Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang MỤC LỤC BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt ACTS Advanced Communication Techonologies and Services Các kỹ thuật và dịch vụ cải tiến ADM Add Drop Multiplexer Bộ ghép xen kẽ APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ AUI Attchment Unit Interface Cáp nối với các thiết bị BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh theo mã CE Customer Equipment Thiết bị khách hàng CO Central Office Tổng đầi trung tâm CSMA/CD Carrie Sense Multiple Access Collision Detect Đa truy nhập cảm nhận sóng mang/tách xung đột DA Destination Address Địa chỉ đích DCE Data Communications Equipment Thiết bị thông tin số liệu DCS Digital Crossconect Bộ nối chéo DLC Digital Loop Carrier Sóng mang vòng số DTE Data Terminal Equiment Thiết bị đầu cuối số liệu EMS Element Mangament System Phần tử quản lý hệ thống EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng truy nhập thụ động dùng E EVC Ethernet Virtural Connection Kết nối ảo Ethernet FCS Frame Check Sequence Dãy bit kiểm tra khung FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh theo tần số 1 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang IP Internet Protocol Giao thức internet IPG Internet Packet Gap Khoảng cách giữa 2 gói liền kề ISO International Organization for Standardization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế LAN Local Area Network Mạng nội bộ LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic MPCP Multi Poit Control Protocol Giao thức điều khiển đa điểm MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch đa giao thức OLT Optical Line Terminal Thiết bị cuối kết đường quang ONU Optical Network Unit Thiết bị kết cuối mạng quang PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động RVC Permanent Vitural Circuit Mạch ảo bán cố định PRE Preamble Tiêu đề SA Soucer Address Địa chỉ nguồn SFD Stard of Frame Delimiter Gianh giới bắt đầu khung SME Station Management Entity Thực tế quản lý trạm SSM Standard Singler Mode Sợi đơn mode chuẩn TDM Time Divison Multiplexing Ghéo kênh theo thời gian TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải UNI User Network Interface Giao diện mạng người dùng UTP Unshielded Twisted Pair Cáp trần xoắn đôi VLAN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng riêng rộng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng 2 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình của mạng quang thụ động 8 Hình 1.2: Các kiểu kiến trúc của PON 9 Hình 1.3: Các bộ ghép 8*8 được tạo ra từ các bộ ghép 2*2 12 Hình 1.4: Cấu trúc luồng WDM-PON 14 Hình 2.1: Mô hình mạng GPON 20 Hình 2.2: Cấu hình hệ thống GPON 22 Hình 2.3: Các khối chức năng của OLT 23 Hình 2.4: Các khối chức năng của ONU 24 Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 25 Hình 2.6: TDMA GPON 26 Hình 2.7: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC 28 Hình 2.8: Cấu trúc khung hội tụ truyền dẫn lớp GTC 29 Hình 2.9: Điều khiển truy nhập phương tiện hội tụ truyền dẫn lớp GTC 30 Hình 2.10: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC 30 Hình 2.11: Mô tả chi tiết khung hướng xuống GTC 33 Hình 2.12: Khung hướng lên GTC 35 3 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang Hình 2.13: Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC 36 Hình 2.14: Các cell ATM ở hướng lên 37 Hình 2.15: Các khung GEM hướng lên 38 Hình 2.16: Báo cáo DBA ở hướng lên 38 Hình 2.17: Cấu trúc khung và mào đầu GEM 41 Hình 2.18: Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM 42 Hình 2.19: Một số trường hợp phân mảnh 43 Hình 2.20: Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC 44 Hình 2.21: Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM 45 Hình 2-22: TDM ánh xạ qua GEM 46 Hình 2-23: Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM 46 4 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ quang thụ động (GPON) theo chuẩn G.983 ra đời từ những năm 90 và đã khẳng định được vị thế của mình trong mạng truy nhập nhằm cung cấp các dịch vụ băng rộng và giá thành hạ. Tuy nhiên, do nhu cầu băng thông ngày một cao cho các dịch vụ, các công nghệ APON,BPON không đáp ứng được yêu cầu nên ITU đã xây dựng và phê duyệt chuẩn ITU-G.984 cho phép truyền dẫn băng thông tốc độ 2,488Gbps cho đường xuống và 1,244Gbps cho đường lên được gọi là GPON. Công nghệ này có đặc điểm hỗ trợ dịch vụ bộ ba Triple play cho các khách hàng qua mạng thụ động. Chuyên đề” Công nghệ mạng quang thụ động GPON” nhằm nghiên cứu đặc điểm công nghệ GPON ,cấu trúc,các tham số của phần tử mạng. Từ đó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về công nghệ GPON. Chuyên đề thực hiện gồm có 2 chương: Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động PON. Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON. Trong quá trình làm chuyên đề này,do thời gian có hạn ,sự thiếu hụt tài liệu tham khảo và thiếu kinh nghiệm thực tế nên chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được những nhận xét góp ý quý báu từ thầy và các bạn. Chúng em chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 1 tháng 5 năm 2012 Nhóm sinh viên thực hiện – Lớp D08VT2 Phạm Ngọc Ánh Nguyễn Thị Khánh Chi Nguyễn Thị Đài Trang 5 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang CHƯƠNG 1: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON 1. Tổng quan 1.1 Giới thiệu Công nghệ quang thụ động(PON) theo tiêu chuẩn G.983 ra đời từ những năm 90 và đã khẳng định vị thế của mình trong mạng truy nhập nhằm cung cấp các dịch vụ băng rộng và giá thành hạ. Mạng quang thụ động (PON:Passive Optical Network) là mạng quang điểm nối đa điểm không sử dụng các phần tử tích cực trên đường truyền tín hiệu từ nguồn tới đích.chỉ có các phần tử như bộ kết hợp, bộ ghép và bộ chia thụ động được sử dụng trong mạng này. Mạng quang thụ động là một giải pháp hiệu quả để triển khai sợi quang tới phía khách hàng. Ưu điểm của việc sử dụng PON cho mạng truy nhập là rất lớn: - PON cho phép khoảng cách truyền dẫn xa hơn giữa tổng đài nội hạt và khách hàng.trong khi công nghệ đường dây thuê bao số (DSL) khoảng cách cực đại giữa tổng đà và khách hàng xấp xỉ 5,5km,một mạng truy nhập quang thụ động có thể hoạt động ở khoảng cách lớn hơn 20km. - PON giúp giảm thiểu việc triển khai sợi quang cả ở phía tổng đài và phía đường thuê bao. - PON có thể cung cấp băng thông lớn hơn do đưa sợi quang lại gần khách hàng hơn. - Vì sử dụng cấu hình mạng điểm nối đa điểm,PON cho phép truyền video quảng bá. - PON giúp loại trừ việc lắp đặt các bộ ghép và giải ghép kênh ở các vị trí chia vì vậy không cần phải bảo dưỡng và cung cấp nguồn cho chúng. Thay 6 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang vì sử dụng các linh kiện tích cực tại các vị trí này.PON dùng các linh kiện thụ động. Các linh kiện này có thể chôn xuống đất khi lắp đặt. - PON cho phép dễ dàng nâng cấp lên tốc độ cao hơn hoặc truyền thêm bước sóng. Vì những ưu điểm trên PON hiện đang được triển khai mạnh cho mạng truy nhập Hình 1.1: Mô hình của mạng quang thụ động 1.2 Kiến trúc của PON Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT và ONU đều nằm ở đầu cuối của PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON. PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổ biến, PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng ring cho các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các trường sở,… 7 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao.Có nhu cầu kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus như. Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc của PON. Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khai theo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên. Ngoài ra PON có thể thu gọn lại thành các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây. Tất cả các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU. OLT nằm ở CO và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), được biết đến như là những mạng đường trục. ONU nằm tại vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC). Trong các cấu hình trên, cấu hình cây 1:N , hay cấu hình cây và phân nhánh được sử dụng phổ biến nhất. Đây là những cấu hình rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông. 1.2.1 Các phần tử tích cực (CO,ONU,EMS) Các nhà cung cấp PON chủ yếu tập trung phát triển các thiết bị tích cực, như bảng mạch CO và ONU để đặt tại các đầu cuối của PON. Bảng mạch CO được đặt tại các nhà cung cấp ,chưa các đầu nối ,các điểm truy nhập và các OLT,các modul giao diện mạng (NIM) và modul card chuyển mạch(SCM). 8 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang 1.2.1.1 Bảng mạch CO Bảng mạch CO cung cấp dao diện hệ thống PON và mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ.Các bảng mạch cung cấp kết nối với hệ thống quản lý mạng thông qua phần tử quản lý hệ thống EMS. CO có các giao diện kết nối với các loại thiết bị như: ● Các bộ nối chéo DCS, được sử dụng để truyền tải các luồng lưu lượng TDM tới mạng điện thoại.Các giao diện phổ biến DCS bao gồm DS-1, DS-3, tín hiệu truyền tải đồng bộ STS1-1, OC-3. ● Các cổng thoại, được sử dụng để truyền tải các lưu lượng TDM thoại cục bộ tới các mạng điện thoại công cộng (PSTN). ● Các thiết bị mạng video được sử dụng để truyền tải lưu lượng video tới mạng video lõi. Các chức năng và đặc điểm chính của OLT bao gồm: ● Giao diện đa dịch vụ kết nối với mạng lõi WAN ● Các giao diện để kết nối với mạng PON ● Chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và lớp 3 ● Tập trung lưu lượng ● Chứa các OLT và SCM 1.2.1.2 Kết cuối mạng ONU ONU cung cấp giao diện giữa thuê bao sử dụng dịch vụ số liệu, video, thoại với PON. Chức năng chủ yếu của ONU là tiếp nhận lưu lượng dưới dạng các gói tin quang và chuyển đổi chúng thành dạng tính hiệu phù hợp với từng thuê bao (gói tin Ethernet, gói tin IP quảng bá, tín hiệu thoại, T1,…) Ngoài ra, ONU còn có các chức năng chuyển mạch lớp 2 và lớp 3 cho phép định tuyến lưu lượng tại ONU. Các chức năng và đặc điểm chính của ONU bao gồm: ● Cung cấp giao diện với khách hàng đối với các dịch vụ điện thoại truyền thống, các luồng T1, DS-3, 10/100 BASE-T, các gói tin quảng bá,… ● Có khả năng chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và lớp 3. ● Cung cấp các luồng dữ liệu với tốc độ từ 64 Kb/s đến 1Gb/s. ● Cung cấp các giao diện chuẩn Ethernet. Thông thường ở CO có thể có chứa nhiều OLT. 9 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang 1.2.1.3 EMS EMS quản lý các phần tử của mạng PON và cung cấp các giao diện kết nối với hệ thống quản lý mạng cung cấp dịch vụ.Các chức năng quản lý của nó bao gồm kiểm soát lỗi, thiết lập cấu hình, tính cước và bảo mật. Các chức năng và đặc điểm chính của EMS bao gồm: ● Cung cấp các chức năng quản lý thông qua giao diện với người sử dụng. ● Có khả năng quản lý các thiết bị của mạng PON. ● Có khả năng hỗ trợ đồng thời hàng trăm giao diện người sử dụng. ● Cung cấp các giao diện chuẩn với hệ thống quản lý mạng. 1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, bộ ghép tách quang, mối hàn, đầu nối) Các phần tử thụ động của sợi quang bao gồm: ● Sợi quang ● Bộ tách/ghép quang ● Mối hàn. ● Đầu nối quang. 1.2.2.1 Sợi quang Sợi quang sử dụng trong PON được phân thành hai loại : đơn mode (SM) và đa mode (MM), trong đó sự khác biệt chủ yếu giữa hai loại sợi này là sự tán sắc. So với sợi đơn mode, sợi đa mode có hệ số tán sắc cao hơn do tín hiệu được truyền đi trong sợi theo nhiều mode khác nhau. Hệ số tán sắc lớn sẽ dẫn đến sự giãn tín hiệu trong miền thời gian.Một tham số khác nữa của sợi quang là băng tần điều chế cực đại. Đây là một đặc tính khác nữa trong miền tần số, có lien quan trực tiếp đến độ tán sắc. Sợi đa mode bị hạn chế về băng tần và không thích hợp với những hệ thống truyền dẫn tốc độ cao và khoảng cách truyền dẫn lớn như trong PON. Vì vậy trong PON, người ta chỉ sử dụng sợi đơn mode. Sợi đơn mode cho phép nâng cấp hệ thống trong tương lai bằng những công nghệ điều chế khác nhau để đạt được tốc độ truyền dẫn cao hơn. Trên thực tế, sợi đơn mode có thể phân tán làm ba loại: ● Sợi đơn mode chuẩn (SSM – Standard single – mode) ● Sợi tán sắc dịch chuyển (DSSM – Dispersion shifted single – mode) ● Sợi tán sắc phẳng (DSM – Dispersion flattened single – mode) 10 Lớp D08VT2 [...]... tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị • GPON là công nghệ đa dịch vụ với sắp xếp Cell, gói và TDM sử dụng phương pháp đóng gói khung gigabit cho phép hỗ trợ đa dịch vụ GPON sử dụng thuật toán sửa lỗi tieena FEC(Forward Error Corection) cho phép tăng BER • Hiện nay hai công nghệ GPON và GEPON được triển khai đồng thời trên thế giới Trong đó GPON chủ yếu được triển khai ở các nước vốn có mạng... bằng công suất PLSu Trình tự san bằng công suất PLSu có kích thước 120byte,ONU sử dụng cho việc đo công suất Chức năng giúp điều chỉnh mức công suất ONU.Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ Cơ chế điều khiển công suất thì có lợi trong 2 trường hợp là khởi tạo công suất ban đầu của bộ phát ONU(chỉ xảy ra lúc kích hoạt ONU) và thay đổi công suất của bộ thu phát ONU (xảy ra lúc kích hoạt ONU) và thay đổi công. .. BPON và với sự phát triển cũng như những ưu điểm vượt trội của GPON nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chuyển sang kiến trúc GPON Khu vực Châu Á chủ yếu sử dụng GEPON tuy nhiên vẫn có một số nhà cung cấp dịch vụ sử dụng GPON , điển hình tại Trung Quốc đã được triển khai GPON từ năm 2005 1.2 Các đặc tính cơ bản của GPON 1.2.1.Tốc độ bit Về cơ bản GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặc bằng 1,2Gbit/s... hỏi công suất quang phát cao hưn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn.Tỷ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dùng 2 Kiến trúc của GPON Hình 2.2 Cấu hình hệ thống GPON 21 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông tin quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang Hình mô tả cấu hình hệ thống GPON. .. Chi-Nguyễn Thị Đài Trang CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG GPON 1 Giới thiệu chung 1.1 GPON GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 G-PON được mở rộng từ chuẩn B-PON G.983 bằng cách tăng băng thông ,nâng cao hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý Hình 2.1: Mô hình mạng GPON 19 Lớp D08VT2 Chuyên đề Thông... dụng công nghệ ống dẫn sóng phẳng Hình 1.3: Các bộ ghép 8*8 được tạo ra từ các bộ ghép 2*2 Các bộ tách ghép được đặc trưng bởi các tham số sau đây: Suy hao chia – là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép, tính theo dB Với một bộ 2*2 lý tưởng, giá trị này là 3dB.Hình 2-3 a biểu diễn hai mô hình của bộ 8*8 dựa trên các bộ 2*2.Trong mô hình 4 tầng (hình 2-3 a), chỉ có 1/16 công. .. CDMA- PON là khá phức tạp và giá thành tương đối cao Chính vì những nhược điểm này nên hiện tại CDMA- PON chưa được phát triển rộng rãi 3 KẾT LUẬN Công nghệ PON ra đời mở ra một tiềm năng lớn cho triển khai các dịch vụ băng rộng và thay thế dần các công nghệ mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp và chất lượng thấp Các mạng PON sử dụng hệ thống thông tin quang có băng thông tỷ lệ lỗi bít thấp Tuy nhiên... connector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấp đôi.Tuy nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm và trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống 4 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC 4.1 Chức năng của GTC Hội tụ truyền gẫn GPON GTC (GPON Transmission Convergence) là lớp giao thức chính trong ngăn xếp giao thức của GPON Chức năng... đóng gói GPON- GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên thực tế ATM chưa từng được sử dụng) Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao Cho phép GPON. .. các bộ phận nhánh được kết nối tới ONU 2.1 Các khối chức năng Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU, ODN 2.1.1 Kết cuối đường quang OLT OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa Ở phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện cổng . là GPON. Công nghệ này có đặc điểm hỗ trợ dịch vụ bộ ba Triple play cho các khách hàng qua mạng thụ động. Chuyên đề” Công nghệ mạng quang thụ động GPON nhằm nghiên cứu đặc điểm công nghệ GPON. giúp chúng ta hiểu rõ hơn về công nghệ GPON. Chuyên đề thực hiện gồm có 2 chương: Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động PON. Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON. Trong quá trình làm chuyên. quang Phạm Ngọc Ánh-Nguyễn Thị Khánh Chi-Nguyễn Thị Đài Trang CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG GPON 1. Giới thiệu chung 1.1 GPON GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network được định nghĩa