 Trƣờng Ident có 32 bit: Mục đích của trƣờng này là cho phép lựa chọn một số khung GPON của một nhóm lớn hơn và đƣợc gọi là siêu khung (superframe). Trƣờng sửa lỗi FEC với bit đầu tiên để chỉ ra có hay không có lỗi trong liên kết đƣờng xuống. Bit thứ hai dùng trong lƣu trữ và 30 bit còn lại dùng cho bộ đếm siêu khung (superframe).  Trƣờng thông tin vận hành, quản lý và bảo dƣỡng lớp vật lý PLOAM đƣờng xuống (Physical layer Operation Administration and Maintenance) gồm: ONU ID Msg ID Bản tin CRC 1 bytes 1 bytes 10 bytes 1 bytes Cấu trúc trƣờng PLOAM

- 1 byte để nhận dạng ngƣời nhận ONU (ONU-ID) - 1 byte dành cho nhận dạng bản tin.(Msg ID) - 1 byte dành cho trƣờng kiểm tra độ dƣ thừa vòng để biết đƣợc sự toàn vẹn của khung - Trƣờng CRC dùng kiểm tra lỗi - 10 byte dành cho bản tin của trƣờng PLOAM  Trƣờng xen kẻ bit chẵn lẻ BIP (Bit Interleaved Parity): 1 byte cho phép ONU giám sát đƣợc tốc độ bit lỗi.  Trƣờng chiều dài phần tải đƣờng xuốngPlend (payload length): dài 4 byte ngoài làm chức năng bảo vệ bằng cách kiểm tra các độ dƣ thừa các bit theo chu kì (CRC) và phần này còn đƣợc truyền lại hai lần trong dữ liệu đƣờng xuống.  Trƣờng USBW map là nơi mà OLT gởi tin hiệu quảng bá xuống tất cả ONU gồm có các trƣờng: - Cấp phát ID - Trƣờng Flag - Trƣờng bắt đầu và dừng  Trƣờng CRC

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 31

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

2.3.2.2.

Cấu trúc khung hƣớng lên

Độ dài khung đƣờng lên bằng với độ dài khung đƣờng xuống và bằng 125µs. Mỗi khung có thể truyền dẫn cho một hoặc nhiều ONU hƣớng lên OLT (hình 2.13) a)

Cấu trúc khung

b)

Mào đầu hƣờng lên lớp vật lí

c)

Khung PLOAM hƣớng lên

d)

Báo cáo băng thông động hƣớng lên

e)

Thành phần tải khung GEM hoặc phân mảnh

f)

Header khung GEM

Các trƣờng trong cấu trúc này:  Mào đầu lớp vật lý đƣờng lên (PLOu)  Quản lý, vận hành, bảo dƣỡng lớp vật lý đƣờng lên (PLOAMu)  Chuỗi định mức công suất đƣờng lên (PLSu)  Phần T-cont gồm:  Phần tải (Payload)  Báo cáo băng tần động đƣờng lên (DBRu)  Báo cáo băng tần động đường lên (DBRu ) gồm có hai trường con:  Trƣờng cấp phát băng tần động DBA (Dynamic Bandwidth Assignment) chiếm 1, 2 hoặc 4 byte  Trƣờng CRC chiếm 1 byte  Phần tải có cấu trúc GEM gồm:  Mào đầu của GEM  Các phân đoạn khung phần tải  Phần mào đầu của GEM có 40 bit gồm các thành phần:  Phần chỉ thị chiều dài của tải PLI có 12 bit  Nhận dạng cổng Port ID 12 bit  Nhận dạng loại tải PTI 3 bit  Kiểm tra lỗi mào đầu 13 bit  Phần tải gồm có:  Phần ATM cells : 53 byte trên cell  Phần GEM bên cạnh mang dữ liệu cận đồng bộ nhƣ SONET hoặc khung dữ liệu của các mảnh trong gói dữ liệu Ethernet

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 32

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON a) Pa yl T- oa CON d T 3 D BR U 3

125 µs

Fra me frag men t

ONU( B)

GEM head er

Full Nam e

PL O u CRC 1 Byty es

Pa yl T- oa CON d T 2 D BR U 2 Pa yl T- oa CON d T 1 D BR U 1

DBA 1, 2 or 4 byte s.

d) ONU( A)

GEM head er

b) Ind 1 byte ONU _ID 1 byte

BIP 1 Byte

PL Su PLOu

Deli mite rb byte s Prea mble a byte s

PL O A M u PL O u

c) CRC 1 Byty es

Fra me frag men t GEM head er

Mess age 10 byte

e)

HEC 13 bits PTI 3 bits Port _ID 12 bits PLI 12 bits

f) Msg_ ID 1 byte

ONU _ID 1 byte

Hình 2.13: Cấ u trúc khung GTC hƣớng lên

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 33

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

2.3.2.3.

Phân tích mào đầu của GEM Khung GEM Mào đầu GEM 5 bytes

Phần tải GEM L bytes

PLI Port ID PTI HEC 12 bits 12 bits 12 bits 13 bits Hình 2.14: Cấu trúc khung và mào đầu của khung GEM

Chức năng của các thành phần trong mào đầu GEM:  PLI (12 bits): chỉ thị chiều dài của phần tải.Kích thƣớc 12 bit cho phép phân mảnh khung dữ liệu lên đến 4095 bytes. Nếu khung dữ liệu ngƣời dùng lớn hơn khung này, thì sẽ đƣợc chia thành các phân mảnhcó kích thƣớc 4095 byte hoặc nhỏ hơn.  Port ID (12 bits): đƣợc sử dụng để cung cấp 4096 danh định lƣu lƣợng có giá trị duy nhất trong PON. Quá trình ghép kênh sẽ dựa vào giá trị của Port ID.Mỗi Port ID đƣợc sử dụng duy nhất cho một ngƣời dùng.Mỗi Alloc ID hoặc T-cont có thể truyền một hoặc nhiều Port ID cùng một lúc.  PTI (3 bits): đƣợc sử dụng để chỉ ra loại nội dung chứa trong phần tải. Giá trị này có thể thay đổi đƣợc để cho phù hợp với từng loại nội dung trong tải. Các giá trị ứng với từng PTI.  HEC (13 bits): cung cấp việc phát hiện lỗi và có chức năng sửa lỗi cho mào đầu. Mã PTI

Mô tả

000

Phân đoạn dữ liệu ngƣời sử dụng, không kết thúc của một khung

001

Phân đoạn dữ liệu ngƣời sử dụng, không kết thúc của một khung

010

Đã đăng ký

011

Đã đăng ký

100

GEM OAM, không kết thúc của một khung

101

GEM OAM, không kết thúc của một khung

110

Đã đăng ký

111

Đã đăng ký Bảng 2.1: Các mã PTI

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 34

CHƢƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

2.3.3.

Phân bổ băng tần động (DBA) trong GPON

Nếu theo phƣơng pháp thông thƣờng, không áp dụng phân chia băng thông động cho các thuê bao thì hiển nhiên băng thông đƣợc chia đều cho các thuê bao. Tuy nhiên, nếu triển khai thực tế theo hƣớng ấy thì bài toán về băng thông không tối ƣu về hiệu năng sử dụng vì các thuê bao với các yêu cầu dịch vụ khác nhau cũng nhƣ yêu cầu băng thông cũng khác nhau cho các thời điểm. Theo chuẩn G.983.4 qui định, có hai loại phƣơng thức gán băng thông động cho BPON và GPON đó là OLT đóng vai trò chủ động và ONT đóng vai trò chủ động. OLT đóng vai trò chủ động: OLT sẽ tiến hành việc giám sát nhu cầu sử dụng băng thông của ONT tại các thời điểm khác nhau.Dựa trên số cell ATM nhàn rỗi và khung GEM nhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC ở hƣớng lên. Với cách thực hiện nhƣ vậy, phƣơng thức này còn đƣợc biết với tên gọi điều chỉnh băng thông động theo hƣớng “điều chỉnh cell nhàn rỗi”. Ngoài ra nó còn đƣợc gọi là điều chình băng thông theo hƣớng báo cáo không trạng thái (NSR-Non-Status Reporting). ONT đóng vai trò chủ động: ONT 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: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 35

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆGPON Trong chƣơng này sẽ phân tích hai bài toán thiết kế mạng FTTH dựa trên công nghệ GPON. Trong đó bao gồ m cả viê ̣c thiế t kế dung lƣơ ̣ng mô ̣t OLT và xét đế n khả năng tính khả thi triể n khai cho thiế t kế dƣ̣ đinh. ̣ 3.1. Tính khả năng phục vụ của một OLT Trên thực tế, mỗi OLT gồm có nhiều card hƣớng xuống, mỗi card lại gồm nhiều Port, và mỗi một port sẽ kết nối với Splitter. Mặt khác, với mỗi kiến trúc (mà ở đây là kiến trúc dựa theo chuẩn ITU-T) thì tỉ lệ splitter cũng phải có một tỉ lệ nhất định. Trong chuẩn G984.3 cho GPON qui định tỉ lệ này lớn nhất là 1:128 và khoảng cách lớn nhất từ OLT đến ONT là 20 km. Hơn nữa, ở đây chúng ta còn phải phân tích xem, chúng ta thiết kế để cung cấp dịch vụ gì, từ đó tính toán băng thông cần thiết cho mỗi thuê bao. Nhƣ vâ ̣y, viê ̣c cầ n thiế t ở đây là chúng ta phải đƣa ra đƣơ ̣c các loa ̣i dich ̣ vu ̣ cung cấ p hoă ̣c các m ức băng thông có thể cung cấp . Tƣ̀ đó , sẽ tính toán mỗi OLT có thể hỗ trơ ̣ tố i đa bao nhiêu thuê bao cho mỗi loa ̣i dich ̣ vu ̣ , cầ n bao nhiêu splitter để cung cấ p loại dịch đó với tỉ lệ chia mỗi splitter là bao nhiêu . Trong bài toá n 1 chỉ áp dụng tính toán với 1 tầ ng splitter. Trong mô hình này , mỗi OLT sẽ cung cấp đầy đủ loại dịch vụ nhƣ đã đƣợc thiết kế . Tuy nhiên, mỗi OLT sẽ cầ n bao nhiêu card cho loa ̣i dich ̣ vu ̣ đó tùy thuô ̣c vào số thuê bao của loa ̣ i dich ̣ vu ̣ đó nhiề u hay ít và dĩ nhiên phải có card dự phòng cho những trƣờng hơ ̣p phát sinh thuê bao ngoài dƣ̣ kiế n , đáp ƣ́ng tải cho mô ̣t card bấ t kì nào đó bi ̣ sƣ̣ cố . Trong hình vẽ dƣới đây, bài báo cáo sẽ đi sâu phân tích về hƣớng thiế t kế t hƣ̣c tế trƣớc khi tiń h toán nhƣ sau: Bước 1:Xác đinh ̣ loa ̣i dich ̣ vụ cung cấ p hoặc mức tố c độ cung cấ p. Viê ̣c đầ u tiên là phải xác đinh ̣ rõ mô hình thiế t kế để cung cấ p cho loa ̣i hình dich ̣ vụ hoặc loại tốc độ nhƣ thế nào , sau đó sẽ tiế n hành phân tić h dung lƣơ ̣ng phu ̣c vu ̣ của mỗi OLT. Tuy nhiên, có thể thấy một vấn đế phát sinh xảy ra ở đây khi thử phân tích theo chiề u hƣớng nhƣ sau: giả sử nhà cung cấp dịch vụ muố n cung cấ p cho mỗi thuê bao tố c đô ̣ 10 Mbit/s ở hƣớng xuố ng, nhƣ vâ ̣y với tố c đô ̣ mô ̣t port hƣớng xuố ng là 2,5Gbit/s cung cấ p đƣơ ̣c cho 250 thuê bao. Nhƣ vâ ̣y cầ n mô ̣t tỉ lệ chia splitter là 1:250. Điề u này không phù hơ ̣p theo qui đinh ̣ tỉ lê ̣ chia lớn nhấ t cho GPON là 1:128. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 36

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

Nhƣ vâ ̣y, viê ̣c xác đinh ̣ băng thông cho mỗi thuê bao không phải là tùy tiê ̣n mà dƣ̣a trên tố c đô ̣ hƣớng xuố ng và tỉ lê ̣ splitter mà chúng ta đinh ̣ dùng. Tuy nhiên , nhà cung cấp dịch vụ vẫn có thể đƣa ra các vùng cung cấp dịch vụ khác nhau dƣ̣a trên tố c đô ̣ phân bổ cho mỗi thuê bao đáp ƣ́ng với nhu cầ u thƣ̣c tế tƣ̀ng thời điể m, tƣ̀ng vùng miề n, tùy vào mô hình triể n khai và hƣớng mở rô ̣ng dich ̣ vu .̣ Bước 2:Xác đinh ̣ số lượng card cung cấ p cho mỗ i loại hình dich ̣ vụ cho OLT Theo nhƣ mong muố n ban đầ u , mỗi OLT sẽ có nhiê ̣m vu ̣ cung cấ p đủ loa ̣i hin ̀ h dịch vụ nhƣ đã thiết kế. Và vì ở đây, bài toán chỉ xét đến vấn đề gán băng thông cố định cho mỗi thuê bao cho nên chúng ta phải phân đinh ̣ rõ số lƣơ ̣ng card phụ trách cho mỗi loại dịch vụ trên OLT là bao nhiêu . Muố n phân bổ hơ ̣p lí thì phải hoàn toàn dƣ̣a vào phân tić h nhu cầ u của các loa ̣i thuê bao. Trong bài toán thiế t kế này , ta sẽ lấ y ra mô ̣t số trƣờng hơ ̣p điể n hin ̀ h nhƣ sau đ ể thiế t kế cho hê ̣ thố ng dƣ̣a vào bảng sau: Tố c đô ̣ hƣớng xuố ng

2,5 Gbit/s

Tỉ lệ chia

Tố c đô ̣ tố i đa mỗi thuê bao

1:128

19,125 Mbit/s

1:96

25,5 Mbit/s

1:64

38,25Mbit/s

1:32

76,5 Mbit/s

Bảng 3.1: Tỉ lệ chia và các mức tốc độ điể n hin ̀ h Theo liên minh viễn thông quố c tế ITU -T, bô ̣ phâ ̣n FSAN (Full Service Access Network) thì băng thông hƣớng xuống để cung cấp cho dich ̣ vu ̣ triple-play cho mô ̣t thuê bao đơn lẻ là 73 Mbit/s. Bao gồ m 3 kênh HDTV (3 x 20Mbit/s=60Mbit/s), truy câ ̣p Internet tố c đô ̣ cao (10Mbit/s), hô ̣i nghi ̣truyề n hình (2Mbit/s),các dịch vụ điều khiển từ xa (1 Mbit/s). Dịch vụ ADSL2+ có tốc độ hƣớng xuống tố i đa là 24 Mbit/s. Nhƣ vâ ̣y, với tố c đô ̣ hƣớng xuố n g tố i đa 2,5 Gbit/s và tỉ lê ̣ chia của Splitter , hoàn toàn có thể cung cấp đƣợc những nhu cầu dịch vụ cần thiết .

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 37

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

Bước 3:Xác đinh ̣ cách phân bố OLT cung cấ p

A

Hình 3.1: Sƣ ̣ phân bố OLT Trong bài toán này , chúng ta phân tích mô ̣t mô hình với ba OLT đảm nhận ba vùng vị trí khác nhau đảm bảo các điều kiện nhƣ sau :  Mô ̣t OLT sẽ đảm nhâ ̣n cung cấ p dich ̣ vu ̣ cho hai vùng còn lại, nó sẽ không cung cấ p dich ̣ vu ̣ cho vùng điạ lí mà nó đang đƣ́ng.  Khoảng cách từ OLT vùng A đến ranh giới vùng và biên xa nhất của vùng B và C nằ m trong khoảng không quá 20Km và tƣơng tƣ̣ cho các OLT ở vùng B và C.  Nhƣ đã phân tić h ở trên ,ở đây chúng ta sẽ để lạ i mô ̣t số card dƣ̣ phòng cho hai trƣờng hơ ̣p chính : mô ̣t trong nhƣ̃ng card đang phu ̣c vu ̣ bi ̣sƣ̣ cố , không có khả năng phu ̣c vu ̣ và dành cho trƣờng hơ ̣p có thuê bao phát sinh ở vùng dich ̣ vu ̣ nào đó mà hê ̣ thố ng vẫn chƣa triể n khai mở rô ̣ng ki ̣ p để đáp ƣ́ng . Với mong muố n thiế t kế rằ ng , khi số lƣơ ̣ng thuê bao tăng lên , chúng ta cần phải tăng số lƣợng OLT phu ̣c vu ̣ và “hoàn trả” la ̣i số card dƣ̣ phòng đã “mƣơ ̣n ta ̣m” trên mỗi OLT để đáp ứng nhu cầu hài lòng trong cấ p dich ̣ vu ̣ cho khách hàng.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 38

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

Vì vậy trong bài toán này, sẽ đƣa ra công thức tính toán số thuê bao mà mỗi OLT có thể phục vụ dựa trên loại dịch vụ đó:  Thông số đầu vào - Số Card cung cấ p cho mỗi dich ̣ vụ và số port trên mỗi card - Kiến trúc sử dụng(theo G984.3) cho GPON - Tốc độ mỗi đƣờng hƣớng xuống - Tỉ lệ chia của splitter  Thông số đầu ra - Số thuê bao phục vụ tối đa của OLT dƣ̣a trên loa ̣i dich ̣ vu ̣ (hoă ̣c băng thông) chọn lựa. - Số Splitter cần sử dụng.  Lý thuyết tính toán Qui ƣớc gọi các thông số nhƣ sau: - Số card:

C

- Số port trên mỗi card hƣớng xuống:

P

- Tốc độ mỗi đƣờng hƣớng xuống:

T (Gb/s)

- Băng thông cung cấp cho mỗi thuê bao: B (Mb/s) - Tỉ lệ chia của splitter:

1: N

Dựa trên thông số đầu vào và yêu cầu về đầu ra ta sẽ tính toán nhƣ sau: - Số đƣờng hƣớng xuống:

C x P = D đƣờng

- Số thuê bao phục vụ tối đa:

C x P x N = X thuê bao

- Số splitter:

X/N = S splitter

3.2. Tính toán tính khả thi và mô hình khuyến nghị với bộ khuếch đại Trên thực tế, các nhà cung cấp dịch vụ vẫn áp dụng khoảng cách truyền dẫn tối đa cho mạng phân phối quang (từ OLT đến ONT) tối đa là 20 Km và tỉ lệ chia splitter nhƣ chuẩn qui định nhƣng hầu nhƣ không áp dụng một tầng phân chia splitter vì lí do lƣợng phân bố dân cƣ dùng FTTH hiện nay chƣa cao, nên không thể phân bố tập trung đƣợc. Thay vào đó, thƣờng là chia ra hai tầng splitter nhƣ hình minh họa dƣới đây để phân bố:

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 39

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON 1310 nm Splitter 1:16

1490 nm

Đến 16 ONT ONT Splitter 1:16

Splitter 1:4 Splitter 1:16

OLT Splitter 1:16

tối đa 20 Km

Hình 3.2: Mô hin ̀ h kiế n trúc 2 tầ ng splitter Nhƣ vậy, giả sử nhƣ chúng ta chọn tỉ lệ phân chia splitter là 1:64, thay vì chọn một tầng splitter (chỉ có một splitter 1:64) thì ở đây ta chọn phƣơng án dùng hai tầng splitter loại 1:16 và loại 1:4 để phân phối. Chính điều này nảy sinh một vấn đề mới trong thiết kế thực tế là suy hao của mạng phân phối sẽ tăng lên và có khả năng không triển khai đƣợc. Nhƣ vậy, trong bài toán này ta sẽ chọn phƣơng án thiết kế 2 tầ ng splitter với các thông số và tính toán lý thuyết nhƣ sau:  Thông số đầu vào - Số tầng splitter - Công suất phát hƣớng xuống:

Pd(dBm) từ OLT

- Công suấ t phát hƣớng lên:

Pu (dBm) tƣ̀ ONT

- Suy hao của splitter:

As (dB)

- Suy hao của connector:

Ac (dB)

- Suy hao của sợi quang:

Ao (dB/Km)

- Chiều dài ODN:

L=20 Km

- Độ nhạy của ONT:

Sont (dBm)

- Độ nhạy của OLT:

Solt(dBm)

- Margin dƣ̣ phòng cho hê ̣ thố ng: Am (dB)  Thông số đầu ra - Công suất thu đƣợc tại ONT:

Pont (dBm)

- Công suấ t thu đƣơ ̣c ta ̣i OLT:

Polt (dBm)

- Kết luận về tính khả thi:

triển khai đƣợc hay không

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 40

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

- Nếu không, đƣa ra mô hình khuyến nghị với bộ khuếch đại sau đầu phát với độ lợi G.  Lý thuyết tính toán(mô hình kế t nố i dƣ̣a trên hình 3.3)

Hình 3.3: Liên kế t vâ ̣t lí tƣ̀ OLT đế n ONT Công suất nhận đƣợc ở ONT: Pont = Pd – As – Ac – Ao1 – Am

(3.1)

Công suấ t nhâ ̣n đƣơ ̣c ở OLT : Polt = Pu – As – Ac – Ao2– Am

(3.2)

Trong đó : Ac là tính tổng suy hao của các conector. Ở đây sẽ chọn 4 loại connector điển hình thƣờng đƣợc dùng trong thiế t kế là : ST, MPO, FDDI, MTRJ. Suy hao của các loa ̣i sẽ đƣơ ̣c liê ̣t kê trong bảng bên dƣới: Loại Connector

ST

Suy hao

ST

0,3 dB

MPO

0,35 dB

FDDI

0.5 dB

MTRJ

0.7 dB

MPO

FDDI

MTRJ

Bảng 3.2: Thông số các loa ̣i connecter SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 41

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

Ao1 = α1 x L (với α1 là hệ số suy hao của sợi quang ở hƣớng xuống) Ao2 = α2 x L (với α2 là hệ số suy hao của sợi quang ở hƣớng lên) Vì bƣớc sóng hƣớng xuống là 1490nm và bƣớc sóng hƣớng lên là suy hao của của sơ ̣i quang ở hƣớng lên và hƣớng xuố ng cũng khác nhau.

1310nm nên

Dƣ̣a vào ITU-T G.652 và đồ thị suy hao của sợi quang dƣới đây ta có suy hao của bƣớc sóng hƣớng xuố ng 1490nm là α1 = 0,35dB/Km; bƣớc sóng hƣớng lên 1310nm có suy hao α2 = 0,5dB/Km.

Bảng 3.3: Tiêu chuẩ n ITU-T G.652 về suy hao sơ ̣i quang

Hình 3.4: Các vùng suy hao của sợi quang Ở đây, suy hao tổng cộng của mô ̣tsplitter đƣợc tính theo công thức: 10log(N), mă ̣t khác còn có các loại suy hao khác nhƣ suy hao xen , suy hao vƣợt mức, suy hao do phản hồ i, suy hao do phân cƣ̣c (PDL)…. Trong đó , hai loại suy hao ảnh hƣởng đáng kể nhất của splitter là suy hao xen và suy hao phân cực .

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 42

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

Tuy nhiên, để phù hợp với thực tế ở đây ta sẽ c họn thiết kế trên Splitter loại PLC của hãng LinkStar. Loại này thƣờng đƣợc ứng dụng trong FTT H nói chung và PON nói riêng.

PLC Splitter

Bảng 3.4: Thông số splitter PLC Amlà suy hao dự phòng cho hệ thống (Margin) gồ m có Margin cho sơ ̣i quang và Margin cho thiế t bi ̣. Ở đây ta chọn giá trị Am= 4dB dƣ̣a vào ITU-T G.709 (qui đinh ̣ các thông số cho ma ̣ng truyề n tải quang). Nếu công suấ t nhâ ̣n đƣơ ̣c ở ONT hay OLT nhỏ hơn đô ̣ nha ̣y của thiế t bi ̣thì chúng ta không thể triể n khai đƣơ ̣c , phải cần có bộ khuếch đại đặt sau hƣớng phát nhằm bù lại công suất bị thiếu. Ở đây có một vấn đề phát sinh là sẽ dùng bộ khuếch đại loại nào . Có hai loa ̣i bô ̣ khuế ch đa ̣i đƣơ ̣c dùng nhiề u nhấ t hiê ̣n nay là khuế ch đa ̣i quang sơ ̣i (OFAOptical Fiber Amplifier) và khuếch đại quang bán dẫn (SOA-Optical Semiconductor Amplifier). Tuy nhiên, loại khuếch đại quang sợi có nhiều loại (tùy theo loại đất hiếm đƣợc pha bên trong vùng khuế ch đa ̣i ) nhƣng mỗi loa ̣i la ̣i có vùng bƣớ c sóng khuế ch đa ̣i qui đinh. ̣

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 43

CHƢƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

Loại OFA

Vùng bƣớc sóng khuếch đại

EDFA

1530nm – 1565nm

(Erbium-Doped Fiber Amplifier) PDFA

1280nm – 1340nm

(Praseodymium-Doped FiberAmplifie) TDFA

1440nm -1520nm

(Thulium-Doped Fiber Amplifier) NDFA

900nm, 1065nm

(Neodymium-Doped Fiber Amplifier)

hoặc 1400nm

Bảng 3.5: Vùng bƣớc sóng khuếch đại của OFA Nhƣ vâ ̣y, nế u dùng OFA để khuế ch đa ̣i thì phải dùng loa ̣i TDFA cho hƣớng xuố ng (bƣớc sóng 1490nm) và loại PDFA cho hƣớng lên (1310nm). Tuy nhiên, 2 loại này hầu nhƣ chƣa đƣơ ̣c dùng trong các hệ thống mạng truyền dẫn quang , chỉ có loại EDFA đƣợc chuẩ n hóa và dùng rô ̣ng raĩ ,nhƣng loa ̣i này không đáp ƣ́ng đƣơ ̣c cho bài toán thiế t kế này. Bài toán sẽ dùng loại SOA để khuếch đại cho cả 2 hƣớng lên hoă ̣c hƣớng xu ống hoă ̣c cho cả 2 hƣớng, tùy theo trƣờng hợp . Vì SOA có vùng bƣớc sóng khuếch đại rất rô ̣ng. Cụ thể ở đây sẽ dùng b ộ khuếch đại SOA loại SAO 11p của hañ g Alphion để thiế t kế với vùng bƣớc sóng đƣơ ̣c khuế ch đa ̣i tƣ̀ 1000nm đến 1600nm, với đô ̣ lơ ị nằ m trong khoảng từ 5-30dB và công suấ t ngõ ra baõ hòa P sat = 12dBm.

Hình 3.5: Bô ̣ khuế ch đa ̣i SAO11b

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 44

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ Trong Chƣơng 3 đã phân tić h cơ sở lý thuyế t cũng nhƣ các thông số tham chiế u để thiế t kế 2 bài toán thực tế . Trong chƣơng này , sẽ phân tích các kết quả cũng nhƣ nêu điể m ha ̣n chế mà chƣơng trình thiết kế chƣa triển khai đƣợc để làm tiền đề cho hƣớng nghiên cƣ́u mở rô ̣ng. 4.1. Phân tích bài toán “Tính khả năng phục vụ của OLT” Để mô phỏng cho bài toán thƣ́ nhấ t , bài báo cáo sẽ dùng chƣơng trình Matlab làm chƣơng trình hỗ trợ giao diện và tính toán.

Bài báo cáo sẽ dũng loại OLT của hãng Alcatel có số hiệu P -OLT 7432 để làm cơ sở mô phỏng với các thông số nhƣ sau: Số card hƣớng xuố ng max: 14 card Số port trên 1 card: 4 port Có 3 loại tỉ lệ chia sẽ đƣợc chọn dùng ở đây : 1:32; 1:64 và 1:128 cho mô phỏng tƣơng ƣ́ng với 3 mƣ́c tố c đô ̣ mà nhà cung cấ p dich ̣ vu ̣ có thể đƣa ra . Với 3 tỉ lệ chia ấy , ứng với mỗi tỉ lệ chia sẽ dùng 4 card để cung cấ p , nhƣ vâ ̣y sẽ có 4 x 3 = 12 card dùng cung cấ p dich ̣ vu ̣ và còn la ̣i 2 card cho vấ n đề dƣ̣ phòng nhƣ đã nói ở Chƣơng 3.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 45

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

2 Card kế t nố i mạng lõi

Alarm Control Unit Card

Card hƣớng xuố ng

Card hƣớng xuố ng P-OLT 7432

P-OLT 7432

Hình 4.1: P-OLT 7432

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 46

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

 Với tỉ lê ̣ splitter 1:32

Thông số đầ u vào: Số card: Số port trên 1 card: Tỉ lệ chia: Tố c độ hướng xuố ng:

C=4 P=4 N = 32 V = 2,5 Gb/s

Thông số đầ u ra: ::: Số thuê bao tố i đa = C x P x N = 4 x 4 x 32 = 512 thuê bao ::: Tố c độ tố i đa cho mỗ i thuê bao là: (vx1000)/N = 78,125 Mb/s ::: Số splitter 1:32 cầ n thiế t = C x P = 16 splitter Dƣ̣a theo phân tích ở chƣơng 3, nhà cung cấp dịch vụ nếu dùng số card nhƣ trên và tỉ lệ chia là 1:32 thì hoàn toàn có thể cung cấp dịch vụ Triple-play cho 512 thuê bao.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 47

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

 Với tỉ lê ̣ splitter1 :64 Tƣơng tƣ̣ nhƣ trên, đố i với tỉ lê ̣ 1:64 ta có:

Thông số đầ u vào: Số card : Số port trên 1 card : Tỉ lệ chia : Tố c độ hướng xuố ng :

C=4 P=4 N = 64 V = 2,5 Gb/s

Thông số đầ u ra: ::: Số thuê bao tố i đa = C x P x N = 4 x 4 x 64 = 1024 thuê bao. ::: Tố c độ tố i đa cho mỗi thuê bao là : (vx1000)/N = 39,0625 Mb/s. ::: Số splitter 1:64 cầ n thiế t = C x P = 16 splitter. Với kế t quả nhƣ trên , nhà cung cấp dịch vụ có thế dùng 16 splitter với tỉ lê ̣ chia 1:64 cung cấ p cho 1024 thuê bao với tố c đô ̣ tố i đa cho mỗi thuê bao là 39 Mb/s.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 48

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

 Với tỉ lê ̣ splitter 1:128 Với tỉ lê ̣ chia 1:128, đây là tỉ lê ̣ chia lớn nhấ t đƣơ ̣c khuyế n cáo bởi ITU -T cho GPON, cũng đồng nghĩa rằng đây là mức tốc độ thấp nhất m à GPON có thể cung cấp cho mô ̣t thuê bao.

Thông số đầ u vào: Số card : Số port trên 1 card : Tỉ lệ chia : Tố c độ hướng xuố ng :

C=4 P=4 N = 128 V = 2,5 Gb/s

Thông số đầ u ra: ::: Số thuê bao tố i đa = C x P x N = 4 x 4 x 128 = 2048 thuê bao ::: Tố c độ tố i đa cho mỗi thuê bao là : (vx1000)/N = 19,5313 Mb/s ::: Số splitter 1:128cầ n thiế t = C x P = 16 splitter Dƣ̣a trên kế t quả mô phỏng , với tỉ lê ̣ chia lớn nhấ t là 1:128, GPON có thể cung cấ p tố c đô ̣ nhỏ nhấ t cho mỗi thuê bao là 19,5 Mb/s. Tóm lại, tùy theo tỉ lệ chia của Splitter mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các gói tốc độ khác nhau . Ở đây, bài báo cáo dùng tốc độ 2,5Gb/s cho cả hƣớng xuố ng và hƣớng lên nên khi nói đến tốc độ của mỗi thu ê bao là nói đế n t ốc độ của 2 hƣớng nhƣ nhau. Nhƣ vâ ̣y, hoàn toàn có thể đặt ngƣợc lại một vấ n đề rằ ng: nế u khách hàng muố n mô ̣t gói dịch vụ có tốc độ cố định là X chẳng hạn thì nhà cung cấp dịch vụ có thể không đáp ứng đƣợc vì nhƣ bài toán này đặt ra , tố c đô ̣ cung cấ p cho mỗi thuê bao phu ̣ thuô ̣c hoàn toàn và o tỉ lệ chia của splitter . Nhƣng thƣ̣c tế cung cấ p dich ̣ vu ̣ viễn thông hiê ̣n SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 49

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

nay cho thấ y rằ ng : nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra các gói tố c đô ̣ và khách hàng cho ̣n lƣ̣a gói tốc độ phù hợp chứ không có hƣớng ngƣợc lại là khách hàng yêu cầu gói tốc độ và nhà cung cấp dịch vụ thiết kế để cung cấp. Tuy nhiên , mang tầ m vi ̃ mô thì bài toán thiế t kế còn phải quan tâm đế n vấ n đề cung cấ p băng thông cho thuê bao mô ̣t cách linh hoa ̣t , có nhƣ vậy thì mới có thể biến FTTH nói chung và GPON nói riêng làm công nghê ̣ truyề n dẫn chin ́ h trong tƣơng lai đƣơ ̣c. 4.2. Phân tích bài toán “Tính khả thi và mô hin ̀ h khuyế n nghi”̣ Nhƣ đã phân tić h ở Chƣơng 3, ở đây bài báo cáo sẽ tha y đổ i 3 thông số chin ́ h của mô ̣t kế t nố i tƣ̀ OLT đế n ONT: công suấ t phát , khoảng cách và tỉ lệ chia của splitter . Các thông số khác nhƣ loa ̣i connector , loại splitter không phân tić h ở đây vì các loại này có thể thay đổ i dễ dàng . Về số tầ ng splitter , vẫn giƣ̃ nguyên là 2 tầ ng cho thiế t kế , vì thực tế các nhà cung cấ p dich ̣ vu ̣ thƣờng không dùng lớn hơn con số này. Thông số củ a các thiế t bi ̣splitter , connector, suy hao của sơ ̣i quang đƣơ ̣c nói rõ ở Chƣơng 3. (Hình 3.3) Tƣ̀ thông số trên của splitter , bài báo cáo xây dựng bảng suy với 2 tầ ng splitter nhƣ sau: Tổ ng tỉ lê ̣ chia Suy hao (dB) 128 24,7 96 23.6 72 22.7 64 21 48 20,5 32 17,5 24 16,8 16 14,6 12 13,8 8 11,2 4 7.9 Bảng 4.1: Bảng suy hao của splitter

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 50

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

Về đô ̣ nha ̣y của ONT và OLT bài báo cáo tham khảo bảng IV .1/G.984.2 ITUT.Theo bảng này thì OLT và ONT có độ nhạy -34 dBm với đô ̣ chính xác là ± 3dB. Nhƣng trên thƣ̣c tế , các nhà cung cấp dịch vụ thƣờng sử dụng thiết b ị OLT và ONT có đô ̣ nha ̣y -29dBm. Và công suất phát nhƣ đã nói ở mục 2.3 của Chƣơng 2, phụ thuộc vào suy hao cùa ODN.

Bảng 4.2: Thông số khuyế n nghi cu ̣ ̉ a ONT và OLT 4.2.1 Phân tích 1: Ảnh hưởng của tỉ lê ̣ chia Trong trƣờng hơ ̣p này , bài toán sẽ thử thay đổi tỉ lệ chia trong khi giữ nguyên công suấ t phát và khoảng cách nhằ m đánh giá sƣ̣ ảnh hƣởng của thông s ố nà y lên hê ̣ thố ng nhƣ thế nào với các thông số nhâ ̣p vào nhƣ sau: ::: Các thông số đầ u vào: Công suấ t phát ta ̣i OLT: 9 dBm Công suấ t phát ta ̣i ONT: 8 dBm Khoảng cách từ OLT đến ONT: 20 Km Dô ̣ nhạy bộ thu OLT và ONT : -29 dBm Loại connector : ST Loại splitter : PLC ::: Các thông số đầ u ra đƣơ ̣c tính toán nhƣ sau : Suy hao do các splitter (As): ở đây ta dùng hai splitter cho mô ̣t cổ ng ra ta ̣i OLT, trƣờng hơ ̣p đầ u tiên với tỉ lê ̣ chia là 1:128 ta có suy hao do splitter gây ra là 24,7 dB. Suy hao do connector ST gây ra: Ac = 5 x 0,3 = 1,5 dB

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 51

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

Suy hao của sơ ̣i quang:

- Hƣớng xuố ng: Ao1 = 20 x α1=0,35 x 20=7 dB - Hƣớng lên: Ao2 = 20 x α2 = 0,5 = 10 dB

Tổ ng suy hao của ODN: Hƣớng xuố ng: AODNdown = As+Ao1+Ac+Am= 24,7+7+1,5+3 = 36,2 dB Hƣớng lên: AODNup = As+Ao2+Ac+Am= 24,7+7+1,5+3 = 39,2 dB Dƣ̣a vào công thƣ́c 3.1 và 3.2, ta có: Công suấ t thu đƣơ ̣c ở ONT: Pont = Pd – AODNdown = 9 – 36,2 = -27,2 dBm Công suấ t thu đƣơ ̣c ở OLT: Polt = Pu– AODNup = 8 – 39,2 = -31,2 dBm

Nhƣ vâ ̣y, ở đây bài toán dùng công suất phát lớn nhất cho hƣớng xuống và hƣớng lên, khoảng cách lớn nhất và tỉ lệ chia lớn nhất . Kế t quả cho thấ y , công suấ t phát hƣớng lên dù lớn nhất vẫn bị thiếu 2,2dBm và đƣơ ̣c khuyế n nghi ̣dùng Mô hình 2 (dùng bộ khuế ch đa ̣i sau sau đầ u phát ONT).

Hình 4.2: Mô hin ̀ h2 SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 52

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

Để xét tiń h ảnh hƣởng của tỉ lê ̣ chia lên tin ́ h khả thi (không dùng bô ̣ khuế ch đa ̣i cho hê ̣ thố ng ) bài thiết kế giảm tỉ lê ̣ chia xuố ng với cá c tỉ lê ̣ nhỏ hơn nhƣ 1:96; 1:72; 1:64

Và với tỉ lệ chia 1:64 thì công suất thu cho cả 2 hƣớng đề thỏa mañ lớn hơn đô ̣ nhạy, nghĩa là không cần dùng bộ khuếch đại.

Hình 4.3: Mô hin ̀ h khả thi Với kế t quả này, nhà cung cấp dịch vụ có thế cung cấp 4 x 4 x 64= 1024 thuê bao với tố c đô ̣ 2 hƣớng là 39 Mb/s (dƣ̣a trên phân tích của mu ̣c 4.1). Nế u muố n cung cấ p nhiề u hơn số thuê bao thì phải giảm khoảng cách và có thể dùng mô hìn h khuyế n nghi ̣ với các bô ̣ khuế ch đa ̣i mới có thể đáp ƣ́ng đƣơ ̣c . Để thấ y đƣơ ̣c điề u đó , bài báo cáo phân tić h trong trƣờng hơ ̣p thƣ́ 2 nhƣ sau. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 53

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

4.2.2 Phân tích 2: Ảnh hưởng của khoảng cách từ OLT đến ONT Bài báo cáo lấy trƣờng hợ p của phân tić h 1 nhƣ trên , trƣờng hơ ̣p tỉ lê ̣ chia là 1:128, công suấ t phát hƣớng lên d ù lớn nhất vẫn bị thiếu 2,2dBm và đƣơ ̣c khuyế n nghi ̣ dùng Mô hình 2 (dùng bộ khuếch đại sau sau đầu phát ONT ). Nhƣ vâ ̣y, muố n dùng tỉ lê ̣ chia này mà không cầ n dùng bô ̣ khuế ch đa ̣i thì phải giảm khoảng cách tƣ̀ OLT và ONT vì công suất phát cho cả 2 hƣớng là lớn nhấ t và không thể tăng lên thêm . Ở đây, với khoảng cách là 15 Km thì công suấ t nhâ ̣n đƣơ ̣c ở bô ̣ thu OLT và ONT đề lớn hơn độ nhạy nhƣ hình minh họa mô tả. Nhƣ vâ ̣y với khoảng cách này , nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấ p 4 x 4 x 128 = 2048 thuê bao với tố c đô ̣ 2 hƣớng là 19,5 Mb/s (nhƣ đã phân tích ở mục 4.1).

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 54

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

4.2.3 Phân tích 3: Sự ảnh hưởng của công suất phát lên mô hình triển khai Trong Phân tích 1, bài báo cáo đã cho thấy rằng , với tỉ lê ̣ chia splitter 1:64 và khoảng cách 20Km thì thiế t kế khả thi mà không cầ n dùng bô ̣ khuế ch đa ̣i . Tuy nhiên, đó là với công suấ t phát hai đầ u là cƣ̣c đa ̣i . Bây giờ nế u trong trƣờng hơ ̣p khả thi của phân tích 1 với khoảng cách OLT đế n ONT là 20Km và tỉ lê ̣ chia là 1:64 nhƣng giảm công suấ t phát xuố ng 1 mƣ́c nào đó thì bộ thu ở OLT và ONT đề u không thu đƣơ ̣c mƣ́ c tín hiệu nhỏ hơn độ nhạy nhƣ trong hình bên dƣới minh họa.

Tƣ̀ kế t quả này có thể thấ y rằ ng vớ i mô ̣t tỉ lê ̣ chia nhấ t đinh, ̣ mô ̣t khoảng cách nhất đinh ̣ thì mô hình khả thi (không cầ n dùng bô ̣ khu ếch đại ) với mô ̣t ngƣỡng công suấ t phát. Nhƣ trong trƣờng hơ ̣p này , công suấ t phát ta ̣i O LT không thể bé hơn 3,5 dBm và công suấ t phát ta ̣i ONT không thể bé hơn 6,5 dBm.

Hình 4.4: Mô hin ̀ h3

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 55

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

4.2.4 Phân tích 4: Trường hợp cầ n chú ý khi thiế t kế Có một trƣờng hơ ̣p sau đây rấ t cầ n chú ý trong khi thiế t kế hê ̣ thố ng . Với giả sƣ̉ nhƣ sau: nhà cung cấp dịch vụ cần tỉ lệ chia 1:128, khoảng cách tối đa là 20Km và phát công suấ t tố i đa , sẵn sàng dùng bô ̣ khuế ch đa ̣i cho cả 2 hƣớng nế u mƣ́c công suấ t thu không đủ để phủ rô ̣ng vùng cung cấ p dich ̣ vu ̣ . Kế t quả đƣơ ̣c thể hiê ̣n trong hình bên dƣới. Nhƣ vâ ̣y, công suấ t hƣớng xuố ng cầ n bù thêm ở hƣớng xuống là 0,2 dBm và công suấ t cầ n bù cho hƣớng lên là 4,2 dBm, đồ ng nghiã với viê ̣c công suấ t phát hƣớng xuố ng tố i thiể u là 9,2 dBm và công suấ t phá t hƣớng lên tố i thiể u là 12,2 dBm. Với bô ̣ khuế ch đa ̣i loa ̣i SAO 11p đƣơ ̣c cho ̣n dùng trong thiế t kế với mƣ́c công suấ t ng õ ra baõ hòa là 12dBm thì rõ ràng rằ ng không thể nào đáp ƣ́ng đƣơ ̣c công suấ t phát cho hƣớng lên . Trong trƣờng hơ ̣p này nhà cung cấ p dich ̣ vu ̣ có thể thay đổ i loa ̣i connector với suy hao nhỏ hơn để thiế t kế vẫn có thể đáp ƣ́ng đƣ ợc nhƣ hình dƣới minh ho ̣a. Tuy nhiên, nế u xét về lâu dài , công suấ t phát đã lên tố i đa , bô ̣ khuế ch đa ̣i cho công suấ t ngõ ra baõ hòa nhƣ vậy nhƣng vẫn không cho công suất thu lớn hơn độ nhạy nhiều thì nếu hệ thố ng gia tăng sƣ̣ lão hóa, gia tăng số mố i hàn thì kiế n trúc này hoàn toàn không thể khả thi.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 56

CHƢƠNG IV: PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ

Tóm lại,nhƣ các trƣờng hơ ̣p đã phân tić h nhƣ trên , viê ̣c tin ́ h toán công suấ t phát , tỉ lê ̣ chia hay khoảng cách , loại connector đƣợc dùng , loại splitter hay sơ ̣i quang cho hê ̣ thố ng đề u phải hế t sƣ́c cẩ n tro ̣ng , tránh trƣờng hợp mô hình thiết kế đƣa ra có công suất thu ta ̣i bô ̣ thu của OLT và ONT quá bé .

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 57

KẾT LUẬN Thông qua nội dung bố n chƣơng c ủa bài báo cáo, công nghệ mạng quang truy nhập FTTH và bài toán thiết kế mạng FTTH dƣ̣a trên công nghê ̣ GPON đã đƣợc giới thiệu một cách rõ ràng nhất trong khả năng của ngƣời viết. Công nghệ FTTH dựa trên công nghê ̣ GPON nhƣ đã đƣơ ̣c trin ̀ h bày ở trên, với mạng phân phối quang thụ động,chiế m ƣu thế trong viê ̣c triển khai mạnh các dịch vụ băng rộng với tốc độ có thể lên đến 2,5 Gbps cho cả hai hƣớng . Tuy nhiên, hiện tại các dịch vụ nhƣ VoIP và truyền hình cáp hầ u nhƣ chƣa đƣợc triển khai trên công nghê ̣ này tại Việt Nam. Nhìn nhận khách quan từ lợi ích mà mạng truy nhập FTTH dựa trên công nghệ GPON có thể mang lại. Có thể khẳng định rằng: công nghệ này sẽ giải quyết vấn đề “khát” băng thông trong tƣơng lai và giải quyết các yêu cầu của các doanh nghiệp lớn hiện nay. Nếu triển khai cho đa số ngƣời dùng thì các nhà cung cấp dịch vụ nói chung phải giải quyết đồng bộ nhiều vấn đề để giá cả dịch vụ “gần gũi” hơn với túi tiền của ngƣời dân. Nội dung bài báo cáo đã cố gắng bám sát nô ̣i dung chính của đề cƣơng. Tuy nhiên, cần nhìn nhận rõ rằng nội dung vẫn còn nhiều vấn đề chƣa làm rõ đƣợc . Xét về mô hình kiế n trúc của PON, bài báo cáo chƣa làm rõ đƣợc kết nối từ OLT lê n ma ̣ng lõi cung cấ p dịch vụ và tính dự phòng đảm bảo cung cấp dữ liệu liên tục cho khách hàng . Về bài toán thiết kế vẫn chƣa xét đƣợc các thông số khác ảnh hƣởng lên hệ thống nhƣ tỉ số tín hiê ̣u trên nhiễu và tỉ lê ̣ lỗ i bit cũng nhƣ mố i liên quan giƣ̃a các thông số này với tố c đô ̣ và khoảng cách truyền dẫn. Đó cũng chin ́ h là hƣớng mở cho bài báo cáo . Nhƣ lời kết, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắ c nhấ t đến thầy Đỗ Văn Việt Em, đã trang bị cho em kiến thức về mạng truyền tải quang cũng nhƣ trực tiếp phân tích nội dung chính cần thực hiện cho bài báo cáo. Chính những kiến thức này xây dựng nên vấn đề cốt lõi của bài báo cáo. Cảm ơn bạn Nguyễn Thùy Vân – Lớp Đ07VTA3, Học Viện CN Bƣu Chính Viễn Thông, cơ sở Hồ Chí Minh đã hỗ trợ để bài báo cáo hoàn thành đúng thời hạn.

SVTH: HUỲNH VĂN TỤ

LỚP: Đ07VTA3

Trang 58

TỪ VIẾT TẮT ADSL

Asymmetric digital subscriber line

APD

Avalanche photodiodes

APON

ATM-passive optical network

ATM

Asynchronous transfer mode

BPON

Broadband passive optical network

CO

Centre office

CRC

Cyclic redundancy check

DBA

Dynamic bandwidth allocation

DBRu

Dynamic bandwidth report upstream

EMS

Element management system

EPON

Ethernet passive optical network

FCS

Frame check sequence

FEC

Forward error correction

FSAN

Full service access network

FTTH

Fiber to the home

GEM GMII

GPON encapsulation method Gigabit Media Independent Interface

GPON

Gigabit-capable passive optical network

GTC

G-PON transmission convergence

HEC

Header error control

IEEE

Institute of electrical and electronics engineers

IPACT

Interleaved polling with adaptive cycle time

ITU-T

International telecommunication standardization

LLID

Logical link identifier

MAC

Medium access control

MIB

Management information base

MPCP

Multi-point control protocol

MPCPDU

Multi-point control protocol data unit

NMS

Network management system

OAM

Operation, Administration and maintenance

ODN

Optical distribution network

OLT

Optical line terminal

union

–

telecommunication

OMCC

ONT management and control channel

OMCI

ONT management and control interface

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

PLOAMu

Physical layer operations administration and maintenance upstream

PLOu

Physical layer overhead upstream

PLSu

Power leveling sequence upstream

PMD

Physical medium dependent

PON

Passive optical networks

POTS

Plain old telephone service

PTI RS

Payload type indicator Riconciliation Sublayer

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

WDM

Wavelength division multiplexer

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Fiber To The Home The New Empowerment,Paul E. Green, Jr, Wiley, 2005 [2] PhD final thesis, Ching Hung Chang [3] T-REC-983.1 [4] T-REC-984.3 [5] T-REC-984.2 [6] T-REC-G.983.2 [7] T-REC-G.652 [8] Tạpchí Bƣu chính Viễn thông, http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=23984 [9] Đồ Án Tốt Nghiệp -Hồ ng Đă ̣ng Ngo ̣c Ân -Đ07VTH1-THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG