Thiết kế hệ thống ftth dựa trên công nghệ mạng quang thụ động cho thị trấn đô lương, nghệ an khóa luận tts nghiệp ngành điện tử viễn thông

Vì thế mà các nhà khai thác viễn thông đã đưa ra một công nghệ mới có thể đáp ứng được các dịch vụ này với băng thông lớn, tốc độ cao, ổn định và có thể thay thế hoàn toàn công nghệ ADSL

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG

CHO THỊ TRẤN ĐÔ LƯƠNG - NGHỆ AN

Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN HOA LƯ Sinh viên thực hiện: ĐẶNG VĂN CÔNG

NGHỆ AN - 2015

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 4

MỞ ĐẦU 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU 11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 12

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH 14

1.1 Công nghệ truy cập cáp quang 14

1.2 Hệ thống thông tin FTTx 15

1.3 Hệ thống thông tin FTTH, so sánh FTTH với ADSL 17

1.3.1 Đặc điểm và tiện ích của FTTH 17

1.3.2 So sánh FTTH và ADSL 18

1.4 Sự phát triển của FTTH 18

1.4.1 Tình hình phát triển FTTH trên thế giới 19

1.4.2 Tình hình triển khai FTTH tại Việt Nam 20

1.5 Kiến trúc hệ thống FTTH 20

1.5.1 Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH 20

1.5.2 Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH 22

1.6 Kết luận 24

Chương 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON VÀ CẤU HÌNH MẠNG FTTH TRÊN NỀN PON 25

2.1 Công nghệ mạng quang chủ động AON 25

2.2 Công nghệ mạng quang thụ động PON 26

2.2.1 Giới thiệu chung 26

2.2.2 Đặc điểm chính của PON 27

2.3 So sánh giữa AON và PON 27

2.4 Cấu trúc hình cây trong mạng FTTH dựa trên nền PON 28

2.5 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 30

2.5.1 Mô hình hệ thống 30

2.5.3 OLT 32

2.5.4 ONU 34

2.5.5 ODN 36

2.6 Mô hình thiết kế tuyến FTTH 38

2.7 Hệ thống IM-DD phân phối tín hiệu với các EDFA mắc chuỗi 41

2.7.1 Công thức tổng quát tính tổng công suất nhiễu quang ASE 42

2.7.2 Xác định biểu thức eSNR cho hệ thống IM-DD có các EDFA mắc chuỗi 44

2.8 Cấu hình mạng 46

2.9 Kết luận 47

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TUYẾN QUANG FTTH CHO CÁC THUÊ BAO TẠI THỊ TRẤN ĐÔ LƯƠNG, NGHỆ AN 49

3.1 Bài toán thiết kế 49

3.1.1 Đặc điểm tự nhiên và xã hội của thị trấn Đô Lương 49

3.1.2 Thiết kế mô hình thực tế triển khai mạng FTTH tại vùng quy hoạch 51 3.2 Thiết kế tuyến quang FTTH theo quỹ công suất và thời gian lên 53

3.2.1 Yêu cầu về quỹ thời gian lên 54

3.2.2 Yêu cầu về quỹ công suất 54

3.3 Mô phỏng bằng phần mềm Optiwave (Optisystem 7.0) 55

3.3.1 Xây dựng cấu hình mạng FTTH trên phần mềm Optiwave 55

3.3.2 Thiết kế các khối trong hệ thống FTTH 56

3.3.3 Kết quả 61

3.4 Các phương pháp bảo vệ hệ thống 64

3.4.1 Các mô hình bảo vệ dạng cây 64

3.4.2 Giới thiệu một số mô hình bảo vệ dạng vòng 69

3.5 Kết luận 71

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Vinh và được sự hướng dẫn, dạy bảo của các thầy cô, mà đặc biệt là các thầy cô của khoa Điện tử viễn thông, em dần được trang bị các kỹ năng mà người kỹ sư điện tử viễn thông cần có Điều đó sẽ giúp ích rất nhiều cho kỹ năng làm việc của em trong tương lai

Lời cảm ơn này em xin chân thành gửi đến Ban giám hiệu nhà trường cùng các thầy cô giáo của khoa Điện tử viễn thông đã giảng dạy và giúp đỡ em suốt những năm học qua Và cũng qua đây em cũng xin được tỏ lòng biết ơn chân thành

đến PGS.TS Nguyễn Hoa Lư đã luôn theo sát, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình

thực hiện đồ án tốt nghiệp

Vì sự hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót Mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Đặng Văn Công

MỞ ĐẦU

Internet băng rộng với công nghệ ADSL (sử dụng cáp đồng) đã tạo nên bước tiến bùng nổ trong việc truyền tải dữ liệu Với khả năng kết nối, truyền dữ liệu gấp hàng chục đến hàng trăm lần modem quay số, ADSL đã biến Internet trở nên gần gũi và phổ biến với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới

Những tiến bộ, phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin như hiện nay và được ứng dụng vào trong viễn thông đã đáp ứng được rất nhiều nhu cầu của mọi người khi sử dụng Internet Tuy nhiên, khi nhu cầu khách hàng muốn sử dụng đồng thời các dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn thì các công nghệ truyền dẫn Internet hiện tại phổ biến là công nghệ ADSL không thể đáp ứng được như: hội nghị truyền hình (Video Conference), truyền hình độ nét cao (HDTV, SDTV), do công nghệ ADSL truyền dẫn trên đôi dây cáp đồng nên băng thông nhỏ không đáp ứng được các dịch vụ này Vì thế mà các nhà khai thác viễn thông đã đưa ra một công nghệ mới có thể đáp ứng được các dịch vụ này với băng thông lớn, tốc độ cao, ổn định và có thể thay thế hoàn toàn công nghệ ADSL trong vài năm tới là công nghệ FTTH – đây là công nghệ truy nhập Internet hiện đại nhất trên thế giới với đường truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang từ nhà cung cấp dịch vụ tới tận địa điểm của khách hàng Công nghệ này mới được triển khai ở nước ta từ cuối năm 2008 và đang được hoàn thiện Vì vậy, việc đi sâu phân tích, tìm hiểu công nghệ FTTH là rất cần thiết

Tuy nhiên, FTTH vẫn còn khó khăn khi giá cước của nó đắt hơn rất nhiều so với ADSL và cơ sở hạ tầng viễn thông Việt Nam còn nhiều hạn chế nên việc triển khai và vận hành bảo dưỡng vẫn còn nhiều khó khăn nhất định

Chính vì lẽ trên, việc xây dựng mô hình tính toán thiết kế mạng quang FTTH và các phương pháp bảo vệ hệ thống trở thành một trong những chủ đề cần nghiên cứu

Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG CHO THỊ TRẤN ĐÔ LƯƠNG, NGHỆ AN” làm đề tài tốt nghiệp

Nội dung của đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin FTTH

Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động PON và cấu hình mạng FTTH

ý của các thầy cô và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn Qua đây,

em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Hoa Lư, đã hướng

dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian làm đồ án, để giúp em hoàn thành đồ

án này

Sinh viên thực hiện

Đặng Văn Công

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án này trình bày tổng quan về kiến trúc hệ thống FTTx và đi sâu vào công nghệ sợi quang tới nhà (FTTH) và mạng quang thụ động (PON) Mô hình mạng FTTH thường được triển khai theo công nghệ PON, đây là công nghệ hiện đại được triển khai tại Việt Nam và trên thế giới hiện nay Trong đồ án này, chúng ta xây dựng mô hình truyền dẫn quang đến các hộ gia đình FTTH có dạng hình sao và sao mở rộng gồm các bộ khuếch đại quang sợi EDFA mắc chuỗi, tính toán và thiết

kế hệ thống thông tin sợi quang FTTH cho các thuê bao tại thị trấn Đô Lương Sau

đó đưa ra một số phương pháp để bảo vệ hệ thống trong quá trình vận hành, sử dụng phần mềm chuyên dụng Optiwave để kiểm chứng và đánh giá chất lượng tín hiệu trong hệ thống

ABSRACT

Thesis presents the overview of system architecture fiber to the x and detailed fiber to the home technology (FTTH) and passive optical network (PON) Model of FTTH network is developed based on PON technology which

is the modern technology development in VietNamese and the world In this thesis, we built a model of the star and expanded-star fiber to the home system (FTTH) including cascaded Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA), calculated and designed the fiber optical communication system of subcribers in Do Luong town Then give some methods to protect the system during operation, comprehensive software OptiSystem was used to check and evaluate the signal quality in this system

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà

FTTC Fiber To The Curb Sợi quang đến cụm thuê bao

(tủ cáp)

FTTH Fiber To The Home Sợi quang đến tận nhà thuê

bao FTTN Fiber To The Node Sợi cáp quang tới tủ thiết bị

ASE Accumulated Spontanous

Emission

Công suất nhiễu phát xạ tự phát tích lũy

ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ

AWG Arrayed Waveguide Grating Ống dẫn sóng dạng mảng

lưới

FSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy đủ

CDMA PON Code Division Multiple Access

PON

PON theo đa truy nhập theo

mã

DBRu Dynamic Bandwidth Report

Ethernet

BPON Broadband Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động với dải sóng rộng

ADSL Asymmetric Digital Subcriber

Line

Đường dây thuê bao bất đối xứng

AON Access Optical Network Mạng quang chủ động

ITU International Telecommunication

GEM G-PON Encapsulation Method Chế độ đóng gói GPON GTC GPON Transmission Conversion Lớp hội tụ truyền dẫn GPON

NRZ Non return to Zero Mã đường dây (NRZ) không

trở về 0 OAN Optical Access Network Mạng truy cập quang

OAM Operation, Administration and

Maintenance

Vận hành, quản lý và bảo dưỡng

ODN Optical Ditribution Network Mạng phân phối quang OEC Optical Electrical Converter Chuyển đổi điện quang

OLT Optical Line Terminator Thiết bị kết cuối đường

truyền quang ONT Optical Network Terminator Thiết bị kết cuối mạng quang

ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

P2MP Point To Muitipoint Điểm tới đa điểm

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

PLOAM Physical Layer Operation

Administration and Maintenance OAM lớp vật lý PLOAMd

Physical Layer Operations, Administration And Management downstream

OAM lớp vật lý đường xuống

PLOAMu

Physical Layer Operations, Administration And Management upstream

OAM lớp vật lý đường lên

PLOu Power Levelling Sequence

PLSu Power Levelling Sequence

TDM Time Division Multiplexing Ghéo kênh phân chia theo

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

2.1 Liệt kê suy hao của các bộ chia tương ứng 37

3.1 Tóm tắt các tham số tính toán trong tuyến quang FTTH 52

3.2 Một số tham số điển hình của thiết bị phát quang 55

3.3 Một số tham số điển hình của thiết bị thu quang 59

3.4 Bảng thông số khi thay đổi PT với tốc độ 622 Mb/s 63

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Phân loại các công nghệ truy cập 13

Hình 1.2 Kiến trúc FTTx 14

Hình 1.3 Tỉ lệ băng thông rộng trên thế giới theo thống kê quý 4 năm 2007 18

Hình 1.4 Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH 20

Hình 1.5 Mô tả vật lý với P2P và P2MP 21

Hình 1.6 Cấu hình P2P 21

Hình 1.7 Cấu hình P2MP 22

Hình 1.8 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang 22

Hình 2.1 Cấu trúc AON đơn giản 24

Hình 2.2 Cấu trúc AON Ethernet 25

Hình 2.3 Cấu trúc hình cây 29

Hình 2.4 Mô hình hệ thống PON 29

Hình 2.5 Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và ONU tới khách hàng 30

Hình 2.6 Các khối chức năng OLT 32

Hình 2.7 Nguyên lý thu/phát ONU 33

Hình 2.8 Các khối chức năng ONU 34

Hình 2.9 Kiến trúc hình cây (sử dụng bộ chia 1:N) 35

Hình 2.10 Đặc tuyến suy hao của sợi quang 36

Hình 2.11 Các loại splitter 36

Hình 2.12 Mô hình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T 39

Hình 2.13 Cấu hình FTTH có bộ khuyếch đại đặt trước bộ chia 39

Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống IM-DD với các EDFA mắc chuỗi 40

Hình 2.15 Sơ đồ khối một nhánh hình tia của mạng phân phối 46

Hình 3.1 Bản đồ thị trấn đô lương 50

Hình 3.2 Một phần sơ đồ thiết kế các tuyến quang FTTH 55

Hình 3.3 Sơ đồ phần phát 56

Hình 3.4 Sơ đồ mạng phân phối khối 1 58

Hình 3.5 Sơ đồ phần thu 60

Hình 3.7 Công suất tại đầu vào máy thu với công suất phát -8 dBm 61

Hình 3.8 Giản đồ mắt với công suất phát -9 dBm, tốc độ 622 Mb/s 62

Hình 3.9 Công suất tại đầu vào máy thu với công suất phát -9 dBm 62

Hình 3.10 Mô hình PON không có sự bảo vệ 64

Hình 3.11 PON có bảo vệ trung kế 65

Hình 3.12 PON có bảo vệ nhánh 66

Hình 3.13 Mô hình PON có bảo vệ trung kế và nhánh dùng cách ghép Cascade 67

Hình 3.14 PON có bảo vệ cây 68

Hình 3.15 Bảo vệ vòng ring dùng bộ chuyển mạch quang k:n 69

Hình 3.16 Bảo vệ vòng ring dùng bộ chuyển đổi dãy bước sóng, bộ ghép và bộ giải đa hợp 69

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN FTTH 1.1 Công nghệ truy nhập cáp quang

Công nghệ truy cập hiện nay gồm:

Hình 1.1 Phân loại các công nghệ truy cập

Công nghệ truy nhập cáp quang là trong mạng truy nhập sử dụng cáp quang làm môi trường truyền dẫn chủ yếu để truyền thông tin thuê bao

So với công nghệ truy nhập dây đồng, nó có nhiều ưu điểm và triển vọng ứng dụng rất rộng lớn:

- Ưu điểm của công nghệ truy nhập cáp quang:

+ Độ rộng băng thông cao (50 THz)

+ Suy hao thấp (sợi đơn mode sử dụng rộng rãi ngày nay có suy hao 0,2 dB/km) nên cự ly truyền dẫn xa hơn so với cáp đồng

+ Bảo mật cao hơn do sợi quang khó câu nối , mắc rẽ

+ Chống nhiễu tốt hơn

+ Kích cỡ của cáp quang cũng nhỏ nhẹ hơn cáp đồng do đó dễ dàng lắp đặt,

đỡ hao phí sức lực cũng như các thiết bị chuyên chở cáp

+ Tránh được hiện tượng sét lan truyền trong đường dây thuê bao làm hư hỏng các thiết bị trong tổng đài

- Nhược điểm:

+ Nhược điểm lớn nhất của việc triển khai công nghệ truy nhập sợi quang là giá thành sợi quang và các thiết bị phục vụ cho mạng quang hiện nay khá đắt tiền

1.2 Hệ thống thông tin FTTx

FTT có nhiều loại nên cũng còn được gọi là FTTx (chữ x có ý nghĩa diễn tả các loại khác nhau)

Hình 1.2 Kiến trúc FTTx FTTx là thuật ngữ chung cho kiến trúc mạng băng rộng sử dụng cáp quang thay thế tất cả hay một phần cáp kim loại thông thường dùng trong mạch vòng ở chặng cuối của mạng viễn thông

Có ba giai đoạn phát triển của hệ thống thông tin quang:

- Giai đoạn đầu tiên là cáp quang được sử dụng trên mạng đường trục

- Giai đoạn thứ 2 là cáp quang được sử dụng cho mạng trung kế

- Giai đoạn ba là phát triển cáp sợi quang cho mạng thuê bao, giai đoạn này

có thể coi là giai đoạn chính để truy nhập sợi quang vào mạng

Mạng truy nhập quang rất phong phú, để đưa dịch vụ tới khách hàng bằng sợi quang

có thể thực hiện các hình thức truy nhập như:

- Sợi quang tới vùng nông thôn FTTR (Fiber to the Rulal)

- Sợi quang tới vùng dân cư FTTC (Fiber to the Curb)

- Sợi quang tới cơ quan FTTO (Fiber to the Office)

- Sợi quang tới tòa nhà FTTB (Fiber to the Building)

- Sợi quang tới tầng nhà FTTF (Fiber to the Floor)

- Sợi quang tới tận nhà FTTH (Fiber to the Home)

Trong cấu hình FTTR, FTTC, FTTF và FTTB có điểm giống nhau là các sợi quang

là sợi dùng chung Như vậy sợi quang sẽ được đặt từ tổng đài tới thiết bị mạng quang ở đầu xa ONU (Optical Network Unit) và thực hiện truyền luồng tín hiệu chung

Từ ONU tới các thuê bao sẽ là dây kim loại thông thường Cấu hình này tận dụng được băng tần sợi quang, giảm được chi phí ban đầu

Cáp sợi quang được đặt trong các cấu hình truy nhập có thể là chôn trực tiếp, kéo trong cống hoặc treo ngoài trời Tùy thuộc vào tốc độ truyền dẫn và nhu cầu phát triển về dung lượng mà có thể sử dụng số sợi dẫn quang cho phù hợp

Bảng 1.1 Các hệ thống truy nhập sợi quang Dạng ONU Người sử dụng

Mô tả khái quát cấu hình hệ thống Dạng

sử dụng

Vị trí lắp đặt

Trong thương mại

Trong dân dụng

Đối với FTTR, khoảng cách từ ONU tới thuê bao khoảng dưới 10 km, đối với FTTC khoảng cách từ ONU tới thuê bao khoảng 100 m, còn đối với FTTF và FTTB thì tùy thuộc khoảng cách từ nhà ở, thuê bao, công sở tới ONU khoảng cách này nói chung là rất gần Phương án sử dụng sợi quang riêng rẽ là FTTO và FTTH

ở đây sợi quang sẽ được đặt trực tiếp từ tổng đài tới tận người dùng và ONU ngay ở

vị trí thuê bao Tuy nhiên FTTO và FTTH đòi hỏi giá thành chi phí cao, cần phải xem xét cụ thể khi thiết kế Nhìn chung, để tiến tới phương án FTTO và FTTH cần

có chiến lược phát triển mạng và kế hoạch triển khai cụ thể để có được các bước thực hiện và đầu tư hợp lý Vì vậy các giải pháp đã được các nhà cung cấp dịch vụ, các hãng đưa ra nhằm triển khai hệ thống theo cách riêng có lợi nhất và tiếp cận thị trường dễ dàng nhất

1.3 Hệ thống thông tin FTTH, so sánh FTTH với ADSL

Công nghệ cáp quang thuê bao FTTH (Fiber to the Home) là mạng viễn thông băng thông rộng bằng cáp quang được nối đến tận nhà để cung cấp các dịch

vụ tốc độ cao như thoại, internet, truyền tải dữ liệu và truyền hình

1.3.1 Đặc điểm và tiện ích của FTTH

+ Hệ thống truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang tới tận phòng máy của khách hàng

+ Chất lượng đường truyền dẫn bền bỉ, ổn định không bị suy hao tín hiệu bởi nhiễu diện từ, thời tiết hay chiều dài cáp An toàn cho thiết bị không sợ bị sét đánh lan truyền trên đường dây

+ Tốc độ truyền dẫn cao, tốc độ truyền tải dữ liệu (Upload/Download) ngang bằng với nhau Có thể lên đến 10 Gigabit/s nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+ (hiện chỉ có thể đáp ứng 20 Megabit/s) và nâng cấp băng thông dễ dàng mà không cần kéo cáp mới

+ Ứng dụng đa dịch vụ trên mạng viễn thông chất lượng cao kế cả truyền hình giải trí, trò chơi tương tác và đáp ứng hiệu quả cho các ứng dụng công nghệ thông tin hiện đại như: Hosting Server riêng, VPN (mạng riêng ảo), Game Online, IPTV (truyền hình tương tác), VoD (xem phim theo yêu cầu),…

+ Độ bảo mật thông tin cao, với FTTH thì hầu như không thể bị đánh cắp tín hiệu trên đường truyền và thích hợp cho khách hàng là các cá nhân, tổ chức hay doanh nghiệp

1.3.2 So sánh FTTH và ADSL

+ Tốc độ upload của FTTH vượt qua ngưỡng của chuẩn ADSL2+ (hiện chỉ đáp ứng 20 Mbps) và có thể ngang bằng với tốc độ download Vì vậy thích hợp với việc truyền tải dữ liệu theo chiều từ trong mạng khách hàng ra ngoài internet

+ Tốc độ truyền dẫn FTTH cân bằng download=upload trong khi tốc độ truyền dẫn của ADSL không cân bằng (download > upload)

+ Độ ổn định và tuổi thọ cao hơn dịch vụ ADSL do không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện, từ trường

+ Khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng

+ Bên cạnh các ứng dụng như ADSL có thể cung cấp Triple Play Services (dữ liệu, truyền hình, thoại), với ưu thế băng thông vượt trội, FTTH sẵn sàng cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao, đặc biệt là truyền hình độ phân giải cao (HDTV) yêu cầu băng thông lên đến vài chục Mbps, trong khi ADSL không đáp ứng được

+ Độ ổn định ngang bằng như dịch vụ internet kênh thuê riêng Leased-line nhưng chi phí thuê bao hàng tháng thấp hơn vài chục lần

+ Tốc độ truyền dẫn Internet cam kết tối thiểu của FiberXXX >= 256Kbps, lớn hơn tốc độ internet của tất cả các gói ADSL

+ Độ ổn định trong truyền dẫn với chiều dài cáp: Với ADSL chiều dài cáp tối

đa cần 2,5 km để đạt sự ổn định cần thiết còn đối với FTTH con số này lên tới

10 km

1.4 Sự phát triển của FTTH

Hiện nay trong mạng viễn thông có nhiều công nghệ truyền dẫn đang tồn tại như mạng cáp đồng trục, mạng cáp xoắn đôi, cáp kết hợp quang-đồng trục, cáp quang, công nghệ truyền dẫn không dây (viba, vệ tinh) cung cấp các dịch vụ viễn thông, đáp ứng nhu cầu thông tin không ngừng của xã hội Tuy nhiên với dã phát

triển của các dịch vụ viễn thông như hiện nay thì không phải công nghệ truyền dẫn nào cũng đáp ứng được

Công nghệ truyền dẫn quang vẫn là công nghệ được đánh giá cao và phát triển rộng rãi bởi băng thông cực lớn mà các kỹ thuật sử dụng hiện nay vẫn chưa khai thác hết, suy hao thấp, không bị ảnh hưởng của nhiều điện từ, bảo mật tốt, truyền cự ly xa Hiện nay, trên 60% lưu lượng thông tin truyền đi trên toàn thế giới được truyền trên mạng quang Công nghệ này đã chứng tỏ được khả năng cung cấp các ứng dụng trong tương lai với tốc độ cao và chất lượng đảm bảo, giải quyết được tình trạng nghẽn mạng ở cáp đồng cũng như các công nghệ truyền dẫn khác Đặc biệt là đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng viễn thông với mong muốn tích hợp ngày càng nhiều dịch vụ tới tận nhà hoặc nơi làm việc bằng phương tiện đơn giản nhất và giá thành chấp nhận được

1.4.1 Tình hình phát triển FTTH trên thế giới

Dự kiến FTTH sẽ dần thay thế ADSL trong tương lai gần một khi băng thông ADSL không đủ sức cung cấp đồng thời các dịch vụ trực tuyến trong cùng một thời điểm FTTH cung cấp 1 IP tĩnh thích hợp với các doanh nghiệp, tổ chức triển khai

dễ dàng các dịch vụ trực tuyến như IP Camera, lưu trữ mail, truyền dữ liệu tốc độ cao Theo một báo cáo mới nhất của Heavy Reading, số hộ gia đình sử dụng kết nối băng rộng FTTH trên toàn thế giới sẽ tăng trưởng hàng năm trên 30% cho đến năm

2013 và đạt 89 triệu hộ khi đó Hiện Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ là các quốc gia

đi đầu trong lĩnh vực băng thông rộng sử dụng công nghệ cáp quang này

Hình 1.3 Tỉ lệ băng thông rộng trên thế giới theo thống kê quý 4 năm 2013 Công nghệ FTTH đã có khoảng 20 triệu kết nối toàn cầu, chỉ tính riêng ở 3 nước Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ đã có thêm khoảng 6 triệu thuê bao, trong đó

châu Á được đánh giá là thị trường có tiềm năng phát triển lớn Vào cuối năm 2014, riêng châu Á có 60 triệu kết nối FTTH, tiếp theo là châu Âu/ khu vực Trung Đông/ châu Phi với 16 triệu, rồi đến Bắc Mỹ và Nam Mỹ với 15 triệu Hiện nay, quá trình chuyển đổi sang FTTH đang được thực hiện ở nhiều nước, gồm Đan Mạch, Pháp, Hồng Kông, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thụy Điển, Đài Loan và Mỹ

1.4.2 Tình hình triển khai FTTH tại Việt Nam

Hiện nay tại Việt Nam có các nhà cung cấp dịch vụ sau:

Tháng 8/2006, FPT Telecom chính thức trở thành đơn vị đầu tiên cung cấp loại hình dịch vụ tiên tiến này, từ tháng 12/2006 FPT Telecom bắt đầu thương mại hóa dịch vụ FTTH ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh và triển khai rộng rãi từ cuối năm

2007

Ngày 1/5/2009, VNPT cung cấp dịch vụ FTTH trên cáp quang với tốc độ cao đến 20 Mbps/20 Mbps Các chi nhánh của VNPT tại các tỉnh thành cũng phát triển một cách rầm rộ

Ngày 15/5/2009, Viettel chính thức triển khai cung cấp dịch vụ truy nhập Internet FTTH-cáp quang siêu tốc nhằm phục vụ khách hàng doanh nghiệp mà các dịch vụ truy cập Internet hiện tại (ADSL và Leased Line) chưa đáp ứng dược về tốc

độ và chi phí sử dụng

Ngày 10/4/2010, CMCTI chính thức khai trương dịch vụ FTTH Đây là công

ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai loại hình FTTH dựa trên nền công nghệ GPON là chuẩn tiên tiến nhất hiện nay

Đến năm 2014, FPT telecom đưa dịch vụ FTTH đến tất cả 64 tỉnh thành trên

cả nước Triển khai công nghệ cáp quang giá rẻ FTTH GPON cung cấp cho khách hàng, theo đó các chi nhánh mới trên toàn quốc sẽ không còn sử dụng công nghệ ADSL mà thay vào đó hoàn toàn bằng công nghệ băng rộng FTTH GPON gồm: Chi nhánh FPT Telecom Lạng Sơn, Yên Bái, Sơn La, Lào cai, Điện Biên

1.5 Kiến trúc hệ thống FTTH

1.5.1 Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH

Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH được mô tả trong hình sau:

Hình 1.4 Sơ đồ tổng quát mạng quang FTTH Trong hệ thống FTTH, thiết bị kết cuối đường truyền quang là OLT đặt tại tổng đài trung tâm CO được thiết kế để giao tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ, chẳng hạn giao tiếp với mạng chuyển mạch công cộng PSTN, với chuyển mạch ATM, router IP, giao tiếp với mạng lõi video qua thiết bị đầu cuối cáp TV hoặc từ một vệ tinh chảo,… Về mặt truyền dẫn OLT cho phép hỗ trợ các loại giao diện khác nhau của lớp liên kết dữ liệu như: SONET, ATM, Gigabit Ethernet,…

Tất cả các tín hiệu sau đó được chuyển thành tín hiệu quang và được ghép vào sợi quang bằng các kỷ thuật ghép kênh như: ghép kênh theo thời gian TDM, ghép kênh theo không gian SDM, ghép kênh theo bước sóng WDM,… để truyền dẫn lên mạng phân bố quang ODN Mạng truy nhập quang OAN bao gồm các phần: khối kết cuối đường truyền quang OLT, mạng phân bố quang ODN, khối kết cuối mạng quang ONT/ONU

Có nhiều sự lựa chọn cho mạng truy nhập quang OAN, đó là: cấu hình điểm nối điểm P2P và cấu hình điểm nối đa điểm P2MP có bộ chia trên đường truyền

để phân chia công suất tín hiệu và đưa tới các thuê bao riêng rẽ, gồm mạng quang thụ động PON

Khối kết cuối mạng quang ONT hoặc đơn vị mạng quang ONU (trong mạng FTTH thì ONT chính là ONU) sẽ giao tiếp với các thiết bị đầu cuối tại nhà khách hàng Tín hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện bởi bộ chuyển đổi quang điện OEC và được tách ra các dịch vụ theo yêu cầu của thuê bao

1.5.2 Các cấu hình cho kiến trúc quang FTTH

Hình 1.5 Mô tả vật lý với P2P và P2MP Tùy thuộc vào cấu hình được lựa chọn cho mạng tuy nhập quang OAN mà ta

có các kiểu truyền dẫn quang tới nhà thuê bao khác nhau và tài nguyên mạng chia

sẻ giữa các thuê bao cũng khác nhau

Hình 1.5 trên mô tả kết nối thiết bị trong thực tế của hai cấu hình thường hay dùng trong triển khai mạng FTTH là điểm nối điểm (P2P) và điểm nối đa điểm (P2MP)

a Cấu hình điểm - điểm P2P

Hình 1.6 Cấu hình P2P Trong giải pháp này, mỗi gia đình được kết nối thẳng tới tổng đài nội hạt bằng cáp sợi quang Nó cung cấp một đường dây kết nối dùng riêng từ nhà khai thác cho mỗi thuê bao và đó là ưu điểm chính của các mạng P2P so với các mạng P2MP Các đường dây kết nối dùng riêng của một mạng P2P tạo điều kiện thuận lợi cho việc cung ứng dịch vụ đặc trưng cho thuê bao Băng thông thuê bao rộng hơn

cách đơn giản Nó có ưu điểm là các cấu kiện và thiết bị đang có sẵn, điều này làm giảm chi phí hệ thống Tuy nhiên các mạng P2P đòi hỏi làm việc ngoài hiện trường

và điều này có thể làm tăng các chi phí lắp đặt, vận hành và bão dưỡng

b Cấu hình điểm - đa điểm P2MP

Trong kiến trúc này, một node làm chức năng chuyển mạch, ghép kênh, chia tách tín hiệu được lắp đặt giữa tổng đài CO và nhà thuê bao Chỉ cần một cổng OLT

và một sợi quang kết nối giữa CO và node là có thể cung cấp dịch vụ đồng thời cho

4 – 1000 thuê bao thông qua các tuyến quang dẫn từ node tới mỗi thuê bao Cấu hình này cho phép tiết kiệm một lượng lớn sợi quang và cổng tại OLT, do đó giá thành hệ thống sẽ thấp hơn cấu hình điểm – điểm Cấu hình này là tích cực hay thụ

động tùy thuộc vào các thiết bị của node đó có được cấp nguồn hay không

Hình 1.7 Cấu hình P2MP

Bước sóng sử dụng trong FTTH

Hình 1.8 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang Hình 1.8 ở trên chỉ ra phổ suy hao trong sợi quang silicat Thông qua các tính chất suy hao của sợi quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên ba vùng bước sóng chính là 1310 nm, 1490 nm, 1550 nm Vùng bước sóng 1310 nm để truyền dữ liệu tuyến lên, vùng bước sóng 1490 nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang

hướng xuống còn vùng bước sóng 1550 nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền hình CATV

1.6 Kết luận

Trong chương này trình bày về các hình thức truy nhập sợi quang FTTx Sau

đó đi sâu vào tìm hiểu hệ thống thông tin FTTH Thông qua đó đánh giá so sánh ưu

và nhược điểm giữa công nghệ FTTH và ADSL Tầm quan trọng của công nghệ mạng quang tới tận nhà FTTH được thể hiện rõ qua sự phát triển lớn mạnh trên thế giới và Việt Nam cũng là một trong số những nước đang tiến tới xây dựng hệ thống này một cách hoàn thiện hơn Việc tìm hiểu kĩ về kiến trúc mạng quang FTTH tiếp tục đưa ta tiếp cận dần tới các phương pháp triển khai mạng,việc lựa chọn cấu hình

và công nghệ phù hợp sẽ được triển khai ở chương sau

Chương 2 CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON VÀ CẤU HÌNH MẠNG

FTTH TRÊN NỀN PON 2.1 Công nghệ mạng quang chủ động AON

AON(Active Optical Network) có cấu trúc điểm – điểm, trong đó kết nối giữa khách hàng và CO 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 bước sóng 1550 nm để truyến tín hiệu hướng xuống (từ CO tới khách hàng) và sử dụng bước song 1310 nm để truyền tín hiệu hướng lên (từ khách hàng tới CO)

Một cấu trúc AON đơn giản được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.1 Cấu trúc AON đơn giản Mạng AON sử dụng các thiết bị chủ động cần cung cấp nguồn và ngoài ra,

do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tư lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập

Việc cùng lúc xử lí các yêu cầu truy nhập hướng lên của người dùng ra mạng dịch vụ bên ngoài cũng như việc phân tích để chuyển luồng dữ liệu từ các dịch vụ đến người 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 người 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 bước đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là Ethernet in First Mile (EFM) Mạng Ethernet tích

cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho người 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 lý 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 vừa nói có thể được mô tả trong hình 2.2

Hình 2.2 Cấu trúc AON Ethernet

2.2 Công nghệ mạng quang thụ động PON

2.2.1 Giới thiệu chung

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network có nghĩa là mạng quang thụ động Công nghệ PON còn được hiểu là mạng công nghệ quang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các node mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng Công nghệ PON được biết tới đầu tiên là TPON (Telephony PON) được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON), có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt các vấn đề truy cập băng thông rộng tới người sử dụng đầu cuối Thành viên mới nhất của gia đình PON đó chính là WDM PON (Wavelength Division Multiplexer PON)

Trong công nghệ PON, tất cả thành phần active giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các traffic trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền chính vì vậy mà người ta gọi

thời gian TDMA, các user với yêu cầu truy nhập của mình được phân biệt bằng các khe thời gian

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: mạng PON là một dạng của mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến khách hàng Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn Mạng truy nhập tồn tại

ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lý do khác nhau và PON là một trong những mạng

đó So với mạng cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng THz) Việc triển khai sợi quang tới tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai

2.2.2 Đặc điểm chính của PON

Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến

từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128

+ PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet và các dịch vụ voice, data và video

tốc độ cao như HDTV, hội nghị truyền hình, trò chơi tương tác…

+ Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều

này sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng

+ Khả năng tận dụng các công nghệ trong truyền dẫn như công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần,…cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang

cần thiết để kết nối giữa OLT và Splitter

+ PON thực hiện truyền dẫn hai chiều trên 2 sợi quang, hai chiều trên cùng một sợi quang và PON có thể hỗ trợ cấu trúc hình cây, sao, bus và ring

2.3 So sánh giữa AON và PON

Trong phần này sẽ phân tích đặc điểm của AON và PON dựa trên các tiêu chí: tốc độ hỗ trợ tối đa, khoảng cách truyền dẫn, vấn đề giữa số lượng sợi quang sử dụng với thuê bao, vấn đề vận hành bảo dưỡng, vấn đề bảo mật, vấn đề cung cấp băng thông, để từ đó rút ra kết luận vì sao PON lại được 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 cư như một thành phố, thì một 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 thường 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

+ Về tốc độ hỗ trợ tối đa: Hiện nay AON hỗ trợ tốc độ tối đa từ 100 Mbps –

1 Gbps cho mỗi thuê bao ở hướng xuống, trong khi PON với chuẩn GPON có thể

hỗ trợ tốc độ lên tới 2,488 Gbps cho cả hai hướng lên và hướng 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 lượng sợi quang sử dụng trong AON nhiều hơn số sợi quang sử dụng trong PON nếu xét về chiều dài với cùng số thuê bao

- Xét về vấn đề bảo dưỡng

Các thiết bị như Acess node trong AON cần cấp nguồn và số sợi quang nhiều nên AON cần không gian chứa cáp lớn nếu như triển khai Trong khi đó PON với một sợi quang từ CO sẽ được chia sẻ với nhiều thuê bao qua một thiết bị thụ động (thiết bị không cần cấp nguồn) là splitter

- Xét về vấn đề tăng băng thông cho thuê bao

Đối với AON việc tăng băng thông cho thuê bao nếu có yêu cầu thì đơn giản hơn PON rất nhiều với AON tăng băng thông của một thiết bị không ảnh hưởng đến băng thông tối đa của các thuê bao khác trong mạng Nhưng đối với PON thì khác nếu băng thông của một thiết bị tăng lên, đồng nghĩa rằng băng thông tối đa cho các thuê bao sẽ giảm xuống

2.4 Cấu trúc hình cây trong mạng FTTH dựa trên nền PON

Thông thường trong các mạng đều xây dựng theo cấu trúc hình cây trong đó chỉ sử dụng một đường cáp quang nối trực tiếp từ OLT tới bộ chia Từ bộ chia sẽ có một đường cáp quang kết nối từ mỗi ONU tới mạng Về nguyên tắc các mạng đều

sử dụng cấu trúc hình cây với kiến trúc bộ chia ghép tầng và trong thực tế, trong

Ưu điểm thứ nhất của kiến trúc mạng này là bộ chia được tập trung tại một điểm nên dễ dàng xác định được những sự cố của mạng Ưu điểm thứ hai chính là tất cả các ONU trong cùng mạng sẽ có chung dự trữ c ông suất hay nói cách khác là chất lượng tín hiệu tại mỗi ONU sẽ gần tương tự nhau Kiến trúc này cho phép các ONU được sử dụng chung OLT về cả khả năng xử lý và truyền tải một cách công bằng đồng thời giúp nhà sản xuất hạ giá thành của các thiết bị mạng Hơn nữa, kết nối điểm-đa điểm của mạng PON cũng giảm trạng thái tắc nghẽn ở phía OLT so với kết nối điểm-điểm thông thường Tuy nhiên, số lượng ONU theo cấu trúc này cũng bị giới hạn bởi suy hao của các bộ ghép hình sao và nhu cầu băng thông của người sử dụng Bởi vì dung lượng của người sử dụng phải phù hợp với khả năng cung cấp của đường truyền sau bộ chia nên đó cũng là một lý do hạn chế số lượng người sử dụng Cấu trúc hình sao với một bộ chia là kiểu cấu trúc thường gặp trong thực tế bởi khả năng có thể chuyển đổi dễ dàng và hiệu quả từ công nghệ băng hẹp (1 Mbps cho mỗi khách hàng) lên tới công nghệ băng rộng ( 2 Mbps cho mỗi khách hàng) Khi số lượng khách hàng yêu cầu dịch vụ tăng lên, mạng PON cấu trúc hình sao sẽ được chia nhanh chóng thành các mạng nhỏ hơn bằng cách thêm bộ chia và OLT trong mạng Vì vậy, cấu trúc dạng này rất dễ dàng triển khai mở rộng mạng cho nhà cung cấp Thông thường, PON hình sao thường sử dụng các bộ ghép/chia quang thụ động hình sao mở rộng do khả năng cung cấp số lượng cổng vào hoặc ra một cách linh hoạt của bộ chia này Nhà cung cấp có thể dễ dàng phân phối một số lượng cổng phát hữu hạn cho số cổng ra thay đổi ( và ngược lại) hoặc

có thể phân phối một số lượng cổng phát và thu thay đổi nếu sử dụng thêm

kỹ thuật WDM (cách này thường có giá thành cao trong thực tế) với bộ chia này Nhược điểm của cấu trúc hình cây là chỉ có thể sử dụng cho kỹ thuật đa truy nhập TDMA trong đó các khe thời gian truyền nhận giữa OLT và các ONU được chỉ định cho mỗi hướng kết nối riêng biệt từ mỗi ONU tới mạng

để tránh xảy ra xung đột dữ liệu giữa các ONU khi phát lên OLT thông qua

bộ chia Thông thường trong mạng kiểu này việc chỉ định khe thời gian sẽ được cấp phát động cho mỗi ONU khi liên kết vào mạng Một điểm yếu khác

của cấu trúc hình sao là độ tin cậy của mạng không cao, mỗi khi tổng đài CO của nhà cung cấp gặp sự cố sẽ xảy ra sự cố toàn mạng Ngoài ra cũng cần kể đến những sự cố khác trong mạng như lỗi bộ khuếch đại, tại node trong mạng cũng ảnh hưởng đến chất lượng toàn mạng Một lý do nữa dễ dàng nhận thấy là do hạn chế tại các kết nối sau bộ chia làm cho khách hàng luôn luôn bị hạn chế tốc độ bởi một giá trị hằng định dẫn đến làm giảm tính tận dụng của mạng trong việc phân phối băng thông cho người dùng

OLT

ONU

U ONU

U ONU

U ONU

U

Các giao diện kết nối OLT đến các mạng dịch vụ: OLT được kết nối tới mạng lõi/metro thông qua giao tiếp được thể hiện trong hình 2.5

Hình 2.5 Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và ONU tới khách hàng

+ V5: giao tiếp này nối đến mạng PSTN/ISDN

+ E1: giao tiếp với mạng DDN

+ FE/GE và ATM: giao tiếp với mạng IP/ATM

Giao diện kết nối đến các thiết bị của khách hàng gồm có các loại sau:

POTS (Plain Old Telephone Service): là hệ thống điện thoại tương tự chỉ gửi một tín hiệu tương tự trên mỗi cặp dây, mỗi tín hiệu riêng biệt này được coi là một kênh Sử dụng POTS và modem để gửi tín hiệu tương tự cung cấp một kênh 64kbit/s Modem và đường dây điện thoại truyền thống khá phù hợp cho mục đích

sử dụng Internet để gửi thư điện tử Tuy nhiên, nếu chúng ta cần gửi và nhận một khối lượng dữ liệu lớn thì sẽ mất khá nhiều thời gian

Dịch vụ POTS có những đặc điểm sau đây:

+ Các đường dây hiện thời chỉ sử dụng hai cặp dây xoắn

+ Tín hiệu trên cáp nối chặng cuối là tín hiệu tương tự

+ Cần modem để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự

xDSL: cung cấp kết nối xDSL băng thông cao khả năng tối đa lên 50Mbps, với yêu cầu khoảng cách cáp đồng khoảng 500m và tối đa đến 1000m

FE (Fast Ethernet): cung cấp các dịch vụ tốc độ lên tới 100Mbps cho khách hàng 2B+D: cung cấp 2 kênh B có tốc độ mỗi kênh là 64 kbps đuợc dùng cho thoại, fax, truyền dữ liệu và truy cập Internet; 1 kênh D có tốc độ 16 kbps được dùng để truyền tín hiệu điều khiển

V.24/V.35: nối vào các thiết bị

2.5.2 CO

Trong CO gồm có OLT và các card giao tiếp CO có nhiệm vụ cung cấp giao tiếp giữa PON và nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu, truyền hình, và mạng điện thoại Ngoài ra CO cũng kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ hoạt động mạng thông qua một

hệ thống quản lý nhân tố (EMS: Element Management System)

Chức năng và đặc trưng của CO bao gồm:

+ Giao tiếp đa dịch vụ với mạng WAN

+ Giao tiếp Gigabit Ethernet với PON, chuyển mạch và định tuyến

+ Đưa ra chất lượng dịch vụ và thoả thuận mức dịch vụ

+ Lưu lượng tập trung.

Số thuê bao = X x Y x N Ví dụ: P-OLT 7432 của hãng Alcatel có 14 card hướng 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

OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang OLT có thể được đặt ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa

Các chức năng có thể kể đến trong OLT là chức năng port dịch vụ, chức năng ghép kênh, kết nối chéo, giao diện kết nối, chức năng vận hành bảo dưỡng OAM, chức năng cấp nguồn…

Hình 2.6 Các khối chức năng OLT Một OLT có thể được chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung

a Phần lõi OLT

Phần lõi OLT bao gồm:

Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi/metro với phần mạng phối quang ODN

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên mạng phối quang ODN Ví dụ như dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đến mạng phối quang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODN đến mạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền đến mạng lõi/metro

Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nối OLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động Nó điều khiển quá trình chuyển đổi quang/điện và điện/quang Để có thể thực hiện cơ chế chuyển mạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động splitter thì ở OLT sẽ có các chức năng giao diện ODN giống như phần mạng phối quang ODN

b Phần dịch vụ OLT

Phần dịch vụ OLT thì có chức năng port dịch vụ Các port dịch vụ sẽ truyền

ít nhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều dịch vụ khác nhau.Ví dụ như dịch vụ truyền hình độ phân giải cao (HDTV- high definition TV), game online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU (tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc

vào cách cấu hình trên mỗi port Khối TU có nhiều port có thể cấu hình mỗi port một dịch vụ khác nhau

c Phần chung OLT

Phần chung OLT bao gồm các chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lý và bảo dưỡng (OAM – Operation, Administration và Maintenance) Chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối OLT Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cung cấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp

Nếu nhìn trên phương diện vật lý, ONU có nhiệm vụ chuyển đổi quang-điện, tín hiệu từ nhà cung cấp dịch vụ xuống khách hàng và ngược lại Tuy nhiên bước sóng hướng lên và hướng xuống khác nhau mà tín hiệu chỉ truyền trên một sợi quang duy nhất nên tại ONU xen giữa quá trình chuyển đổi quang điện sẽ có quá trình tách/ghép bước sóng mà cụ thể là bước sóng 1310 nm và bước sóng 1490 nm Quá trình ấy có thể được diễn giải trong hình 2.7

Hình 2.7 Nguyên lý thu/phát ONU

Hình 2.8 Các khối chức năng ONU

a Phần lõi ONU

Phần lõi ONU gồm các chức năng sau:

Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở phía khách hàng thì dữ liệu sẽ được ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN thì các

dịch vụ sẽ được tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệu

chuyển đổi A/D và D/A)

c Phần chung ONU

Phần chung ONU bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng OAM Chức năng cấp nguồn cung cấp nguồn cho ONU (ví dụ như chuyển đổi xoay chiều thành một chiều hay ngược lại) Nguồn có thể được cấp tại chỗ hay từ xa Nhiều ONU có thể chia sẻ nguồn ONU có thể hoạt động bằng nguồn dự phòng

Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối của ONU

Kiến trúc thường sử dụng hiện nay là cấu trúc hình cây

Hình 2.9 Kiến trúc hình cây (sử dụng bộ chia 1:N)

a Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng nó tạo sự kết nối giữa các thiết bị Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc tuy nhiên sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 12 km và tán sắc thì ảnh hưởng không đáng kể Do đó người ta sử dụng sợi quang ở đây là sợi quang có suy hao nhỏ chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652 (theo khuyến nghị G.982)

Nhìn vào đặc tuyến suy hao của sợi quang hình 2.10 ta thấy, bước sóng

1310 nm thì suy hao sợi quang khoảng 0.4 dB/km và bước sóng 1490 nm thì suy hao sợi quang khoảng 0.3 dB/km

Các loại cáp quang sử dụng trong mạng PON:

Cáp gốc (cáp phân bổ từ OLT đến splitter): thường là loose-tube loại cáp này thì được khuyến nghị ứng dụng ở hầu hết mạng PON