Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ , BẢNG BIỂU Hình 2.1 Dịng liệu đường lên EPON Hình 2.2 Cấu trúc khung đường xuống EPON Hình 2.3 Cấu trúc khung đường lên EPON Bảng 2.1 So sánh EPON GPON CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU .3 Chương .5 Mạng quang thụ động PON 1.1 Giới thiệu chung mạng quang thụ động PON 1.2 Kiến trúc PON 1.3 Đặc điểm PON .11 1.4 Thành phần mạng quang thụ động PON 12 1.4.1Sợi quang cáp quang 12 1.4.2Bộ tách/Ghép quang 14 1.4.3Đầu cuối đường quang OLT ( Optical Line Terminal) 15 1.4.4Đơn vị mạng quang ONU ( Optical Network Unit) 18 1.4.5ODN 19 1.4.6Bộ chia (Splitter) .20 1.5 Phân loại PON .21 1.5.1TDM PON .21 1.5.2 WDM-PON 23 1.5.3 CDMA-PON 24 1.6 So sánh PON với công nghệ mạng quang thụ động AON 25 Chương 28 Các hệ thống PON triển khai 28 2.1 APON/BPON 28 2.2 GPON 28 2.3 EPON 31 Hình 2.1 Dịng liệu đường lên EPON 32 2.4 WDM-PON 34 2.5 Nhận xét chung hệ thống PON 35 KẾT LUẬN .38 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ , BẢNG BIỂU Hình 1.1 Mơ hình mạng quang thụ động Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc PON Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin Hình 1.3 Mơ hình sử dụng chia Hình 1.4 Mơ hình bus sử dụng tapcoupler Hình 1.5 Mơ hình vịng Hình 1.6 Mơ hình Hình 1.7 Cấu tạo sợi quang Hình 1.8 Cấu hình loại Coupler Hình 1.9 Coupler 8x8 tạo từ nhiều coupler Hình 1.10 Các khối chức OLT Hình 1.11 Các khối chức ONU Hình 1.12 Các giao diện quang Hình 1.13 Liệt kê suy hao chia (splitter) tương ứng Hình 1.14 Mạng PON sử dụng sợi quang Hình 1.15 Cấu trúc WDM-PON Hình 1.16 So sánh mạng quang chủ động mạng thụ động Hình 2.1 Dịng liệu đường lên EPON Hình 2.2 Cấu trúc khung đường xuống EPON Hình 2.3 Cấu trúc khung đường lên EPON Bảng 2.1 So sánh EPON GPON Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt PON OLT ONT ONU GPON Tiếng Anh Passive Optical Network Optical Line Terminal Optical Network Terminal Optical Network Unit Gigabit Passive Optical Tiếng Việt Mạng quang thụ động Thiết bị đầu cuối kênh Thiết bị đầu cuối mạng Đơn vị mạng quang Mạng quang thụ động tốc độ Gigabit APON Network ATM Passive Optical PON ATM BPON Network Broadband Passive Optical Mạng quang thụ động băng thong EPON Network Ethernet Passive Optical rộng Mạng quang thụ động dùng Ethernet WDM Network Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước sóng FTTH FTTB FTTC CO Multiplexing Fiber to the Home Fiber To The Building Fiber To The Curt Centre Office Cáp quang nối tận nhà Cáp quang tới tòa nhà Cáp quang tới khu dân cư Văn phòng trung tâm LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, hạ tầng mạng Viễn thông phát triển nhanh công nghệ chất lượng cung cấp dịch vụ Viễn thông trải qua trình phát triển lâu dài với nhiều bước ngoặt phát triển công nghệ phát triển mạng lưới Việt Nam nước giới, có nhiều nhà khai thác Viễn thông Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin khác với đa dạng cơng nghệ cấu hình mạng cung cấp dịch vụ Ngày nay, với phát triển chóng mặt khoa học kỹ thuật gặt hái nhiều thành cơng rực rỡ nhu cầu giải trí, học tập nắm bắt thông tin người ngày tăng lên Do để đáp ứng hầu hết nhu cầu đòi hỏi nhà khai thác Viễn thông Việt Nam cần phải nâng cao chất lượng công nghệ Trong đó, cơng nghệ PON coi giải pháp hàng đầu cho mạng truy nhập với tốc độ cao Bằng kiến thức lớp kiến thức tích lũy được, em nghiên cứu đề tài “Mạng quang thụ động PON”, với nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu chung mạng quang thụ động PON Chương 2: Các hệ thống PON triển khai Do khả thời gian chuẩn bị cịn hạn chế nên tiểu luận chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận lời góp ý chân thành giáo viên môn Em chân thành cảm ơn! Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin Chương Mạng quang thụ động PON PON từ viết tắt Passive Optical Network hay gọi mạng quang thụ động Công nghệ mạng quang thụ động PON cịn hiểu mạng cơng nghệ quang truy nhập giúp tăng cường kết nối nốt mạng truy nhập nhà cung cấp dịch vụ người sử dụng Công nghệ PON biết tới TPON (Telephony PON) triển khai vào năm 90, tiếp năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) chuẩn hóa dựa ATM Hai năm 2003 2004 đánh dấu đời hai dịng cơng nghệ Ethernet PON (EPON) Gigabit PON (GPON), nói hai cơng nghệ mở hội cho nhà cung cấp dịch vụ giải hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới người sử dụng đầu cuối Thành viên gia đình PON WDM PON (Wavelength Division Multiplexer PON) Trong công nghệ PON, tất thành phần chủ động tổng đài CO (Central Office) người sử dụng khơng cịn tồn mà thay vào thiết bị quang thụ động, để điều hướng lưu lượng mạng dựa việc phân chia lượng tới điểm đầu cuối đường truyền Vì mà người ta gọi cơng nghệ mạng quang thụ động (PON) Vị trí hệ thống PON mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động PON dạng mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ kết nối đến khách hàng Nó đặt gần đầu cuối khách hàng triển khai với số lượng lớn Mạng truy nhập tồn nhiều dạng khác nhiều lí khác PON dạng So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống, sợi quang không giới hạn băng thông (hàng THz) Việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao mục đích phát triển tương lai Với ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive Optical Network) lựa chọn thích hợp cho mạng truy nhập Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin 1.1 Giới thiệu chung mạng quang thụ động PON Mạng viễn thông thường cấu thành ba mạng chính: mạng đường trục, mạng phía khách hàng mạng truy nhập Trong năm gần đây, mạng đường trục có bước phát triển nhảy vọt xuất công nghệ mới, công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) Cũng khoảng thời gian này, mạng nội hạt (LAN) cải tiến nâng cấp từ tốc độ 10 Mb/s lên 100 Mb/s, đến Gb/s Thậm chí, sản phẩm Ethernet 10 Gb/s bắt đầu xuất thị trường Điều dẫn đến chênh lệch lớn băng thông bên mạng LAN tốc độ cao mạng đường trục bên mạng truy nhập tốc độ thấp, mà thường gọi nút cổ chai (bottleneck) mạng viễn thông Việc bùng nổ lưu lượng Internet thời gian vừa qua làm trầm trọng thêm vấn đề mạng truy nhập tốc độ thấp Các báo cáo thống kê cho thấy lưu lượng liệu tăng 100% năm kể từ năm 1990 Thậm chí, kết hợp yếu tố kinh tế công nghệ tạo thời điểm mà tốc độ phát triển đạt tới 1000% năm (vào năm 1995 1996) Xu hướng tiếp tục tương lai, tức ngày có nhiều người sử dụng trực tuyến người sử dụng trực tuyến thời gian trực tuyến nhiều hơn, nhu cầu băng thông lại tăng lên Các nghiên cứu thị trường cho thấy rằng, sau nâng cấp lên công nghệ băng rộng, thời gian trực tuyến người sử dụng tăng lên 35% so với trước nâng cấp Lưu lượng thoại tăng lên, với tốc độ thấp nhiều, khoảng 8% năm Theo hầu hết báo cáo phân tích, lưu lượng liệu vượt trội nhiều so với lưu lượng thoại Càng ngày có nhiều dịch vụ ứng dụng triển khai băng thông dành cho người sử dụng tăng lên Đứng trước tình hình đó, số công nghệ đưa nhằm đáp ứng đòi hỏi băng tần Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin Hiện tại, nhà cung cấp dịch vụ triển khai cung cấp dịch vụ Internet công nghệ đường dây thuê bao số DSL DSL sử dụng đôi dây giống dây điện thoại, yêu cầu phải có modem DSL đặt thuê bao DSLAM đặt tổng đài Tốc độ liệu DSL nằm khoảng từ 128 Kb/s đến 1,5 Mb/s Mặc dù tốc độ tăng đáng kể so với modem tương tự, khó coi băng rộng không cung cấp dịch vụ video, thoại, liệu cho thuê bao xa Khoảng cách từ tổng đài đến theo bao phạm vi 5,5 km Ta tăng khoảng cách giải pháp triển khai thêm nhiều DSLAM đến gần thuê bao, giải pháp khơng hiệu chi phí q cao Một giải pháp khác đưa sử dụng cáp modem Các công ty cáp TV cung cấp dịch vụ Internet cách triển khai dịch vụ tích hợp liệu mạng cáp đồng trục, mà ban đầu thiết kế để truyền dẫn tín hiệu video tương tự Ví dụ, mạng HFC có sợi quang nối từ đầu dẫn hay hub đến nút quang, từ nút quang phân chia đến thuê bao thông qua cáp đồng trục, lặp ghép/tách Tuy nhiên, mơ hình kiến trúc có nhược điểm thơng lượng hiệu dụng nút quang khơng q 36 Mb/s, tốc độ thường thấp vào cao điểm Như vậy, thấy công nghệ DSL cáp modem không đáp ứng yêu cầu băng thông cho mạng truy nhập Hầu hết nhà công nghệ mạng tiến tới công nghệ mới, tập trung chủ yếu vào truyền tải liệu, đặc biệt liệu IP Trong bối cảnh đó, cơng nghệ PON giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng Người ta trông đợi mạng PON giải vấn đề tắc nghẽn băng thông mạng truy nhập kiến trúc mạng viễn thông, bên nhà cung cấp dịch vụ CO, điểm kết cuối, điểm truy nhập bên công ty cung cấp dịch vụ, hay khu vực tập trung thuê bao Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin Mạng quang thụ động định nghĩa cách ngắn gọn sau: “Mạng quang thụ động (PON) mạng quang khơng có phần tử điện hay thiết bị quang điện tử” Như với khái niệm này, mạng PON không chứa phần tử tích cực mà cần phải có chuyển đổi điện - quang Thay vào đó, PON bao gồm: sợi quang, chia, kết hợp, ghép định hướng, thấu kính, lọc, Điều giúp cho PON có số ưu điểm như: không cần nguồn điện cung cấp nên khơng bị ảnh hưởng lỗi nguồn, có độ tin cậy cao không cần phải bảo dưỡng tín hiệu khơng bị suy hao nhiều phần tử tích cực Mạng PON ngồi việc giải vấn đề băng thơng, cịn có ưu điểm chi phí lắp đặt thấp tận dụng sợi quang mạng có từ trước PON dễ dàng thuận tiện việc ghép thêm ONU theo yêu cầu dịch vụ, việc thiết lập thêm nút mạng tích cực phức tạp việc cấp nguồn nút mạng, nút mạng cần có phát lại PON hoạt động vớ chế độ khơng đối xứng Chẳng hạn, mạng PON truyền dẫn theo luồng OC-12 (622 Mbits/s) đường xuống truy nhập theo luồng OC-3 (155 Mbits/s) đường lên Một mạng khơng đối xứng giúp cho chi phí ONU giảm nhiều, phải sử dụng thu phát giá thành thấp PON cịn có khả chống lỗi cao (cao SONET/SDH) Do nút mạng PON nằm bên mạng, nên tổn hao lượng nút khơng gây ảnh hưởng đến nút khác Khả nút lượng mà không làm ngắt mạng quan trọng mạng truy nhập, nhà cung cấp đảm bảo lượng dự phòng cho tất đầu cuối xa Với lý trên, công nghệ PON coi giải pháp hàng đầu cho mạng truy nhập PON cho phép tương thích với giao diện Lê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thơng Tin SONET/SDH sử dụng vòng thu quang thay cho tuyến truyền dẫn ngắn mạng thị hay mạch vịng SONET/SDH đường trục 1.2 Kiến trúc PON Các phần tử thụ động PON nằm mạng phân bố quang (hay gọi mạng ngoại vi) bao gồm phần tử sợi quang, tách/ghép quang thụ động, đầu nối mối hàn quang Các phần tử tích cực OLT ONU nằm đầu cuối PON Tín hiệu PON phân truyền theo nhiều sợi quang kết hợp lại truyền sợi quang thông qua ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu theo hướng lên hay hướng xuống PON PON thường triển khai sợi quang đơn mode, với cấu hình phổ biến PON triển khai theo cấu hình vịng ring cho khu thương mại theo cấu hình bus triển khai khu trường sở, Mơ hình mạng quang thụ động với phần tử biểu diễn hình Hình 1.1 Mơ hình mạng quang thụ động Về mặt logic, PON sử dụng mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với CO phục vụ cho nhiều thuê bao Có số cấu hình kết nối điểmLê Minh Liêm - 509102041 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập cấu hình cây, nhánh, vòng ring, bus Hình 1.2: Các kiểu kiến trúc PON Bằng cách sử dụng ghép 1:2 chia quang 1:N, PON triển khai theo cấu hình cấu hình Ngồi ra, PON cịn thu gọn lại thành vịng ring kép, hay hình cây, hay nhánh Tất tuyến truyền dẫn PON thực OLT ONU OLT nằm CO kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), biết đến mạng đường trục ONU nằm vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB FTTC) Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc PON Trong cấu hình trên, cấu hình 1:N Error: Reference source not found(a), hay cấu hình phân nhánh Error: Reference source not found(b) sử dụng phổ biến Đây cấu hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển thuê bao, địi hỏi ngày tăng băng thơng Lê Minh Liêm - 509102041 10 Trường Đại Học Phương Đơng Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin Ưu điểm WDM-PON khả cung cấp dịch vụ liệu theo cấu trúc khác (DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet) tùy theo yêu cầu băng thông khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm WDM-PON chi phí lớn cho linh kiện quang để sản xuất lọc bước sóng khác WDM-PON triển khai kết hợp với giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông truyền tin WDM-PON phát triển mạnh Hàn Quốc Hình 1.15 Cấu trúc WDM – PON Các thuật ngữ thích hình: CO :Center office : Văn phịng trung tâm FTTH: Fiber to the home-Cáp quang thuê bao FTTB : Fiber to the building- Cáp quang tới tòa nhà FTTC : Fiber to the curt- cáp quang tới khu dân cư VDSL switch: Thiết bị định tuyến đường dây thuê bao số tốc độ cao Wireless Access point : Điểm truy câp Wireless 1.5.3 CDMA-PON Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA triển khai ứng dụng PON Cũng giống WDM-PON, CMDA-PON cho phép Lê Minh Liêm - 509102041 24 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin ONU sử dụng khuôn dạng tốc độ liệu khác tương ứng với nhu cầu khách hàng CDMA PON kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông CDMA PON truyền tải tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn, trải kênh thông tin Các ký hiệu từ tín hiệu khác mã hóa nhận dạng thông qua giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng TDMA PON tuân theo phương thức trải phổ chuổi trực tiếp Trong phương thức ký hiệu 0, (tương ứng với tín hiệu) mã hóa thành chuỗi ký tự dài có tốc độ cao Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác cho kí tự Để khơi phục lại liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu sau gửi tới lọc nhiễu xạ để tách lấy tín hiệu ONU Ưu điểm CDMA PON cho phép truyền tải lưu lượng cao có tính bảo mật trội so chuẩn PON khác Tuy nhiên, trở ngại lớn CDMA-PON khuếch đại quang đòi hỏi phải thiết kế cho đảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N) Với hệ thống CDMAPON khơng có khuếch đại quang tùy thuộc vào tổn hao bổ sung chia, xoay vòng, lọc mà hệ số chia OLT/ONU 1:2 1:8 Trong đó, với khuyếch đại quang hệ số đạt 1:32 cao Bên cạnh đó, thu tín hiệu CDMA-PON phức tạp giá thành tương đối cao Chính nhược điểm nên CDMA-PON chưa phát triển rộng rãi 1.6 So sánh PON với công nghệ mạng quang thụ động AON Mạng quang chủ động (AON): Để phân phối tín hiệu, mạng quang chủ động sử dụng thiết bị sử dụng điện để phân tích liệu chuyển mạch, router multiplexer Dữ liệu từ phía nhà cung cấp khách hàng chuyển đến khách hàng Dữ liệu từ phía khách hàng tránh Lê Minh Liêm - 509102041 25 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin xung đột truyền đường vật lý chung việc sử dụng đệm thiết bị chủ động Từ năm 2007, hầu hết các hệ thống mạng quang chủ động gọi ethernet chủ động Ethernet chủ động sử dụng chuyển mạch ethernet quang để phân phối tín hiệu, kết nối hộ khách hàng với nhà cung cấp thành hệ thống mạng Ethernet khổng lồ giống mạng máy tính ethernet thơng thường ngoại trừ mục đích chúng kết nối hộ tòa nhà với nhà cung cấp dịch vụ Mỗi tủ chuyển mạch quản lý tới 1000 khách hàng, thông thường 400-500 khách hàng Các thiết bị chuyển mạch thực chuyển mạch định tuyến dựa vào lớp lớp Một nhược điểm lớn mạng quang chủ động thiết bị chuyển mạch Với công nghệ tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thơng tin tiếp tục chuyển ngược lại để truyền Điều làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa hệ thống FTTX Ngồi ra, chuyển mạch có tốc độ cao nên thiết bị đắt, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập Phân tích ưu nhược điểm lựa chọn cơng nghệ: nhiều chuẩn mạng truy nhập FTTx khác không tương thích với Vì có linh hoạt lựa chọn cơng nghệ, nhiên mang lại nhiều rủi ro định đầu tư vào FTTx Vì dịch vụ mạng tính chất kỹ thuật cao nên yếu tố cơng nghệ mang tính chất định sống cịn Việc lựa chọn cơng nghệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: giá thành, độ phức tạp, khả quy mô triển khai, chuẩn hóa thiết bị Giữa hai cơng nghệ mạng quang trực tiếp mạng quang chia sẻ ta dùng mạng quang chia sẻ mạng quang trực tiếp có chi phí lớn Hơn việc triển khai mạng quang trực tiếp thời điểm gặp số vấn đề kỹ thuật tài chính.Trong mạng quang chia sẻ ta dùng cơng nghệ mạng thụ động (PON) công nghệ mạng chủ động (AON) có hạn chế thiết bị chuyển mạch dẫn đến hạn chế tốc độ toàn Lê Minh Liêm - 509102041 26 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin mạng Hiện chuyển mạch quang tốc độ cao có giá thành cao phù hợp cho thiết kế mạng lõi Hình 1.16 So sánh mạng quang chủ động mạng quang thụ động PON: Mạng quang chủ động AON: Mạng quang bị động OLT: Đầu cuối đường quang ONT: Đầu cuối đường quang Lê Minh Liêm - 509102041 27 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin Chương Các hệ thống PON triển khai 2.1 APON/BPON Từ năm 1995, nhà khai thác mạng hàng đầu giới lập nên nhóm FSAN (Full Service Access Network) với mục tiêu thống tiêu chí cho mạng truy nhập băng rộng Hiện thành viễn FSAN tăng lên đến 40 có nhiều hãng sản xuất cung cấp thiết bị viễn thông lớn giới Các thành viên FSAN phát triển tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM giao thức lớp Hệ thống gọi APON (viết tắt ATM PON) Cái tên APON sau thay BPON với ý diễn đạt PON băng rộng Hệ thống BPON có khả cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng, v.v… Năm 1997 nhóm FSAN đưa đề xuất tiêu BPON lên ITU-T để thơng qua thức Từ đó, tiêu chuẩn ITU G.983.x cho mạng BPON thông qua Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên 622 Mbps hướng xuống tốc độ đối xứng 622 Mbps Các hệ thống BPON sử dụng nhiều nhiều nơi, tập trung Bắc Mỹ, Nhật Bản phần Châu Âu 2.2 GPON Do đặc tính cấu trúc BPON khó nâng cấp lên tốc độ cao 622 Mbps mạng PON cở sở ATM khơng tối ưu lưu lượng IP, nhóm FSAN phát triển hệ thống mạng PON từ năm 2001 với tốc độ 1Gbps hỗ trợ lưu lượng ATM IP Dựa khuyến nghị FSAN, từ năm 2003-2004, ITU-T chuẩn hóa loạt tiêu chuẩn cho mạng PON Gigabit (GPON) bao gồm G.984.1,G.984.2 G.984.3 Lê Minh Liêm - 509102041 28 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin Chuẩn GPON định nghĩa dựa giao thức chuẩn SONET/SDH ITU Các giao thức đơn giản địi hỏi thủ tục Chính mà hiệu suất băng thơng GPON đạt tới 90% Các ưu điểm GPON : Cung cấp dịch vụ ba: hỗ trợ dịch vụ âm thanh, liệu video truyền theo định dạng gốc Rất nhiều dịch vụ Ethernet QoS, VLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) RSTP (Rapid SpanningTree Protocol) hỗ trợ Hiệu suất tốc độ đường truyền cao nhất: GPON hỗ trợ tốc độ bít cao từ trước tới với tốc độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng 2,488/1,244 Gbit/s GPON cung cấp độ rộng băng lớn chưa có từ trước tới công nghệ tối ưu cho ứng dụng FTTH FTTB Hiện tương lai GPON công nghệ phù hợp cho việc truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ truyền tiếng nói video qua PON việc sử dụng giao thức SONET/SDH Lê Minh Liêm - 509102041 29 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin EPON GPON Dung lượng 1,244Gbps 622Mbps đến 2,488Gbps Băng tần Truyền tải TDM 600Mbps Hạn chế chưa 2300Mbps Có chuẩn hố Số ONT Chiều dài PON lớn chuẩn hoá 16 (IEEE 802.3ah) 20km 32/64/128 35km Phân mức nguồn Khơng Khơng Bước sóng thứ cho mức Thời gian bảo vệ sợi Không Bảo vệ Được chuẩn hoá cho 50ms Đã chuẩn hoá dịch vụ video Hệ thống GPON sử dụng truyền dẫn bất đối xứng với tốc độ đường truyền cho hướng xuống 2,5Gb/s hướng lên 1,25Gb/s Hiệu suất đạt hai hướng khoảng 92% Do đó, GPON cung cấp băng tần hướng xuống cho ONT khoảng 2300Mb/s, độ liệu lớn đồng thời khoảng 72Mb/s cho ONT Ở hướng lên, ONT truyền gần 1150Mb/s, tức khoảng 35Mb/s cho endpoint 32 ONT đồng thời gửi liệu Hiện nay, phần lớn hệ thống EPON bị giới hạn hỗ trợ 32 ONT với khoảng cách lớn 20km, hệ thống GPON chuẩn hố hỗ trợ 64 ONT với khoảng cách phục vụ 35 km GPON cung cấp băng tần lớn khoảng 56% so với EPON Hơn nữa, GPON cải thiện băng tần hướng xuống tốc độ đường truyền cao (2,5Gb/s GPON so với 1,25Gb/s EPON) Bảng 2.1 So sánh EPON GPON Lê Minh Liêm - 509102041 30 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin 2.3 EPON Năm 2001, IEEE thành lập nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile (EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet sang mạng truy nhập vùng, hướng tới mạng mạng đến nhà thuê bao doanh nghiệp với yêu cầu giữ tính chất Ethernet truyền thống Ethernet PON bắt đầu nghiên cứu thời gian gian Sự phát triển EPON nhà khai thác cảm thấy tiêu chuẩn APON giải pháp khơng thích hợp với mạch vịng th bao thiếu khả cung cấp dịch vụ video, không đủ độ rộng băng, phức tạp đắt EPON cho phép băng thông cao hơn, chi phí thấp hơn, khả cung cấp dịch vụ rộng APON Điểm khác EPON APON EPON liệu truyền gói có độ dài thay đổi lên tới 1,518 byte theo giao thức IEEE 802.3 cho Ethernet, với APON, liệu truyền tế bào có độ dài cố định 53 byte (với 48 byte tải trọng byte mào đầu) Định dạng gây khó khăn cho APON mang liệu có định dạng theo IP Dữ liệu IP phân đoạn thành gói có độ dài khác lên tới 65,535 byte Khi APON mang liệu IP, gói phải chia nhỏ thành đoạn 48 byte với byte mào đầu thêm vào Quá trình tốn thời gian, phức tạp phát sinh thêm chi phí cho OLT ONU Hơn phải tốn băng thông byte cho đoạn 48 byte, tạo phần mào đầu nặng nề (thường gọi “ thuế tế bào ATM”) Ngược lại, Ethernet thiết kế để mang liệu IP giảm mạnh phần mào đầu so với ATM Quản lý liệu luồng lên/luồng xuống EPON Trong EPON, trình truyền liệu luồng xuống từ OLT tới ONU khác với việc truyền liệu đường lên từ ONU tới OLT Trong liệu phát quảng bá từ OLT tới ONU gói có độ dài thay đổi lên đến 1.518 byte Mỗi gói mang phần mào đầu (header), Lê Minh Liêm - 509102041 31 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin dành cho ONU1, ONU2 ONU3 Hơn nữa, số gói dành cho tất ONU (gói quảng bá) cho nhóm ONU (multicast) chia, liệu chia thành tín hiệu riêng, tín hiệu mang tất gói cho ONU Khi liệu tới ONU, nhận gói dành cho loại bỏ gói dành cho ONU khác Hình 2.1 Dịng liệu đường lên EPON Cấu trúc khung EPON Dữ liệu đường xuống chia thành khung có độ dài cố định, khung mang nhiều gói có độ dài thay đổi Thông tin đồng hồ, dạng trỏ đồng bao gồm phần bắt đầu khung Con trỏ đồng làm mã 1byte truyền ms để đồng ONU với OLT Lê Minh Liêm - 509102041 32 Trường Đại Học Phương Đơng Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin Hình 2.2 Cấu trúc khung đường xuống EPON Mỗi gói có độ dài thay đổi đánh địa tới ONU xác định số, từ tới N Các gói định dạng theo tiêu chuẩn IEEE 802.3 truyền xuống với tốc độ lên tới Gb/s Chi tiết gói có độ dài thay đổi cho thấy gồm có header, tải trọng có độ dài thay đổi phần phát lỗi Hình 2.3 trình bày ví dụ liệu đường lên ghép kênh theo thời gian vào đường quang chung để tránh xung đột liệu đường lên từ ONU Dữ liệu đường lên chia thành khung, khung chia tiếp thành ONU- khe thời gian xác định Các khung đường lên hình thành khoảng truyền ms liên tiếp Phần header khung xác định bắt đầu khung đường lên Hình 2.3 Cấu trúc khung đường lên EPON Các khe thời gian ONU khoảng truyền khung đường lên mà dành để truyền gói có độ dài thay đổi từ ONU xác định Mỗi ONU có khe thời gian dành riêng khung đường lên Ví dụ, Lê Minh Liêm - 509102041 33 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin trong hình 1.9, khung đường lên chia thành N khe thời gian, khe thời gian tương ứng với ONU nó, từ tới N Phần điều khiển TDM cho ONU, liên kết với thông tin đồng từ OLT, điều khiển việc định thời truyền dẫn đường lên gói có độ dài biến đổi khe thời gian rành riêng Hình 1.9 cho thấy chi tiết khe thời gian ONU (ONU số 4), bao gồm hai gói có độ dài thay đổi số mào đầu khe thời gian Phần mào đầu khe thời gian gồm băng bảo vệ, thị định thời thị cơng suất tín hiệu Khi khơng có lưu lượng truyền từ ONU, khe thời gian điền tín hiệu giả ngẫu nhiên Ích lợi EPON EPON đơn giản, hiểu đắt tiền giải pháp truy nhập đa dịch vụ khác Các ưu điểm EPON sau: - Độ rộng băng cao hơn: lên tới độ rộng băng 1,25 Gb/s - Giá thành thấp hơn: giá thành thiết bị EPON so sánh với thiết bị DSL - Nhiều lợi nhuận: Việc triển khai mềm dẻo nhiều loại dịch vụ tạo có lợi nhuận cao 2.4 WDM-PON Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON) hệ mạng truy nhập quang cho băng thông lớn TDMPON (bao gồm BPON, GPON GEPON) sử dụng chia công suất quang thụ động, hướng xuống quảng bá ONU nhận liệu thông qua nhãn địa nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh miền thời gian WDMPON sử dụng ghép sóng WDM thụ động, hướng xuống ONU nhận liệu bước sóng, hướng lên bước sóng khác ghép thơng qua ghép sóng WDM tới ONU Do sử dụng bước sóng cho ONU nên WDMPON có tính bảo mật tính mềm dẻo tốt Cơng nghệ Lê Minh Liêm - 509102041 34 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin WDMPON lựa chọn tương lai bước phát triển cho công nghệ mạng truy nhập quang PON 2.5 Nhận xét chung hệ thống PON Vào năm 90 kỷ này, công nghệ APON (ATM - PON) áp dụng để truyền tải liệu tiếng nói Chậm chút BPON, sử dụng cấu trúc chuyển đổi ATM đường biên mạng Tuy nhiên mạng APON/BPON không quan tâm phát triển hỗ trợ dịch vụ ATM tốc độ truy nhập thấp nhiều so với công nghệ hữu khác GPON hay EPON Các nghiên cứu tập trung vào GPON EPON/GEPON cơng nghệ hứa hẹn triển khai rộng rãi mạng truy nhập băng rộng đặc điểm vượt trội chúng so với công nghệ khác Trong GEPON cung cấp tốc độ truyền 1,25 Gbit/s GPON lại cho phép đạt tới tốc độ 2.448 Gbit/s Và chí, ngày nhà cung cấp dịch vụ cố tiết kiệm chi phí việc tận dụng tối đa băng thơng GEPON dần trở thành lựa chọn không đánh giá cao Với hiệu suất từ 50% – 70%, băng thông GEPON bị giới hạn khoảng 600Mbps đến 900Mbps, GPON với việc tận dụng băng thơng tối đa cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2300 Mbps Trong nghiên cứu điển hình, hệ thống mạng GPON Flexlight đạt tới hiệu suất mạng 93%, điều có nghĩa có 7% độ rộng băng tần sử dụng cho việc quy định thủ tục giao thức truyền thông Hiệu suất lớn, độ rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà cung cấp dịch vụ Trong APON, BPON, hay EPON lại tốn nhiều băng thông cho việc quy định thủ tục truyền thơng Chính mà hiệu suất băng thơng giảm đáng kể Cụ thể APON BPON 70% EPON 50% Lê Minh Liêm - 509102041 35 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin Đã chuẩn hoá theo ITU – T G.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với định dạng gốc IP TDM, thực giải pháp cơng nghệ PON đạt hiệu kinh tế sử dụng cho dịch vụ gia đình cho doanh nghiệp Với đặc tính hỗ trợ cao độ rộng băng tiêu dùng nâng từ 10 MHz lên 100 MHz cho truyền liệu Internet, đáp ứng yêu cầu cho nhiều dịng IPTV (Internet Protocol Television), hỗ trợ truyền thông SDTV (Standard Definition Television) HDTV (High Definition TeleVision), GPON thực đánh giá kinh tế EPON Mặt khác tiêu chuẩn IEEE 803.2ah hỗ trợ lớp ODN : lớp A lớp B ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ lớp C, lớp cấp cao Lớp C cho phép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng cuối, đạt tới 64 chí 128 ONU/ONT Bên cạnh EPON hỗ trợ tốc độ truyền dẫn đối xứng 1,25/1,25 Gbps ITU- T G.984.2 GPON GPM linh hoạt biến đổi nhiều hơn, cho phép tốc độ hướng xuống 1,25 2,5 Gbps, hướng lên cho phép 155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 2,5 Gbps Cả hai công nghệ nhắm tới thị trường truy nhập, bao gồm ứng dụng Fiber-To-The-Home Fiber-To-The Building/Curb với đặc trưng tốc độ truy nhập không đối xứng hướng lên hướng xuống Thậm chí với phát triển ứng dụng liệu khơng có nhu cầu đến 1,25 Gbps hướng lên Trong GPON cho phép nhà cung cấp dịch vụ để thiết lập tốc độ kết nối theo nhu cầu thực tế, EPON không thực điều Mặc dù khơng vấn đề lớn chi phí kết nối tốc độ cao, nhiên để hỗ trợ 1.25 Gbps hướng lên, đòi hỏi phải cung cấp laser DFP đầu cuối điôt thác quang APD đắt trung tâm mạng quang CO Từ so sánh thấy GPON thích hợp so với EPON việc lắp đặt hệ thống mạng để cung cấp khả dự phòng cần Lê Minh Liêm - 509102041 36 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin thiết hỗ trợ cho O&M, khả tương thích bảo mật Đây điều kiện cần thiết để điều hành mạng kích cỡ lớn Lê Minh Liêm - 509102041 37 Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thơng Tin KẾT LUẬN Qua nhóm em phần nắm tổng quan mạng quang thụ động PON hệ thống PON triển khai PON mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai dịch vụ băng rộng (thoại, liệu, video) khối kết cuối đường dây xa (ONUs) kết cuối mạng (OLT) Một mạng PON tập trung lưu lượng từ 64 ONU đến OLT đặt tổng đài nội hạt (CO) theo kiến trúc hình cây, bus, vịng ring chống lỗi Giống mạng SONET/SDH, PON công nghệ truyền tải lớp một, hoạt động với chế độ không đối xứng có khả chống lỗi cao SONET/SDH Mạng PON việc giải vấn đề băng thơng, cịn có ưu điểm chi phí lắp đặt thấp tận dụng sợi quang mạng có từ trước PON dễ dàng thuận tiện việc ghép thêm ONU theo yêu cầu dịch vụ, việc thiết lập thêm nút mạng tích cực phức tạp việc cấp nguồn nút mạng, nút mạng cần có phát lại Mạng PON cho phép triển khai dịch vụ băng rộng có tính tương tác Lê Minh Liêm - 509102041 38 ... Nghệ Thông Tin Chương Mạng quang thụ động PON PON từ viết tắt Passive Optical Network hay gọi mạng quang thụ động Cơng nghệ mạng quang thụ động PON cịn hiểu mạng công nghệ quang truy nhập giúp tăng... quang. ODN bao gồm thành phần quang thụ động: Cáp sợi quang đơn mode, Connector quang, thiết bị rẽ nhánh quang thụ động, suy hao quang thụ động mối hàn * Giao diện quang Lê Minh Liêm - 509102041... chuyển mạch quang tốc độ cao có giá thành cao phù hợp cho thiết kế mạng lõi Hình 1.16 So sánh mạng quang chủ động mạng quang thụ động PON: Mạng quang chủ động AON: Mạng quang bị động OLT: Đầu