GPON Chinh Thuc

Đồ án tốt nghiệp

i

Sinh viên: Bùi Thị Phong

MỤC LỤC MỤC LỤC LỤC ........................ ................................. ...................... ......................... ....................... ....................... ......................... ....................... ..................i ........i BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT .......................... ............. ........................... .......................... ......................... .......................... .................iii ....iii DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU....................................................................v LỜI MỞ ĐẦU........... ĐẦU ....................... ..................... ...................... ........................ ..................... .................... ....................... ....................... .................1 .......1 CHƯƠNG CHƯƠNG 1 ...................... ............................... ...................... ......................... ....................... ....................... ......................... ....................... .................3 .......3 TỔNG QUAN MẠNG MẠNG FTTx FTTx (FIBER (FIBER TO THE X)................ X)... .......................... .......................... ....................... .......... 3 1.1. Tổng quan mạng FTTx.......................................................................................3 1.2. Môi Môi trường trường truyền truyền dẫn dẫn của mạng mạng FTTx FTTx............ ......................... ........................... .......................... ........................ ............ 4 1.3. Các công nghệ được sử dụng trong FTTx............................................................4 1.3.1. Mạng quang tích cực AON...........................................................................5 1.3.2. Mạng quang thụ động PON..........................................................................6 1.4. Giới thiệu mạng FTTH.......................................................................................7 CHƯƠNG CHƯƠNG 2 ...................... ............................... ...................... ......................... ....................... ....................... ......................... ....................... .................9 .......9 TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG QUANG THỤ THỤ ĐỘNG (PON) ......................... ............ .......................... ................ ...99 2.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON..............................................................9 2.1.1. Mở đầu....................... đầu.................................... ......................... ....................... ..................... ....................... ........................ ...................9 ........9 2.1.2. Khái Khái niệm PON ....................... ................................... ....................... ..................... ....................... ........................ ................. ......10 10 2.2. Kiến trúc của PON ......................... ............ .......................... ........................... .......................... ......................... .......................... ............... 11 2.2.1. Kiến trúc....................................................................................................11 2.2.2. 2.2.2. Quá Quá trình trình truyền truyền dữ liệu liệu trong trong PON PON .......................... ............. .......................... ........................... ..................... ....... 13 2.3. Đặc điểm chính của PON..................................................................................14 2.4. Phân loại PON..................................................................................................14 2.4.1. APON/BPON APON/BPON ........................ ..................................... ......................... ........................ ......................... ........................ ................. ......15 15 2.4.2. 2.4.2. GPON GPON ..................... ............................... ....................... ........................ ..................... .................... ....................... ....................... ............... .....16 16 2.4.3. EPON........................................................................................................17 2.4.3. 2.4.3. WDMPON WDMPON .................... ................................. ......................... ....................... ..................... ....................... ........................ ................. ......17 17 2.4.4. Nhận xét....................................................................................................18 CHƯƠNG CHƯƠNG 3 ...................... ............................... ...................... ......................... ....................... ....................... ......................... ....................... ............... .....21 21 CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ĐỘNG GPON GPON ........................... ............. ............................ .................. .... 21 3.1. Kiến trúc mạng GPON ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ........................... ..................... ....... 21 3.1.1. 3.1.1. Thiết bị kết cuối đường đường dây OLT (Optical (Optical Network Termina Terminal) l) .................... ............. ....... 22 3.1.2. 3.1.2. Khối mạng mạng quang quang ONU (Optica (Opticall Network Unit) Unit) ......................... ............ .......................... ................ ...23 23 3.1.3. 3.1.3. Mạng phân phối quang ODN (Optical (Optical Distribution Distribution Network) Network) ...................... ............ .......... 24 3.2. Các thông số kĩ thuật cơ bản của GPON............................................................26 3.2.1. 3.2.1. Tốc độ bit ...................... ................................... ......................... ....................... ..................... ....................... ........................ ................. ......26 26 3.2.2. Khoảng cách logic......................................................................................27 3.2.3. Khoảng cách vật lý.....................................................................................27 3.2.4. 3.2.4. Khoảng Khoảng cách sợi quang quang chênh chênh lệch lệch ......................... ............ ........................... .......................... ...................... .......... 27 3.2.5. Tỉ lệ chia....................................................................................................27 3.3. Kỹ thuật truy truy nhập và phương thức thức ghép ghép kênh........................ kênh............ ......................... .......................... ............... 27 3.3.1. 3.3.1. Kỹ thuật truy nhập ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ........................... ..................... ....... 27 3.3.2. Phương thức ghép kênh..............................................................................28 3.4. Mô hình hình OSI OSI và và chồng chồng giao giao thức thức GPON GPON ......................... ............ .......................... ........................... ..................... ....... 29 Mục lục


ii


3.5. Cấu trúc phân lớp của của mạng mạng quang quang GPON GPON ......................... ............ .......................... ........................... .................. .... 30 3.5.1. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC)...........................................................30 3.5.2. 3.5.2. Chức năng năng của các phân phân lớp trong lớp lớp truyền dẫn dẫn GTC............. GTC ........................... .................. .... 35 3.5.3. Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý GMD (GPON Physical Media Dependent Layer) Layer).......... ...................... ....................... ........................ .......................... ......................... ........................ ......................... ........................ ................. ......36 36 3.6. Khung truyền dẫn GTC ........................... ............. ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 37 3.6.1. 3.6.1. Khung đường xuống ......................... ........... ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 38 3.6.2. 3.6.2. Khung đường lên ......................... ............ .......................... .......................... ........................... .......................... ...................... .......... 44 3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu GEM..................................................................49 3.8. Giao thức ranging (sắp xếp) GPON...................................................................52 3.8.1. 3.8.1. Mục đích đích ....................... .................................... ......................... ....................... ..................... ....................... ........................ ................. ......52 52 3.8.2. Thủ tục sắp xếp..........................................................................................52 3.8.3. 3.8.3. Giao thức ranging ranging GPON .......................... ............. .......................... ........................... .......................... ...................... .......... 53 3.9. Cấp phát băng thông thông động động DBA trong GPON ........................... .............. .......................... ........................ ........... 55 3.9.1. Khái niệm cấp phát băng thông...................................................................55 3.9.2. Cấp phát băng thông động DBA.................................................................55 3.9.3. 3.9.3. Các Các loại loại T-CONT T-CONT và tham số số hoạt động .......................... .............. ......................... .......................... ............... 57 3.10. Bảo mật..........................................................................................................58 3.11. 3.11. Sửa lỗi FEC (Forward (Forward Error Corec Corection).... tion).................. .......................... ......................... .......................... ................ ...60 60 3.12. 3.12. Chuyển mạch mạch bảo bảo vệ trong trong phần mạng mạng GPON GPON ........................... ............. .......................... ...................... .......... 62 3.12.1. 3.12.1. Chuyển Chuyển mạch bảo vệ ......................... ............ ........................... .......................... ......................... .......................... ................ ...62 62 3.12.2. Các kiểu cấu hình của mạng GPON kép và yêu cầu của chuyển chuy ển mạch bảo vệ .................... .............................. ....................... .......................... .......................... ......................... ........................ ......................... ........................ ................. ......62 62 3.13. 3.13. Kết Kết luận luận ..................... ................................. ......................... ........................ ..................... .................... ....................... ....................... ............... .....65 65 CHƯƠNG CHƯƠNG 4 ...................... ............................... ...................... ......................... ....................... ....................... ......................... ....................... ............... .....67 67 4.1. Giới thiệu mạng MANE .......................... ............ ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 67 4.1.1. 4.1.1. Giới thiệu chung về mạng MANE .......................... ............. ........................... .......................... ...................... .......... 67 4.1.2. 4.1.2. Đánh giá về về công nghệ nghệ mạng Metro Metro Ethernet Ethernet ......................... ............ ........................... ..................... ....... 67 4.1.3. Ứng dụng của mạng MANE.......................................................................68 4.1.4. 4.1.4. Kiến trúc mạng MANE ......................... ............ ........................... .......................... ......................... .......................... ............... 68 4.2. Mô hình MANE Thừa Thiên Huế ......................... ............ .......................... .......................... ........................... .................. .... 70 4.2.1. 4.2.1. Lớp truy nhập (Access) (Access) ......................... ............ ........................... .......................... ......................... .......................... ............... 71 4.2.2. Lớp thu gom (Aggregation)........................................................................72 4.3. Thiết bị GPON F61 của hãng ECI.....................................................................72 4.3.1. Đặc điểm kỹ thuật......................................................................................72 4.3.2. Lợi ích.......................................................................................................72 4.3.3. 4.3.3. Cấu trúc phần cứng ........................... ............. ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 73 4.3.4. Mô hình cung cấp dịch vụ Triple play: bao gồm dịch vụ FTTH, dịch vụ LiveTV LiveTV và VoD ...................... ................................... ......................... ....................... ..................... ....................... ........................ ................. ......73 73 KẾT LUẬN............................................................................................................67 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................67

Mục lục


ii


3.5. Cấu trúc phân lớp của của mạng mạng quang quang GPON GPON ......................... ............ .......................... ........................... .................. .... 30 3.5.1. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC)...........................................................30 3.5.2. 3.5.2. Chức năng năng của các phân phân lớp trong lớp lớp truyền dẫn dẫn GTC............. GTC ........................... .................. .... 35 3.5.3. Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý GMD (GPON Physical Media Dependent Layer) Layer).......... ...................... ....................... ........................ .......................... ......................... ........................ ......................... ........................ ................. ......36 36 3.6. Khung truyền dẫn GTC ........................... ............. ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 37 3.6.1. 3.6.1. Khung đường xuống ......................... ........... ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 38 3.6.2. 3.6.2. Khung đường lên ......................... ............ .......................... .......................... ........................... .......................... ...................... .......... 44 3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu GEM..................................................................49 3.8. Giao thức ranging (sắp xếp) GPON...................................................................52 3.8.1. 3.8.1. Mục đích đích ....................... .................................... ......................... ....................... ..................... ....................... ........................ ................. ......52 52 3.8.2. Thủ tục sắp xếp..........................................................................................52 3.8.3. 3.8.3. Giao thức ranging ranging GPON .......................... ............. .......................... ........................... .......................... ...................... .......... 53 3.9. Cấp phát băng thông thông động động DBA trong GPON ........................... .............. .......................... ........................ ........... 55 3.9.1. Khái niệm cấp phát băng thông...................................................................55 3.9.2. Cấp phát băng thông động DBA.................................................................55 3.9.3. 3.9.3. Các Các loại loại T-CONT T-CONT và tham số số hoạt động .......................... .............. ......................... .......................... ............... 57 3.10. Bảo mật..........................................................................................................58 3.11. 3.11. Sửa lỗi FEC (Forward (Forward Error Corec Corection).... tion).................. .......................... ......................... .......................... ................ ...60 60 3.12. 3.12. Chuyển mạch mạch bảo bảo vệ trong trong phần mạng mạng GPON GPON ........................... ............. .......................... ...................... .......... 62 3.12.1. 3.12.1. Chuyển Chuyển mạch bảo vệ ......................... ............ ........................... .......................... ......................... .......................... ................ ...62 62 3.12.2. Các kiểu cấu hình của mạng GPON kép và yêu cầu của chuyển chuy ển mạch bảo vệ .................... .............................. ....................... .......................... .......................... ......................... ........................ ......................... ........................ ................. ......62 62 3.13. 3.13. Kết Kết luận luận ..................... ................................. ......................... ........................ ..................... .................... ....................... ....................... ............... .....65 65 CHƯƠNG CHƯƠNG 4 ...................... ............................... ...................... ......................... ....................... ....................... ......................... ....................... ............... .....67 67 4.1. Giới thiệu mạng MANE .......................... ............ ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 67 4.1.1. 4.1.1. Giới thiệu chung về mạng MANE .......................... ............. ........................... .......................... ...................... .......... 67 4.1.2. 4.1.2. Đánh giá về về công nghệ nghệ mạng Metro Metro Ethernet Ethernet ......................... ............ ........................... ..................... ....... 67 4.1.3. Ứng dụng của mạng MANE.......................................................................68 4.1.4. 4.1.4. Kiến trúc mạng MANE ......................... ............ ........................... .......................... ......................... .......................... ............... 68 4.2. Mô hình MANE Thừa Thiên Huế ......................... ............ .......................... .......................... ........................... .................. .... 70 4.2.1. 4.2.1. Lớp truy nhập (Access) (Access) ......................... ............ ........................... .......................... ......................... .......................... ............... 71 4.2.2. Lớp thu gom (Aggregation)........................................................................72 4.3. Thiết bị GPON F61 của hãng ECI.....................................................................72 4.3.1. Đặc điểm kỹ thuật......................................................................................72 4.3.2. Lợi ích.......................................................................................................72 4.3.3. 4.3.3. Cấu trúc phần cứng ........................... ............. ........................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 73 4.3.4. Mô hình cung cấp dịch vụ Triple play: bao gồm dịch vụ FTTH, dịch vụ LiveTV LiveTV và VoD ...................... ................................... ......................... ....................... ..................... ....................... ........................ ................. ......73 73 KẾT LUẬN............................................................................................................67 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................67

Mục lục

Đồ án tốt nghiệp nghiệp

iii

BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT

Bảng chữ cái viết tắt



Bảng chữ cái viết tắt

iv



v


DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1-1: Các dạng FTTx ........................................................................................4 Hình 1-2: Mô hình mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON ......... 5 Hình 2-1: Mô hình mạng quang thụ động PON ......................................................12 Hình 2-2: Các kiểu kiến trúc của PON ...................................................................13 Hình 3-1: Cấu trúc mạng GPON.............................................................................21 Hình 3-2: Sơ đồ khối OLT .....................................................................................22 Hình 3-3: Sơ đồ khối ONU.....................................................................................23 Hình 3-4: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao..............................................24 Hình 3-5: Cấu trúc cơ bản các loại coupler.............................................................25 Hình 3-6: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler 2x2 ........................................26 Hình 3-7: TDMA GPON........................................................................................28 Hình 3-8: Sự tương ứng mô hình OSI và chồng giao thức GPON...........................29 Hình 3-9: Cấu trúc phân lớp mạng GPON..............................................................30 Hình 3-11: User and C/M Plane .............................................................................32 Hình 3-12: Một T-CONT đại diện cho một liên kết logic giữa OLT và một ONU..33 Hình 3-13: T-CONT dựa trên ATM và ATM dự trên GEM....................................34 Hình 3-14: Chức năng điều khiển truy nhập môi trường.........................................35 Bảng 3-1: Dải bước sóng được dùng trong GPON..................................................21 Hình 3-15: Truyền dẫn đường xuống......................................................................38 Hình 3-16: Cấu trúc khung đường xuống ...............................................................39 Hình 3-17: Mô tả chi tiết cấu trúc khung đường xuống...........................................40 Hình 3-18: Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU ...........................................................40 Hình 3-19: Truyền dẫn đường lên...........................................................................44 Hình 3-20: Cấu trúc khung đường lên ....................................................................45 Hình 3-21: Mô tả chi tiết cấu trúc khung đường lên................................................46 Hình 3-22: ATM upload.........................................................................................48 Hình 3-23: DBA payload .......................................................................................49 Hình 3-24: Các khung GEM trong phần tải luồng lên............................................ 49 Hình 3-25: Cấu trúc gói GEM ................................................................................50 Hình 3-26: Quá trình phân mảnh dữ liệu trong gói GEM........................................51 Hình 3-27: Cơ chế trạng thái mô tả GEM...............................................................51 Hình 3-28: Sắp xếp GPON trong giai đoạn 1..........................................................53 Hình 3-29: Sắp xếp GPON trong giai đoạn 2..........................................................54 Hình 3-30: Các bước hoạt động của DBA ..............................................................57 Hình 3-31: Thuật toán AES-CTR ...........................................................................60 Hình 3-32: Downstream FEC .................................................................................61 Hình 3-33: Upstream FEC......................................................................................62 Hình 3-34: Hệ thống quang kép..............................................................................63 Hình 3-35: Hệ thống OLT kép................................................................................63 Hình 3-36: Hệ thống kép toàn bộ............................................................................64 Hình 3-37: Hệ thống kép một phần.........................................................................65 Hình 4-1: Mô hình mạng MANE theo các lớp........................................................68 Hình 4-2: Mô hình các điểm tham chiếu.................................................................70 Hình 4-3: Mô hình mạng MANE Thừa Thiên Huế .................................................70 Hình 4-4: Cấu trúc phần cứng ................................................................................73 Danh sách hình vẽ, bảng biểu


vi


Hình 4-5: Mô hình cung cấp dịch vụ triple play......................................................74 MỤC LỤC .............................. .............................................. ................................ ................................. ................................... ................................. ........................ ......... i BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT ............................... ................................................ .................................. ................................. ......................... .........iii iii DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU ............................. ............................................... ................................... ............................. ............ v LỜI MỞ ĐẦU .............................. ............................................... .................................. ................................. ................................. .................................. ................... 1 CHƯƠNG 1 ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. ................... 3 TỔNG QUAN MẠNG FTTx (FIBER TO THE X) ................................ ................................................ .......................... .......... 3 1.1. Tổng quan mạng FTTx............ FTTx ............................. .................................... ..................................... ................................... ............................. ............ 3 Hình 1-1: Các dạng FTTx............................... FTTx................................................ ................................. ................................. .................................. ................... 4 1.2. Môi trường truyền dẫn của mạng FTTx ............................... ............................................... ................................. ..................... .... 4 1.3. Các công nghệ được sử dụng trong FTTx ............................... ................................................ .................................. ................... 4

............................... ....................................... ........ 5 Hình 1-2: Mô hình mạng mạng quang tích cực AON và và mạng quang thụ động PON.................... PON................. ... 5 1.3.1. Mạng quang tích cực AON ............................... ............................................... ................................. .................................. ................... 5 1.3.2. Mạng quang thụ động PON .............................. .............................................. ................................. .................................. ................... 6 1.4. Giới thiệu mạng FTTH ............................. ................................................ ..................................... ................................... ............................. ............ 7 CHƯƠNG 2 ............................... ............................................... ................................. .................................. ................................. ................................. ..................... .... 9 TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON) .............................. ............................................... ................... 9 2.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON .............................. .............................................. ................................. ..................... .... 9 2.1.1. Mở đầu............. đầu.............................. .................................. ................................ ................................. ................................... ............................. ............ 9 2.1.2. Khái niệm PON ............................. ................................................ ..................................... ................................... ........................... .......... 10 2.2. Kiến trúc của PON .............................. ............................................... .................................. ................................. ................................. ..................... 11 Danh sách hình vẽ, bảng biểu

Đồ án tốt nghiệp Phong

vii

Sinh viên: Bùi Thị

2.2.1. Kiến trúc ............................................................................................................ 11 Hình 2-1: Mô hình mạng quang thụ động PON ................................................................ 12 Hình 2-2: Các kiểu kiến trúc của PON.............................................................................. 13 2.2.2. Quá trình truyền dữ liệu trong PON ................................................................. 13 2.3. Đặc điểm chính của PON.......................................................................................... 14 2.4. Phân loại PON .......................................................................................................... 14 2.4.1. APON/BPON .................................................................................................... 15 2.4.2. GPON ................................................................................................................ 16 2.4.3. EPON ................................................................................................................. 17 2.4.3. WDMPON ......................................................................................................... 17 2.4.4. Nhận xét ............................................................................................................. 18 CHƯƠNG 3 .................................................................................................................... 21 CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON .................................................... 21 3.1. Kiến trúc mạng GPON ............................................................................................. 21 Hình 3-1: Cấu trúc mạng GPON....................................................................................... 21 3.1.1. Thiết bị kết cuối đường dây OLT (Optical Network Terminal) ........................ 22 Hình 3-2: Sơ đồ khối OLT ............................................................................................... 22 3.1.1.2. Khối kết nối chéo (cross - connect shell) .......................................................... 23 Khối này cung cấp chức năng kết nối và chuyển mạch giữa PON core shell và Service shell. Công nghệ để kết nối chéo phụ thuộc vào dịch vụ, các kiến trúc bên trong OLT. OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tùy thuộc vào phương thức truyền dẫn đã lựa chọn (ATM/GEM). ............................................................................................................... 23 3.1.1.3. Khối dịch vụ (service shell) ............................................................................. 23 Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa giao diện dịch vụ và giao diện khung bên trong phần mạng PON. ............................................................................................................................ 23 3.1.2. Khối mạng quang ONU (Optical Network Unit) ............................................... 23 Hình 3-3: Sơ đồ khối ONU............................................................................................... 23 3.1.3. Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) .......................... 24 Hình 3-4: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao........................................................ 24 Hình 3-5: Cấu trúc cơ bản các loại coupler ....................................................................... 25 Hình 3-6: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler 2x2 .................................................. 26 3.2. Các thông số kĩ thuật cơ bản của GPON .................................................................. 26 3.2.1. Tốc độ bit ........................................................................................................... 26 3.2.2. Khoảng cách logic .............................................................................................. 27 3.2.3. Khoảng cách vật lý ............................................................................................. 27 3.2.4. Khoảng cách sợi quang chênh lệch .................................................................... 27 3.2.5. Tỉ lệ chia............................................................................................................. 27 3.3. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh ....................................................... 27 3.3.1. Kỹ thuật truy nhập ............................................................................................ 27 Hình 3-7: TDMA GPON.................................................................................................. 28 3.3.2. Phương thức ghép kênh ..................................................................................... 28 3.4. Mô hình OSI và chồng giao thức GPON .................................................................. 29 Hình 3-8: Sự tương ứng mô hình OSI và chồng giao thức GPON..................................... 29 3.5. Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON ............................................................. 30 Hình 3-9: Cấu trúc phân lớp mạng GPON ........................................................................ 30 3.5.1. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC) ................................................................. 30 3.5.1.1. Cấu trúc .......................................................................................................... 30 Hình 3-11: User và C/M Plane ......................................................................................... 32 Hình 3-12: Một T-CONT đại diện cho một liên kết logic giữa OLT và một ONU ............ 33 Một ONU riêng lẽ có thể được ấn định với một hoặc nhiều T-CONT (Hình 3-12)............ 33 Danh sách hình vẽ, bảng biểu

Đồ án tốt nghiệp Phong

viii

Sinh viên: Bùi Thị

Hình 3-13: T-CONT dựa trên ATM và ATM dự trên GEM .............................................. 34 Hình 3-14: Chức năng điều khiển truy nhập môi trường ................................................... 35 3.5.2. Chức năng của các phân lớp trong lớp truyền dẫn GTC ................................... 35 3.5.2.1. Phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub-layer) .................................... 35 Phân lớp đóng khung GTC thực hiện 3 chức năng sau: ................................................... 35 3.5.3. Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý GMD (GPON Physical Media Dependent Layer).......................................................................................................................... 36 Thông tin được truyền đi bởi sóng mang quang hoặc laser. Laser này hoạt động ở một bước sóng nào đó. Những quy định về việc sử dụng bước sóng cho upstream và downstream được cho trong bảng 3-1. ........................................................................................................... 37 Bảng 3-1 quy định 2 loại cấu hình sợi quang được dùng, cấu hình một sợi và cấu hình hai sợi quang. Khi công nghệ truyền dẫn một sợi quang được sử dụng, thì sẽ có nhiều bước sóng cùng được dùng trên một sợi. Để ghép các bước sóng trên một sợi, kĩ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM được sử dụng. Còn đối với công nghệ truyền dẫn sử dụng hai sợi quang, mỗi hướng truyền dẫn sẽ có một sợi riêng và một bước sóng đơn. Kĩ thuật điều chế được sử dụng để mã hóa dữ liệu vào trong sóng mang được gọi là mã NRZ, quy định sử dụng mức logic quang là phát mức cao cho bit 1, phát mức thấp cho bit 0.................................................... 37 Khoảng cách logic lớn nhất giữa OLT và ONU là 60 km. Đây là khoảng cách lý thuyết được giới hạn bởi quy định về sự thực thi và phần cứng. Khoảng cách từ OLT đến ONU này khác với khoảng cách từ OLT đến ONU kia. Đây được gọi là khoảng cách chênh lệch logic, được quy định không quá 20 km. ............................................................................................... 37 Tỉ lệ chia tách chuẩn là 1:64, lớp TC hỗ trợ 1:128 cho tương lai. Tỉ lệ này phụ thuộc quỹ công suất lối ra của bộ phát ở OLT và suy hao trên đường truyền. Tổng quỹ công suất được chia cho tất cả các ONU kết nối vào mạng. Phía trên lớp vật lý, các gói dữ liệu được mã hóa và giải mã. Lớp thực hiện những nhiệm vụ này là lớp truyền dẫn hội tụ GTC. ................................ 37 3.6. Khung truyền dẫn GTC ........................................................................................... 37 3.6.1. Khung đường xuống .......................................................................................... 38 Hình 3-15: Truyền dẫn đường xuống................................................................................ 38 Hình 3-16: Cấu trúc khung đường xuống.......................................................................... 39 Hình 3-17: Mô tả chi tiết cấu trúc khung đường xuống..................................................... 40 Hình 3-18: Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU ..................................................................... 40 3.6.1.2.2. Trường ID (Ident) ............................................................................................ 41 3.6.1.2.3. Trường PLOAMd (Physical Layer Operation Aministrative Managemant) .. 41 3.6.1.2.4. Trường BIP (Bit Interleaved Parity) ................................................................ 42 3.6.1.2.5. Trường chiều dài tải ở hướng xuống Plend (Payload Length downstream) .... 42 3.6.1.2.6. Trường bộ nhớ băng thông đường lên US BW (Upstream BW Map) ............. 42 3.6.1.2.7. Trường tải (Payload) ........................................................................................ 43 3.6.2. Khung đường lên ............................................................................................... 44 Hình 3-19: Truyền dẫn đường lên..................................................................................... 44 Hình 3-20: Cấu trúc khung đường lên............................................................................... 45 Hình 3-21: Mô tả chi tiết cấu trúc khung đường lên.......................................................... 46 3.6.2.2.1. Trường overhead lớp vật lí up lên (PLOu) ...................................................... 46 3.6.2.2.2. Trường PLOAMu ............................................................................................ 47 3.6.2.2.3. Trường PLSu (Chuỗi định mức công suất) ...................................................... 47 3.6.2.2.4. Trường báo cáo băng thông động DBRu ......................................................... 47 3.6.2.2.5. Phần tải ............................................................................................................ 48 Hình 3-22: ATM upload................................................................................................... 48 Hình 3-23: DBA payload ................................................................................................. 49 3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu GEM ......................................................................... 49 Hình 3-24: Các khung GEM trong phần tải luồng lên ...................................................... 49 Danh sách hình vẽ, bảng biểu


ix


Hình 3-25: Cấu trúc gói GEM .......................................................................................... 50 Bảng 3-2: Các mã PTI trong tiêu đề GEM........................................................................ 50 Hình 3-26: Quá trình phân mảnh dữ liệu trong gói GEM .................................................. 51 Hình 3-27: Cơ chế trạng thái mô tả GEM ......................................................................... 51 3.8. Giao thức ranging (sắp xếp) GPON .......................................................................... 52 3.8.1. Mục đích ............................................................................................................ 52 3.8.2. Thủ tục sắp xếp .................................................................................................. 52 3.8.3. Giao thức ranging GPON .................................................................................. 53 Hình 3-28: Sắp xếp GPON trong giai đoạn 1.................................................................... 53 Hình 3-29: Sắp xếp GPON trong giai đoạn 2.................................................................... 54 3.9. Cấp phát băng thông động DBA trong GPON ......................................................... 55 3.9.1. Khái niệm cấp phát băng thông ......................................................................... 55 3.9.2. Cấp phát băng thông động DBA ........................................................................ 55 3.9.2.1. Các chức năng DBA ............................................................................................ 55 3.9.2.2. Hoạt động DBA................................................................................................... 56 Hình 3-30: Các bước hoạt động của DBA ........................................................................ 57 3.9.3. Các loại T-CONT và tham số hoạt động ............................................................ 57 3.10. Bảo mật................................................................................................................... 58 Hình 3-31: Thuật toán AES-CTR ..................................................................................... 60 3.11. Sửa lỗi FEC (Forward Error Corection) ................................................................ 60 Hình 3-32: Downstream FEC ........................................................................................... 61 Hình 3-33: Upstream FEC................................................................................................ 62 3.12. Chuyển mạch bảo vệ trong phần mạng GPON ...................................................... 62 3.12.1. Chuyển mạch bảo vệ ........................................................................................ 62 3.12.2. Các kiểu cấu hình của mạng GPON kép và yêu cầu của chuyển mạch bảo vệ 62 Loại A, hệ thống quang kép........................................................................................ 63 Hình 3-34: Hệ thống quang kép........................................................................................ 63 Loại B, hệ thống OLT kép.......................................................................................... 63 Hình 3-35: Hệ thống OLT kép.......................................................................................... 63 Loại C, hệ thống kép toàn bộ ...................................................................................... 64 Hình 3-36: Hệ thống kép toàn bộ...................................................................................... 64 Loại D, hệ thống kép một phần................................................................................... 64 Hình 3-37: Hệ thống kép một phần................................................................................... 65 3.13. Kết luận .................................................................................................................. 65 CHƯƠNG 4 .................................................................................................................. 67 4.1. Giới thiệu mạng MANE............................................................................................ 67 4.1.1. Giới thiệu chung về mạng MANE ...................................................................... 67 4.1.2. Đánh giá về công nghệ mạng Metro Ethernet ................................................... 67 4.1.3. Ứng dụng của mạng MANE .............................................................................. 68 4.1.4. Kiến trúc mạng MANE...................................................................................... 68 Hình 4-1: Mô hình mạng MANE theo các lớp .................................................................. 68 Hình 4-2: Mô hình các điểm tham chiếu ........................................................................... 70 4.2. Mô hình MANE Thừa Thiên Huế ............................................................................ 70 Hình 4-3: Mô hình mạng MANE Thừa Thiên Huế ........................................................... 70 4.2.1. Lớp truy nhập (Access) ...................................................................................... 71 4.2.2. Lớp thu gom (Aggregation) ............................................................................... 72 4.3. Thiết bị GPON F61 của hãng ECI............................................................................ 72 4.3.1. Đặc điểm kỹ thuật .............................................................................................. 72 4.3.2. Lợi ích ................................................................................................................ 72 4.3.3. Cấu trúc phần cứng ........................................................................................... 73 Hình 4-4: Cấu trúc phần cứng .......................................................................................... 73 







Danh sách hình vẽ, bảng biểu


x


4.3.4. Mô hình cung cấp dịch vụ Triple play: bao gồm dịch vụ FTTH, dịch vụ LiveTV và VoD......................................................................................................................... 73 Hình 4-5: Mô hình cung cấp dịch vụ triple play................................................................ 74 KẾT LUẬN..................................................................................................................... 67 Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về đố án “Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng triển khai trên mạng VNPT Thừa Thiên Huế”, em đã nắm bắt được các vấn đề sau: ............ 67 Hiểu một cách tổng quát về mạng FTTx...................................................................... 67 Các loại mạng quang thụ động PON............................................................................ 67 Các kĩ thuật, giao thức, cấu trúc khung truyền dẫn, cấp phát băng thông động, kĩ thuật đóng khung GEM... trong công nghệ mạng quang thụ động GPON..................................... 67 Và cuối cùng tìm hiểu về cấu trúc cũng như mô hình ứng dụng công nghệ GPON vào mạng viễn thông Thừa Thiên Huế như mạng MANE, FTTH. ............................................. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 67   



Bảng 3-2: Các mã PTI trong tiêu đề GEM..............................................................50




xi



1


LỜI MỞ ĐẦU VNPT hiện là nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hàng đầu với hạ tầng mạng lưới rộng khắp cả nước và cung cấp nhiều loại dịch vụ viễn thông. Mạng truy nhập băng rộng hiện tại của VNPT chủ yếu dựa trên hạ tầng mạng truy nhập cáp đồng sử dụng công nghệ xDSL, về cơ bản mới chỉ đáp ứng cho các dịch vụ truy nhập tốc độ thấp (Mbit/s). Sự phát triển của các khu vực kinh tế như: khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, chung cư cao cấp, ... cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như: ngân hàng, kho bạc, công ty, ... đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu. Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh chóng như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ gia tăng tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu đang ngày càng tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao. Công nghệ truy nhập cáp đồng điển hình như xDSL đã được triển khai rộng rãi, tuy nhiên những hạn chế về cự ly và tốc độ đã không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng cung cấp các dịch vụ băng rộng chất lượng cao. Qua đó cũng đặt ra những vấn đề cần giải quyết cấp bách đối với mạng truy nhập của VNPT. Do vậy, nghiên cứu triển khai giải pháp truy nhập mới nhằm chiếm lĩnh thị trường dịch vụ mới là rất cần thiết đối với VNPT. Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện nay là một trong những công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn tốc độ cao. Do vậy GPON sẽ là công nghệ truy nhập lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai. Đồ án “Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng triển khai trên mạng VNPT Thừa Thiên Huế” nhằm mục đích tìm hiểu những đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ GPON và tìm hiểu những ứng dụng triển khai công nghệ GPON trên mạng viễn thông trên địa bàn Thừa Thiên Huế. Luận văn thực hiện gồm 04 chương: Chương 1: Trình bày tổng quan về mạng FTTx. Lời mở đầu


2


Chương 2: Trình bày tổng quan về mạng quang thụ động PON, tìm hiểu về các loại mạng PON. Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON. Tìm hiểu những đặc điểm kĩ thuật của công nghệ GPON, trong đó nghiên cứu về cấu trúc khung truyền dẫn, ranging và cấp phát băng thông động... Chương 4: Trình bày về những ứng dụng triển khai mô hình mạng GPON của VNPT Thừa Thiên Huế. Do thời gian nghiên cứu đồ án và thực tiễn kiến thức bản thân có hạn nên sẽ không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn.

Lời mở đầu


3


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG FTTx (FIBER TO THE X) 1.1. Tổng quan mạng FTTx Trước đây, các hệ thống mạng truy nhập được sử dụng chủ yếu là cáp đồng, ứng dụng cho các dịch vụ có lưu lượng thấp. Việc sử dụng cáp đồng có những lợi ích như chi phí thấp, khả năng lắp đặt và triển khai đơn giản. Tuy nhiên, cáp đồng có nhiều hạn chế như băng thông nhỏ, khả năng chống nhiễu kém, suy hao lớn, phạm vi truyền nhỏ. Công nghệ truyền dẫn bằng cáp quang đã khắc phục hoàn toàn những nhược điểm này. Truyền dẫn bằng cáp quang không bị nhiễu do tín hiệu được truyền bằng ánh sáng, suy hao nhỏ, phạm vi truyền dẫn lớn và đặc biệt băng thông truyền dẫn của cáp quang lên đến hàng trăm Ghz, đáp ứng được các nhu cầu truyền dẫn đòi hỏi tốc độ cao, băng thông lớn như voice, video, internet tốc độ cao. Thời gian qua, lĩnh vực internet trên toàn thế giới đã có những bước đột phá mạnh mẽ. Góp phần không nhỏ trong quá trình phát triển này là công nghệ ADSL. Với khả năng truyền tải dữ liệu gấp nhiều lần so với công nghệ quay số, ADSL đã mang internet đến gần với chúng ta hơn. Tuy nhiên, với những nhu cầu ngày càng đòi hỏi băng thông cũng như tốc độ và chất lượng ngày càng lớn, công nghệ truyền dẫn cáp quang FTTx ra đời sẽ thay thế ADSL trong tương lai. FTTx (Fiber To The x) là 1 thuật ngữ nói chung chỉ một kiến trúc mạng sử dụng cáp quang để kết nối viễn thông. Bao gồm các loại sau: áp quang tới giao điểm FTTN (Fiber To The Node), cáp quang tới tủ thiết bị - FTTC (Fiber To The Curb), cáp quang tới tòa nhà - FTTB (Fiber To The Building), cáp quang tới tận nhà - FTTH (Fiber To The Home). Mạng FTTx hiện đang được xem là sẽ đóng một vai trò quan trọng trong 2-3 năm tới do tiềm năng cung cấp băng thông cho khách hàng lớn hơn so với cáp đồng, đáp ứng nhu cầu truyền thoại, dữ liệu và video trên nền IP. Các công nghệ thường được sử dụng để tạo dựng các mạng FTTx, bao gồm cả các mạng quang thụ động, mạng quang tích cực, các đường dây thuê bao số (DSL)…Các dạng mạng FTTx như hình 1-1.

Chương 1: Tổng quan mạng FTTX (Fiber To The X)


4


Hình 1-1: Các dạng FTTx 1.2. Môi trường truyền dẫn của mạng FTTx Cấu trúc mạng FTTC tương tự như mạng HFC (Hybrid fibre-coaxial). Tín hiệu từ CO (Central Office) được nối đến node bằng cáp quang, từ node đến hộ thuê bao vẫn sử dụng cáp đồng trục hoặc cáp xoắn đôi. Trong trường hợp này, khoảng cách từ node đến đầu cuối thiết bị khoảng vài trăm mét. Ưu điểm của FTTC ở chỗ, vẫn có thể sử dụng lại mạng cáp đồng đã được triển khai trước đó. Hai mạng FTTB và FTTO có cấu trúc tương tự nhau và gần giống với FTTC. Điểm khác biệt lớn nhất giữa chúng là FTTB và FTTO có thiết bị đầu cuối quang đặt rất gần hộ thuê bao, chỉ khoảng vài chục mét. FTTH là một dạng hoàn toàn khác. Với FTTH, dây cáp quang sẽ được kéo đến tận thiết bị đầu cuối của thuê bao. 1.3. Các công nghệ được sử dụng trong FTTx Hai công nghệ được sử dụng trong mạng FTTx là mạng quang tích cực AON (Active Optical Network) và mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network).



5


Hình 1-2: Mô hình mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON 1.3.1. Mạng quang tích cực AON AON là cấu trúc mạng điểm-điểm (point to point), thông thường mỗi thuê bao có một đường cáp quang riêng chạy từ thiết bị trung tâm (Access Node) đến thuê bao. Để phân phối tín hiệu, mạch quang tích cực AON sử dụng các thiết bị sử dụng điện để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, switch, router hoặc multiplexer. Mỗi tủ chuyển mạch có thể quản lý tới 1000 khách hàng, thông thường là 400-500 khách hàng. Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3. AON có nhiều ưu điểm như: tầm kéo dây xa (lên đến 70 km mà không cần bộ lặp, tính bảo mật cao, 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 đường truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang riêng, cần nhiều không gian chứa cáp … Chương 1: Tổng quan mạng FTTX (Fiber To The X)


6


Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực 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 ngược 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 rất đắt, không phù hợp với việc triển khai với quy mô lớn cho mạng truy cập. 1.3.2. Mạng quang thụ động PON Mạng quang thụ động không sử dụng các thiết bị tích cực trong mạng phân phối của nó. Thay vào đó, các thiết bị quang thụ động sẽ điều khiển lưu lượng trên mạng dựa vào việc chia tách năng lượng của các bước sóng quang học. Cấu trúc cơ bản của mạng PON là cấu trúc điểm-đa điểm, bao gồm thiết bị đầu cuối đường dây OLT (Optical Line Terminal) được đặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ (CO, Central Office) và các bộ kết nối đầu cuối ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network Terminal) được đặt gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ thống phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang và các thiết bị tách ghép thụ động. Tín hiệu đường xuống sẽ được OLT truyền broadcast đến các ONU bao gồm dữ liệu và các tín hiệu đồng bộ cho ONU. Dựa vào tín hiệu nhận được mà các ONU sẽ tách tín hiệu tương ứng với các thuê bao. Tín hiệu đường lên của các ONU được kết hợp lại bằng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Trong trường hợp này, OLT sẽ quyết định khe thời gian mà từng ONU được phép sử dụng. Thông thường, các hệ thống PON sử dụng một sợi quang cho cả chiều lên và chiều xuống. Bước sóng được sử dụng cho chiều xuống là 1490nm hoặc 1550nm, bước sóng sử dụng cho chiều lên là 1310nm. Ưu điểm của PON là nó sử dụng các thiết bị thụ động không cần nguồn cung cấp, không phụ thuộc vào điều kiện môi trường và có thể đặt bất cứ đâu. Do các điều kiện như trên nên chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì cho các thiết bị này thường rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị tích cực. Cấu trúc mạng PON cho phép người dùng chia sẽ cùng một sợi quang. Điều này làm giảm chi phí về cáp quang và các thiết bị đặt tại trung tâm của nhà cung cấp dịch vụ. Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống cũng tiết kiệm điện hơn và không gian chứa cáp cũng ít hơn so với AON.



7


Tuy nhiên PON cũng có nhiều khuyết điểm như khó nâng cấp băng thông khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm sẽ ảnh hưởng đến những thuê bao khác trong trường hợp đã dùng hết băng thông), khó xác định lỗi hơn do 1 sợi quang chung cho nhiều người dùng (32 người dùng), tính bảo mật cũng không cao bằng AON (có thể bị nghe lén nếu không mã hóa dữ liệu). 1.4. Giới thiệu mạng FTTH Công nghệ FTTH (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 điện thoại, Internet tốc độ cao và TV) đang được triển khai khá mạnh mẽ trên thế giới. Tiêu chuẩn này còn được gọi bằng tên khác là FTTB, khác với FTTC-đường dẫn cáp quang chỉ đến bên ngoài đường, còn dẫn vào nhà vẫn là tiêu chuẩn dây đồng như cũ. Với công nghệ FTTH, người sử dụng được cung cấp một đường dẫn hoàn toàn bằng cáp quang, tín hiệu luôn ổn định, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ hay thời tiết. Mạng cáp quang còn mang lại tính bảo mật và an toàn thông tin cao vì rất khó để trích tín hiệu từ một tuyến cáp quang. Sử dụng công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên đến 10 Gigabit/giây, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+ (hiện chỉ có thể đáp ứng 20 Megabit/giây). Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống (Bất đối xứng, Download > Upload) và tối đa 20 Mbps. Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau (Đối xứng, Download = Upload) và cho phép tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính. Với ADSL, chiều dài cáp tối đa cần 2.5 km để đạt sự ổn định cần thiết, còn với FTTH thì còn số này lền tới 10 km. Đặc biệt, nhờ băng thông vượt trội của mình, FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Hosting Server riêng, VPN (mạng riêng ảo), Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV (truyền hình tương tác), VOD (xem phim theo yêu cầu), Video Conferrence (hội nghị truyền hình), IP Camera… FTTH hứa hẹn sẽ truyền bất được bấy kì ứng dụng nào mà người dùng yêu cầu. Chi phí vận hành, bảo trì, bảo dưỡng cho mạng FTTH cũng rẻ hơn so với mạng cáp đồng. Bởi vì, các nhà cung cấp dịch vụ phải tốn rất nhiều chi phí cho điện cung cấp và chi phí bảo trì, thay thế những đoạn cáp đồng hư hỏng, xuống cấp do sự phá hủy của môi trường. Với FTTH, chi phí này được giảm thiểu vì mạng PON không sử Chương 1: Tổng quan mạng FTTX (Fiber To The X)


8


dụng các thiết bị tích cực và cáp quang không bị ảnh hưởng bởi môi trường, thời tiết như cáp đồng, Ngoài ra, FTTH còn chiếm ưu thế tuyệt đối trong quá trình ngầm hóa mạng thông tin, xu thế này đang diễn ra như là một tất yếu ở nước ta. 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, HDTV, game online, truyền dữ liệu tốc độ cao...



9


CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON) 2.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON 2.1.1. Mở đầu Mạng viễn thông thường được cấu thành bởi 3 mạng chính: mạng đường trục, mạng phía khách hàng và mạng truy nhập. Trong những năm gần đây, mạng đường trục có những bước phát triển nhảy vọt do sự xuất hiện của các công nghệ mới, như công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM), tuy nhiên mạng truy nhập ít có sự thay đổi. Cũng trong khoảng thời gian này, mạng nội hạt (LAN) cũng đã được cải tiến và nâng cấp từ tốc độ 10Mb/s lên 100Mb/s, và đến 1Gb/s. Thậm chí, các sản phẩm Ethernet 10Gb/s cũng đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Điều này đã dẫn đến một sự chênh lệch rất lớn về băng thông giữa một bên là mạng LAN tốc độ cao và mạng đường trục và một bên là mạng truy nhập tốc độ thấp, dẫn đến hiện tượng nút cổ chai (bottleneck) trong mạng viễn thông. Việc bùng nổ lưu lượng Internet trong thời gian vừa qua càng làm trầm trọng thêm các vấn đề của mạng truy nhập tốc độ thấp. Theo hầu hết các báo cáo phân tích, lưu lượng của dữ liệu hiện nay đã vượt trội hơn rất nhiều so với lưu lượng thoại. Càng ngày sẽ càng có nhiều dịch vụ và các ứng dụng mới được triển khai khi băng thông dành cho người sử dụng tăng lên. Đứng trước tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp ứng những đòi hỏi về băng thông. Hiện tại, các nhà cung cấp dịch vụ đã triển khai cung cấp dịch vụ Internet bằng công nghệ đường dây thuê bao số DSL. DSL sử dụng đôi dây giống như dây điện thoại, và yêu cầu phải có một modem DSL đặt tại thuê bao và DSLAM đặt tại tổng đài. Tốc độ dữ liệu của DSL nằm trong khoảng từ 128Kb/s đến 1.5Mb/s, nên khó có thể được coi là băng rộng do không cung cấp được các dịch vụ video, thoại, dữ liệu cho các thuê bao ở xa. Khoảng cách từ tổng đài đến thuê bao chỉ trong phạm vi 5.5 km. Ta có thể tăng khoảng cách này bằng giải pháp triển khai thêm nhiều DSLAM đến gần thuê bao, nhưng đây là một giải pháp không hiệu quả do chi phí quá cao.

Chương 2: Tổng quan về mạng quang thụ động PON


10


Một giải pháp khác được đưa ra là sử dụng cáp modem. Các công ty cáp TV cung cấp các dịch vụ Internet bằng cách triển khai các dịch vụ tích hợp dữ liệu trên mạng cáp đồng trục, mà ban đầu được thiết kế để truyền dẫn tín hiệu video tương tự. Ví dụ, mạng HFC sẽ có sợi quang nối từ các đầu dẫn hay các hub đến các nút quang, và từ các nút quang sẽ phân chia đến các thuê bao thông qua cáp đồng trục, bộ lặp và các bộ ghép/tách. Tuy nhiên, mô hình kiến trúc này có nhược điểm là thông lượng hiệu dụng của các nút quang không quá 36Mb/s, vì vậy tốc độ thường rất thấp vào những giờ cao điểm. Như vậy, chúng ta thấy rằng cả công nghệ DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập. Hầu hết các nhà công nghệ mạng hiện nay đều đang tiến tới một công nghệ mới, tập trung chủ yếu vào truyền tải dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu IP. Trong bối cảnh đó, công nghệ PON sẽ là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng. Người ta trông đợi mạng PON sẽ giải quyết được các vấn đề tắc nghẽn băng thông của mạng truy nhập trong kiến trúc mạng viễn thông, giữa một bên là các nhà cung cấp dịch vụ CO, các điểm kết cuối, các điểm truy nhập và một bên là các công ty được cung cấp dịch vụ, hay một khu vực tập trung các thuê bao. 2.1.2. Khái niệm PON Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) có thể định nghĩa một cách ngắn gọn như sau: “Mạng quang thụ động PON là một mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết bị quang điện tử”. Hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị Active components – là các thiết bị tích cực (như bộ chuyển đồi O/E, E/O), có nghĩa là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần, thường là bộ xử lý, các chip nhớ… Với mạng PON tất cả các thành phần tích cực giữa tổng đài CO và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, connector, các thiết bị ghép kênh WDM thụ động... Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như sau: 

Không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, và không mất chi phí cho việc cung cấp, bảo dưỡng năng lượng điện cho các thiết bị.


Đồ án tốt nghiệp 

11


Không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực.



Giải quyết các vấn đề về băng thông, có độ tin cậy cao.



Giảm chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng đã có từ trước.



PON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU theo yêu cầu của các dịch vụ, trong khi đó việc thiết lập thêm các nút trong mạng tích cực khá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng, và trong mỗi nút mạng đều cần có các bộ phát lại.



PON có thể hoạt động với chế độ không đối xứng. Chẳng hạn, một mạng PON có thể truyền dẫn ở tốc độ 622 Mbits/s ở đường xuống và truy nhập ở tốc độ 155 Mbits/s ở đường lên. Một mạng không đối xứng như vậy sẽ giúp cho chi phí của các ONU giảm đi rất nhiều, do chỉ phải sử dụng các bộ thu phát giá thành thấp hơn..



PON còn có khả năng chống lỗi cao, do các nút của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng lượng trên các nút này không gây ảnh hưởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút mất năng lượng mà không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp không thể đảm bảo được năng lượng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa. Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động PON là

một dạng của mạng truy nhập. Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến khách hàng, nó được đặt ở gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn. Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau và PON là một trong những dạng đó. So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng THz). Việc triển khai sợi quang đến nhà thuê bao đang và sẽ là mục tiêu phát triển trong tương lai. 2.2. Kiến trúc của PON 2.2.1. Kiến trúc Mô hình mạng quang thụ động với các phần tử của nó được biểu diễn như trong hình 2-1. Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân phối quang ODN bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động, các đầu nối Chương 2: Tổng quan về mạng quang thụ động PON


12


và các ONU/ONT đặt ở phía người sử dụng. Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang ODN bao gồm cáp quang, các thiết bị ghép/tách thụ động.



Hình 2-1: Mô hình mạng quang thụ động PON OLT: Cung cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động PON và mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video. OLT cũng kết nối đến mạng đường trục của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS.



ONU: Cung cấp giao tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON. Chức năng cơ bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phù hợp với người dùng như Ethernet, POTS... ONT phục vụ cho một thuê bao đơn lẻ (nhà ở). ONT không được tích hợp các chức năng bảo mật cao. ONU phục vụ cho nhiều thuê bao (văn phòng, tòa nhà lớn). Từ ONU có thể chia ra nhiều ONT, vì thế giá thành của một ONU đắt hơn so với ONT.



EMS: Quản lý các phần tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ. EMS có chức năng quản lý về cấu hình, đặc tính và bảo mật.



Bộ tách/ghép: Thu và nhận các tín hiệu quang đuợc nhận và phát bởi OLT để truyền đi trên sợi quang.



13


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 khu trường sở... PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao. Có một số cấu hình kết nối điểm - đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus như trong hình 2-2.

Hình 2-2: Các kiểu kiến trúc của PON Đây là những cấu hình rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như những đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông. 2.2.2. Quá trình truyền dữ liệu trong PON Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONT/ONU. Tín hiệu hướng xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT/ONU, từ đầu khai thác quản lý và bảo dưỡng OAM (Operation Administration and Maintenance) và các tín hiệu đồng bộ cho các ONT/ONU gửi dữ liệu hướng lên. Dựa vào các thông tin về khe thời gian (kênh), địa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mà các ONU tách dữ liệu tương ứng với thuê bao của khách hàng. Trong hướng lên, kĩ thuật được sử dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, khi đó mỗi ONT/ONU được cấp một khe thời gian (kênh) để gửi dữ liệu của mình tới OLT. Ngoài ra trong hướng lên cần phải có khoảng thời gian Chương 2: Tổng quan về mạng quang thụ động PON


14


bảo vệ giữa các nhóm gói dữ liệu của các ONT/ONU, khoảng thời gian này phải đảm bảo sao cho tại bộ thu OLT dữ liệu không bị chồng lắp lên nhau. Thông thường các hệ thống TDMA PON gán trước một tỷ lệ phân chia cố định băng thông hướng lên cho các ONT/ONU mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu được gửi đi. Một giải pháp để cấp phát băng thông cho các ONT/ONU là sử dụng giao thức cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Allocation). DBA là giao thức cho phép các ONT/ONU gửi yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu quả băng thông hướng lên. OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT/ONU và gán băng thông cho việc gửi dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo. Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sử dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải tốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sóng riêng. Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên. 2.3. Đặc điểm chính của PON 

Sử dụng kết nối điểm - đa điểm, đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị quang thụ động, phân phối sợi quang đến từng nhà thuê bao, sử dụng bộ chia splitter có thể lên đến 1: 128.



PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet.



PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data, và video tốc độ cao.



Khả năng cung cấp băng thông cao, trong hệ thống PON, băng thông được chia cho nhiều khách hàng sử dụng, điều này sẽ giúp giảm chi phí cho khách hàng.



Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần và cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết kết nối giữa OLT và splitter.



PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợi quang.



PON có thể hỗ trợ topo hình cây, sao, bus, và ring.

2.4. Phân loại PON Xét về kĩ thuật thì mạng PON có thể chia làm 2 loại: Chương 2: Tổng quan về mạng quang thụ động PON


15


Dựa vào kĩ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) ở hướng down và kĩ thuật đa truy nhập ghép kênh phân chia theo thời gian (TDMA) ở hướng up thì ta có APON/BPON (ATM PON/Broadband PON), GPON (Gigabit PON) và EPON (Ethernet PON).



Dựa vào kĩ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) thì ta có WDM PON.

2.4.1. APON/BPON Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho mạng truy nhập băng rộng. Hiện nay các thành viên của FSAN đã tăng lên đến trên 40 trong đó có nhiều hãng sản xuất và cung cấp thiết bị viễn thông lớn trên thế giới. Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó, đây là chuẩn mạng PON đầu tiên. Hệ thống này được gọi là APON (ATM PON). APON thì nói rõ khung ATM được dùng để truyền trong chuẩn ITU-T G.983. Cell ATM có 53 byte trong đó 5 byte header và 48 byte tải. Bởi vì kích cỡ cố định, ATM có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ ví dụ như cáp phát băng thông, đảm bảo độ trễ…ATM được thiết kế hỗ trợ cả thoại và dữ liệu vì thế mà nó phù hợp cho ứng dụng FTTH. Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON (Broadband PON) với ý diễn đạt PON băng rộng. Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng… Năm 1997 nhóm FSAN đưa các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính thức. Từ đó, các tiêu chuẩn ITU G.983.x cho mạng BPON lần lượt được thông qua. Trong hệ thống APON/BPON, các kết nối giữa ONT/ONU và OLT được thiết lập như là một mạch ảo ATM. Mỗi mạch ảo được chỉ định bởi sự nhận dạng đường ảo VPI và nhận dạng kênh ảo VCI mà nó được ghi vào trong cell bao gồm luồng dữ liệu của nó. VPI/VCI là số liệu cung cấp các cấp khác nhau của tín hiệu ATM được ghép hay chuyển mạch. Nhiều mạch ảo VC có thể tồn tại đường ảo riêng. Một kết nối ATM được chỉ định bởi cặp VPI/VCI. Căn cứ vào các thông tin về mã số VPI/VCI trong cấu trúc ATM, các ONT/ONU nhận biết và tách dữ liệu đường xuống của mình.



16


G.983.1 là khuyến nghị cho APON/BPON ra đời năm 1998 với tốc độ 155.2 Mbps và 622.08 Mbps. Phiên bản mới hơn ra đời năm 2005 thêm vào tốc độ truyền dẫn 1244.16 Mbps. Nhà cung cấp dịch vụ APON/BPON có thể lựa chọn thực thi tốc độ truyền dẫn down và up đối xứng hay bất đối xứng. 2.4.2. GPON Dựa trên các khuyến nghị của FSAN, từ năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng PON Gigabit (GPON) bao gồm G.984.1, G.984.2 và G.984.3. GPON được xây dựng trên trải nghiệm của APON/BPON và EPON. Mặc dù GPON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đóng gói GPON (GEM – GPON Encapsulation Method). GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701, cho phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM. GPON sử dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai hướng xuống và hướng lên. Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là trường tải tin GEM và/hoặc các tế bào ATM. PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONU gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo. Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONU. Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý PLOu, bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONU. Ngoài ra, các trường PLOAM và các yêu cầu băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi có yêu cầu từ OLT. OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi ONU. Các ưu điểm của GPON: 

Cung cấp dịch vụ như: hỗ trợ bộ ba (Triple play) dịch vụ bao gồm thoại, video, internet tốc độ cao.



Hiệu suất và tốc độ đường truyền cao: GPON hỗ trợ tốc độ bít cao, với tốc độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng 2.488 Gbit/s/1.244 Gbit/s.



GPON cung cấp độ rộng băng lớn và là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH và FTTB.



17


Tuy nhiên, GPON cũng có nhược điểm chính là: thiếu tính hội tụ IP ; có một kết nối duy nhất giữa OLT và bộ chia, nếu kết nối này mất thì toàn bộ ONT/ONU không được cung cấp dịch vụ. 2.4.3. EPON Ethernet PON (EPON) là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3. EPON sử dụng giao thức điều khiển đa điểm (MPCP-Multipoint control protocol) và hoạt động ở tốc độ chuẩn của Ethernet. Trong EPON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet. Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian đã được cấp phát. ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU. Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU. OLT cũng định kỳ gửi các bản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông hay không. Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát trong hướng lên. Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON để thực hiện cơ chế điều khiển cấp phát băng thông. Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu trúc của EPON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON. 2.4.3. WDMPON Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON). Ở hướng xuống, mạng PON là mạng điểm-đa điểm. OLT chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống. Trong hướng lên, mạng PON là mạng đa điểm-điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT. Đặc tính hướng của các bộ tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽ không được nhận biết bởi các ONU khác. Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhau được truyền cùng một lúc cũng có thể bị xung đột. Vì vậy trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệt Chương 2: Tổng quan về mạng quang thụ động PON


18


trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế. Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ở một bước sóng khác nhau. Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn đề khó khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng laser của nó. Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền. Mặc khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng PON. Việc sử dụng laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghệ hiện tại. Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay. 2.4.4. Nhận xét Công nghệ APON/BPON đã được áp dụng để truyền tải dữ liệu và tiếng nói. Tuy nhiên hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu khác như GPON hay EPON. Các nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào GPON và EPON/GEPON vì đây là các công nghệ mới hứa hẹn sẽ được triển khai rộng rãi trong mạng truy nhập băng rộng do các đặc điểm vượt trội của chúng so với các công nghệ khác. Trong khi GEPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1.25 Gbit/s thì GPON lại cho phép đạt tới tốc độ 2.448 Gbit/s. Và thậm chí, khi càng ngày các nhà cung cấp dịch vụ càng cố tiết kiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông thì có vẻ như GEPON đang dần trở thành một sự lựa chọn không được đánh giá cao. Với hiệu suất từ 50% – 70%, băng thông của GEPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps, trong khi đó GPON với việc tận dụng băng thông tối đa nó có thể cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2300 Mbps. Đã được chuẩn hoá theo ITU-T G.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với các định dạng gốc như IP và TDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sử dụng cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho các Chương 2: Tổng quan về mạng quang thụ động PON


19


doanh nghiệp. Với những đặc tính hỗ trợ cao nhất và độ rộng băng tiêu dùng được nâng từ 10 MHz lên 100 MHz cho truyền dữ liệu Internet, đáp ứng được các yêu cầu cho nhiều dòng IPTV, và có thể hỗ trợ truyền thông cả SDTV và HDTV, GPON đã thực sự được đánh giá là kinh tế hơn EPON. Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN: lớp a và lớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn. Lớp C cho phép mạng PON mở rộng cự ly tới 60 km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng cuối, đạt tới 64 thậm chí 128 ONU/ONT. Trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đối xứng 1.25/1.25 Gbps thì ITU-T G.984.2 GPON linh hoạt và biến đổi được nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1.25 Gbps và 2.5 Gbps, hướng lên cho phép 155 Mbps, 622 Mbps hay 1.25 Gbps và 2.5 Gbps. Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường truy nhập, bao gồm các ứng dụng FTTH và FTTB/FTTC với đặc trưng là tốc độ truy nhập không đối xứng giữa hướng lên và hướng xuống. Thậm chí với sự phát triển của các ứng dụng dữ liệu thì cũng không có nhu cầu đến 1.25 Gbps trong hướng lên. Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPON trong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết, khả năng tương thích cũng như là bảo mật. Đây là những điều kiện cần thiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn. Sự khác nhau của các mạng PON được mô tả trong bảng 2-1 bên dưới.



20


Đặc tính

GPON

EPON

Cự ly tối đa OLT-ONU Chuyển mạch bảo vệ

FSAN và ITU-T SG15 (G.983 series) 155.52Mbit/s hướng lên. 155.52, 622.08, hoặc 1244.16Mbps 1:64 NRZ 1 hoặc 2 1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống & 1310nm lên 20 km Có hỗ trợ

1:128 NRZ 1 hoặc 2 1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống & 1310nm lên (10 – 20) km Có hỗ trợ

Khuôn dạng dữ liệu

ATM

GEM và/hoặc ATM

Hỗ trợ TDM

Qua ATM

CES

Hỗ trợ thoại QoS Sửa lỗi hướng tớ i trướ c FEC (Forward Error Correction) Mã hóa bảo mật

Qua ATM Có (DBA)

Trực tiếp (qua GEM hoặc ATM) hoặc CES Qua TDM hoặc VoIP Có (DBA)

Không

RS(255, 239)

RS(255, 239)

AES – 128

OAM

PLOAM và ATM

AES - 128, 192, 256 GTC và ATM/GEM OAM

Không 802.3ah Ethernet OAM

Tổ chức chuẩn hóa Tốc độ dữ liệu Tỷ lệ chia (ONUs/PON) Mã đường truyền Số lượng sợ i quang Bướ c song

FSANvà ITU-T SG15 (G.984 series)

IEEE 802.3 (802.3ah)

Lên tớ i 2.488 Gbit/s cả 2 hướng

1 Gbit/s cả 2 hướng 1:64 8B/10B 1 1490nm xuống & 1310nm lên (10 – 20) km Không hỗ trợ Không (sử dụng trực tiếp các khung Ethernet) VoIP Có (ưu tiên 802.1Q)

Bảng 2-1: Mô tả sự khác nhau giữa APON/BPON, EPON, GPON



21


CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 3.1. Kiến trúc mạng GPON GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network. GPON là sự phát triển của APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã được chuẩn hóa thành ITU-T G.984. Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT và thiết bị kết cuối mạng ONU hay ONT được nối với nhau qua mạng phân phối quang ODN. Quan hệ giữa OLT và ONU là quan hệ điểm – đa điểm, một OLT sẽ kết nối với nhiều ONU. Hình 3-1 chỉ ra kiến trúc của GPON.

Hình 3-1: Cấu trúc mạng GPON Trong kiến trúc này, OLT kết nối đến ONU qua splitter 1:N. N ở đây có thể lên đến 128. Khoảng cách truyền dẫn tối đa là 60 km. Lưu lượng up lên từ ONU được truyền ở bước sóng 1310 nm và down từ OLT là bước sóng 1490 nm và bước sóng 1550 nm được dùng để down video. Dữ liệu down xuống sẽ truyền tất cả các gói dữ liệu đến tất cả ONU và nó sẽ nhận gói mà đúng địa chỉ của nó còn ở hướng up lên thì các gói từ các ONU sẽ truyền lần lượt các gói đến OLT thông qua sự điều khiển của OLT. OLT sẽ qui định khe thời gian mà ONU nào được truyền tại thời điểm đó để có thể tránh được sự đụng độ. Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


22


3.1.1. Thiết bị kết cuối đường dây OLT (Optical Network Terminal) Thiết bị kết cuối đường dây OLT lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ (CO) thường được đặt tại các đài trạm. OLT kết nối mạng dịch vụ và phần mạng PON. Giao diện từ một OLT đến mạng dịch vụ được gọi là giao diện mạng dịch vụ SNI (Service Network Interface). Các khối chức năng chính của OLT được mô tả trong hình 3-2.

Hình 3-2: Sơ đồ khối OLT OLT gồm các chức năng chính sau: 

Chuyển đổi định dạng bản tin từ giao diện mạng dịch vụ sang giao diện khung bên trong mạng phần mạng GPON (khung GTC).



Quản lý ONU, bao gồm đăng kí ONU, điều chỉnh mức công suất và các thông số khác.



Điều khiển truy nhập môi trường, bao gồm tính toán thời gian trễ truyền dẫn, cấp phát băng thông…



Điều khiển khung đường lên và xuống.

3.1.1.1. Khối lõi PON (PON core shell) Khối này gồm hai phần: 

Phần giao diện ODN: chức năng kết nối các ONU với OLT.



PON TC: chức năng của PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy cập phương tiện (Media Access Control Flow), OAM, DBA, quản lý ONU và lựa

Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


23


chọn chế độ hoạt động (ATM/GEM). Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM hay Dual. 3.1.1.2. Khối kết nối chéo (cross - connect shell) Khối này cung cấp chức năng kết nối và chuyển mạch giữa PON core shell và Service shell. Công nghệ để kết nối chéo phụ thuộc vào dịch vụ, các kiến trúc bên trong OLT. OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tùy thuộc vào phương thức truyền dẫn đã lựa chọn (ATM/GEM). 3.1.1.3. Khối dịch vụ (service shell) Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa giao diện dịch vụ và giao diện khung bên trong phần mạng PON. 3.1.2. Khối mạng quang ONU (Optical Network Unit)

Hình 3-3: Sơ đồ khối ONU Khối mạng quang ONU được đặt ở phía trường thuê bao cho kết cuối truyền dẫn, cung cấp giao diện phía người dùng và được kết nối với mạng ODN. Giao diện giữa ONU với thiết bị mạng được gọi là giao diện mạng-người dùng UNI (User Network Interface). Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả trên hình 3-3. ONU gồm các chức năng sau: 

Chuyển đổi định dạng bản tin từ giao diện mạng-người dùng sang giao diện khung bên trong phần mạng GPON (Khung GTC).



24


Điều khiển khung đường lên và xuống trong phần mạng GPON. Các khối chức năng của GPON ONU hầu hết đều giống như của OLT. Vì ONU

hoạt động chỉ với một giao diện PON đơn, nên chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi. Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng dịch vụ MUX và DEMUX được hỗ trợ để chuyển đổi những chức năng PON core shell sang service shell. 3.1.3. Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) Mạng phân phối quang ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho các kết nối vật lý từ ONU đến OLT. ODN bao gồm: mạng cáp quang thuê bao và thiết bị tách/ghép quang thụ động, các connector và các mối nối. 3.1.3.1. Mạng cáp quang thuê bao

Hình 3-4: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT. Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau: 

Cáp quang gốc (Feeder Cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn gọi Chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).



Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc. Trên thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối, ưu tiên dùng măng xông quang.



Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang (DP) tới các điểm truy nhập mạng (AP – Access Point) hay từ các tủ quang phối tới các tập điểm quang.



25


Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao.



Hệ thống quản lý mạng quang (FMS – Fiber Management System) được sử dụng để bảo dưỡng và xử lý sự cố.



Điểm quản lý quang (FMP - Fiber Management Point): dễ dàng cho xử lý sự cố và phát hiện đứt đường.

3.1.3.2. Bộ tách/ghép quang

Hình 3-5: Cấu trúc cơ bản các loại coupler Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là Coupler quang, thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP). Dạng đơn giản nhất là Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỉ số tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số. Hình 2-5a có chức năng tách tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y. Hình 2-5b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra. Hình 2-5c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler phân hướng 2x2. Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi là Coupler hình sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2 (Hình 3-6). Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:



26


Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng lượng đầu vào (dB). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 2-6 minh họa hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn (Hình 2-6a), chỉ 1/16 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình 2-6b đưa ra mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mô hình này mỗi đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào.



Insertion loss (tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.



Directivity (định hướng): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng đầu vào đến các cổng đầu vào khác. Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số định hướng trong khoảng 40-50dB.

Hình 3-6: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler 2x2 a) Coupler 4 ngăn 8x8

b) Coupler 3 ngăn 8x8

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một Combiner (bộ kết hợp). Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối xứng cao (với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). Các Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng. Các thiết bị như thế này được gọi là “tap coupler” hay bộ ghép rẽ. 3.2. Các thông số kĩ thuật cơ bản của GPON 3.2.1. Tốc độ bit GPON định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như sau: 

Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s.






Đường lên 1.2 Gbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s.









27








3.2.2. Khoảng cách logic Khoảng cách logic là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ khoảng vật lý. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km. 3.2.3. Khoảng cách vật lý Khoảng cách vật lý là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT. Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý là 10 km và 20 km. Ðối với vận tốc truyền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10 km. 3.2.4. Khoảng cách sợi quang chênh lệch Trong mạng GPON khoảng cách sợi quang chênh lệch là 20 km. Thông số này có ảnh hưởng đến kích thước trường phủ mạng và cần tương thích với tiêu chuẩn ITUT Rec. G.983.1. 3.2.5. Tỉ lệ chia Ðối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ 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 dụng. 3.3. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 3.3.1. Kỹ thuật truy nhập Công nghệ truyền dẫn đa truy nhập là các kỹ thuật chia sẻ tài nguyên hữu hạn cho một lượng khách hàng. Trong hệ thống GPON, tài nguyên chia sẻ chính là băng thông truyền dẫn. Tuy không còn là một lĩnh vực mới mẻ trong ngành viễn thông trên thế giới nhưng các kỹ thuật truy nhập cũng là một trong những công nghệ đòi hỏi những yêu cầu ngày càng cao để hệ thống thoả mãn được các yêu cầu về độ ổn định cao, thời gian xử lý thông tin và trễ thấp, tính bảo mật và an toàn dữ liệu cao. Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). TDMA là kỹ thuật phân chia băng thông truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng. Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


28


Hình 3-7 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt. Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian. Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định.

Hình 3-7: TDMA GPON GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo dưỡng và có thể lắp đặt dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng. Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về đồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu. Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm. Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép. Phía đầu xa không thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng. Tuy nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ (ranging) và cấp phát băng thông động của GPON mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau. 3.3.2. Phương thức ghép kênh Phương thức ghép kênh được dùng trong PON là phương thức ghép kênh phân chia theo thời gian TDM. TDM là sự phân định dung lượng tổng cộng của kênh tổng theo khe thời gian cho các người sử dụng (ONT/ONU) khác nhau trên cơ sở từ đầu Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


29


cuối tới đầu cuối. Nghĩa là mỗi một người sử dụng sẽ được ấn định một TS (Time Slot) cố định để dữ liệu truyền đi từ OLT đến ONT/ONU riêng biệt, để bảo đảm an toàn và nguyên vẹn dữ liệu. 3.4. Mô hình OSI và chồng giao thức GPON So sánh với mô hình OSI, chồng giao thức của GPON cũng gồm 7 lớp, tương ứng với lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, chồng giao thức GPON cũng gồm lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD (Physical Media Dependent Layer) và lớp hội tụ truyền dẫn GPON (GTC layer), với những chức năng tương tự như 2 lớp tương ứng trong mô hình OSI.

Hình 3-8: Sự tương ứng mô hình OSI và chồng giao thức GPON Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD là tin cậy cho sự truyền dẫn vật lý liên quan đến các chức năng như điều khiển tín hiệu, phương tiện, mức công suất, khoảng cách logic lớn nhất… Lớp GTC thực thi sự điều khiển phương tiện (MAC) và việc đăng kí ONU. Nó không chỉ có chức năng giống như lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI mà còn điều khiển đăng kí ONU. Trong lớp GTC, phương thức đóng gói GEM được dùng để mang dữ liệu người dùng qua phần mạng GPON (lưu lượng Ethernet). Những thông tin địa chỉ liên quan sẽ được thêm vào trong phần tiêu đề trong suốt quá trình truyền trong phần mạng GPON để bảo đảm dữ liệu đến đúng đích.



30


Phía trên lớp GTC là các lớp mạng, vận tải, phiên dịch, trình diễn và lớp ứng dụng. Các lớp này cũng được đóng gói trong khung GEM. 3.5. Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON

Hình 3-9: Cấu trúc phân lớp mạng GPON Cấu trúc phân lớp của GPON như hình 3-9: gồm lớp truyền dẫn hội tụ GTC (GPON Tranmission Convergence Layer) và lớp phụ thuộc phương tiện vật lý GPM (GPON Physical Media Dependent Layer). 3.5.1. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC) 3.5.1.1. Cấu trúc Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON Transmission Convergence) bao gồm 2 phân lớp: Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn (TC Adaption Sub-Layer) và phân lớp đóng khung GTC (GTC framing Sub-Layer). Phân lớp đóng khung GTC có nhiệm vụ nhận ra khung và mô tả dữ liệu trong khung. Trong phân lớp này, phần dành riêng cho ATM, GEM, OAM và PLOAM được phân biệt theo vị trí trong khung tín hiệu GTC. Chỉ có phần OAM (Operation Administrater Maintenance) được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC. Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn (GTC) có nhiệm vụ lọc dữ liệu được truyền theo VPI/VCI hay Port-ID. Trong phân lớp này, các gói tin dịch vụ SDU Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


31


(Service Data Unit) trong phần ATM và GEM được chuyển thành/từ gói tin giao thức PDU (Protocol Data Unit) của phần ATM và GEM tại mỗi phân lớp thích ứng hội tự tương ứng. Ngoài ra các PDU còn bao gồm dữ liệu kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU, OMCI (ONU Management and Control Interface). Khối điều khiển cấp phát băng thông động (DBA control) là khối chức năng chung, cấp phát băng thông động cho toàn bộ các ONU. Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU không cần thiết phải có cả 2 chế độ hỗ trợ giao thức, ATM hay GEM. ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thông qua bảng tin serial_number. Nếu OLT có thể giao tiếp với một trong số các chế độ mà ONU đưa ra thì nó sẽ tiến hành thiết lập kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI) và thiết bị ONU sẽ xuất hiện trong mạng. Nếu OLT không hỗ trợ chế độ hoạt động mà ONU đưa ra thì ONU sẽ được xếp vào hàng đợi và sẽ được thông báo không tương thích với hệ thống đang hoạt động. Ở một phương diện khác, lớp GTC gồm hai mặt phẳng C/M Plane và U Plane. 3.5.1.1.1. Mặt phẳng điều khiển/quản lý (C/M Plane) Mặt phẳng điều khiển và quản lý trong phân lớp GTC có chức năng điều khiển và quản lý luồng lưu luợng người dùng: bảo mật, điều khiển phương tiện, đăng kí ONU... Gồm 3 phần: OAM, PLOAM và OMCI. Ở phân lớp đóng khung GTC, những phần khác nhau của khung được phân kênh và được xử lý. Nếu có các gói OAM (Operation Administrater Maintenance) thì chúng sẽ được xử lý ngay. Những gói này được dùng cho thông tin điều khiển khẩn cấp như chức năng cấp phát băng thông, chức năng chuyển mạch chính, chức năng báo cáo cấp phát băng thông động (DBA), thông tin OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC. Bản tin PLOAM mang thông tin vận hành, quản lý, bảo dưỡng lớp vật lý cho phần mạng PON, được xử lý tại khối PLOAM trong trường thông tin được giành riêng chỗ trong khung GTC. Kênh này cung cấp các chức năng quản lý mạng PON, không được truyền bởi bản tin OAM, như định cỡ (ranging), kích hoạt ONU, thiết lập kênh quản lý OMCC (ONU Management and Control Channel, kênh để truyền bản tin OMCI), và truyền tải cảnh báo. Mỗi ONU có một giao diện vận hành, điều khiển quản lý được gọi là OMCI (ONU Management and Control Interface). OMCI có nhiệm vụ giám sát, điều khiển, Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


32


cấu hình tất cả các ONT/ONU bao gồm quản lý cấu hình (port, giao diện mạng), quản lý lỗi (truyền cảnh báo thông qua bản tin OMCI), quản lý thực thi (GEM/ATM), quản lý bảo mật.

Hình 3-11: User và C/M Plane 3.5.1.1.2. Mặt phẳng người dùng U Plane Mặt phẳng người sử dụng (U Plane) mang lưu lượng người dùng trong hệ thống GPON. Luồng lưu lượng người dùng (ATM/GEM) được chuyển đến ATM client/GEM client. Ở hướng đường xuống, các gói GEM hay cell ATM được mang đi sử dụng phần ATM payload partition hay GEM payload partition đến tất cả các ONU, sau đó phân lớp đóng khung ONU sẽ mở gói GEM hay trích lấy các cell ATM đó, và đưa đến các bộ thích ứng GEM TC Adapter hay ATM TC Adapter tương ứng để lọc loại lưu lượng dựa trên Port-ID và PTI nếu lưu lượng là GEM và dựa trên VPI/VCI nếu lưu lượng là ATM. Sau đó, OLT gửi lưu lượng đến ONU ATM client/GEM client. Ở hướng đường lên, OLT cấp phát băng thông cho các ONU, bằng cách cấp phát các T-CONT, mỗi T-CONT sẽ được cấp một Alloc-ID. Lưu lượng GEM và ATM được mang đi trong một hay nhiều T-CONT đó. Các lưu lượng là gói GEM hay Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


33


cell ATM sẽ được chuyển đến bộ tương thích GEM TC Adapter hay ATM TC Adapter sau đó chuyển đến OLT GEM client hay OLT ATM client tương ứng. Port ID gồm 12 bit được dùng để xác định lưu lượng đường xuống người dùng trong trường hợp lưu lượng là GEM. VPI được sử dụng trong trường hợp lưu lượng là ATM. Để lọc lưu lượng luồng đến, Alloc-ID được sử dụng, là những số duy nhất định nghĩa cho mỗi T-CONT, được cấp phát bởi OLT và được gán trong mỗi khung dữ liệu. Chỉ những khung nào có Alloc-ID hợp lệ mới được xử lý. 3.5.1.2. Chức năng chính của lớp truyền dẫn GTC 3.5.1.2.1. Khái niệm container truyền dẫn T-CONT (Transmission Container ) T-CONT là khối truyền dẫn (Transmission Container) bao gồm nhiều luồng lưu lượng, được xác định bởi số nhận dạng Alloc-ID, Alloc-ID được ấn định bởi OLT.

Hình 3-12: Một T-CONT đại diện cho một liên kết logic giữa OLT và một ONU Một ONU riêng lẽ có thể được ấn định với một hoặc nhiều T-CONT (Hình 312). T-CONT được sử dụng để quản lý cấp phát băng thông đường lên trong phần 

mạng PON của lớp hội tụ truyền dẫn. T-CONT thường được sử dụng để tối ưu việc sử dụng băng thông đường lên trong mạng PON và điều khiển QoS bằng cách cấp phát băng thông với số khe thời gian khác nhau. 

Mỗi T-CONT đại diện cho một liên kết logic giữa ONU và OLT. Một ONU có thể được cấp phát một hoặc nhiều T-CONT.



Mỗi T-CONT mang kênh ATM hoặc/và cổng GEM và báo cáo trạng thái bộ đệm tới OLT. Lưu lượng ATM và GEM không có cùng số định dạng Alloc ID.



34


Một T-CONT có thể cung cấp cho một hoặc nhiều hàng đợi vật lý và tổng hợp chúng vào một bộ đệm logic duy nhất. Mỗi báo cáo trạng thái, DBA T-CONT tổng kết trạng thái của bộ đệm logic của T-CONT đó. Tiêu chuẩn GPON định nghĩa hai chế độ hoạt động khác nhau, ATM và GEM

(GPON Encapsulation Mode). Chế độ đóng gói GEM cũng tương tự như thủ tục đóng khung chung GFP (Generic Framing Procedure là phương thức tạo khung và đóng gói áp dụng cho loại dữ liệu bất kì, đã được ITU-T chuẩn hóa). Một T-CONT có thể dựa trên ATM hoặc dựa trên GEM. T-CONT dựa trên ATM ghép các đường dẫn ảo hoặc kênh ảo lại, được định nghĩa bởi VPI và VCI, trong khi đó, T-CONT dựa trên chế độ đóng khung GEM lại chứa những kết nối được xác định bởi các port 12 bit, được minh họa như hình 3-13.

Hình 3-13: T-CONT dựa trên ATM và ATM dự trên GEM 3.5.1.2.2. Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ Lớp GTC được dùng để điều khiển truy nhập môi trường Media Access Control Flow (MAC), được minh họa trong hình 3-14. Hoạt động của quá trình điều khiển truy nhập môi trường như sau: OLT gắn các con trỏ (pointer) vào khối điều khiển vật lý đường xuống PCBd để chỉ ra thời điểm ONU (hay T-CONT) bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu. Bằng cách này, tại một thời điểm chỉ có một ONU có thể truy nhập mạng và không có xung đột trong quá trình truyền. Các con trỏ được cho dưới dạng đơn vị là byte, cho phép OLT điều khiển phương tiện hiệu quả theo các mức băng thông cố định 64 Kbit/s. Tuy nhiên, một số OLT có thể lựa chọn cách thiết lập các giá trị cho con trỏ ở tốc độ lớn hơn. Ngoài ra, lớp GTC còn có các chức năng khác như: 

Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con.



Các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAM.



Giao diện cấp phát băng thông động.



35



Sắp xếp và đăng kí ONU.



Sửa lỗi (mặc định).



Mật mã luồng dữ liệu down xuống (mặc định).



Kênh thông tin cho OMCI.


Hình 3-14: Chức năng điều khiển truy nhập môi trường 3.5.2. Chức năng của các phân lớp trong lớp truyền dẫn GTC 3.5.2.1. Phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub-layer) Phân lớp đóng khung GTC thực hiện 3 chức năng sau: 

Ghép kênh và phân kênh Các thành phần PLOAM, ATM, GEM được ghép kênh vào khung TC đường xuống tùy theo thông tin về ranh giới trong tiêu đề của khung. Mỗi thành phần được trích ra từ một đường lên tùy theo chỉ thị trong tiêu đề.



Tạo tiêu đề và giải mã Tiêu đề khung TC được tạo và định dạng trong khung đường xuống. Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã.



Chức năng định tuyến nội bộ dựa trên Alloc-ID Định tuyến dựa trên Alloc-ID được thực hiện với dữ liệu đến hoặc từ bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM và GEM.

3.5.2.2. Phân lớp thích ứng GTC (GTC Adaption sub-layer) Phân lớp thích ứng bao gồm 3 bộ thích ứng hội tụ: bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC Adapter), bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


36


Adapter) và bộ thích ứng giao diện điều khiển quản lí ONU (OMCI Adapter). Phân lớp này có nhiệm vụ lọc dữ liệu được truyền theo VPI/VCI hoặc theo Port-ID. Ngoài ra đối với giao diện OMCI, phân lớp này tiếp thu sự khác nhau giữa ATM và GEM dựa trên OMCI để cung cấp giao diện chung cho thực thể OMCI. Các bộ thích ứng cung cấp các giao diện sau cho các thực thể lớp trên: Các đơn vị dữ liệu dịch vụ SDU (Service Data Unit) trong phần ATM, GEM được chuyển thành/từ đơn vị dữ liệu giao thức PDU (Protocol Data Unit) của phần ATM, GEM tại mỗi lớp thích ứng hội tụ tương ứng. 

ATM TC Adapter: Phân lớp đóng khung GTC và bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM liên kết với nó cung cấp các giao diện ATM chuẩn (theo chuẩn ITUT Rec. I.4321.1) cho các dịch vụ ATM.



GEM TC Adapter: Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM có thể được cấu hình để tương thích các khung GEM vào nhiều loại giao diện truyền khác nhau. Các bộ thích ứng này nhận dạng kênh OMCI theo VPI/VCI đối với ATM và theo

Port-ID đối với GEM. 

OMCI Adapter : Có thể trao đổi dữ liệu kênh OMCI cho các bộ thích ứng ATM TC Adapter và GEM TC Adapter. OMCI Adapter nhận dữ liệu từ các bộ thích ứng TC này và truyền nó tới thực thể OMCI và chuyển dữ liệu từ thực thể OMCI tới các bộ thích ứng TC này. Chẳng hạn, ở phía ONU, OMCI có nhiệm vụ đóng gói các giao thức dữ liệu (PDU) đối với luồng upstream, còn đối với luồng downstream thì lọc và mở gói dữ liệu tùy theo dữ liệu là các cell ATM hay GEM. Chức năng OMCI ở phía OLT thì ngược lại đối với upstream và downstream.

3.5.3. Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý GMD (GPON Physical Media Dependent Layer) Lớp này là giao diện với cáp sợi quang, được đặc trung bởi khối giao diện ODN (được trình bày ở mục 2.2.3). Ở lớp này, việc biến đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang và ngược lại được thực hiện. Quy định những lựa chọn để tìm ra những điều kiện tốt nhất cho mạng. Các tốc độ tín hiệu được quy định trong GPON bởi ITU-T được trình bày trong mục 3.2.1.



37


Thông tin được truyền đi bởi sóng mang quang hoặc laser. Laser này hoạt động ở một bước sóng nào đó. Những quy định về việc sử dụng bước sóng cho upstream và downstream được cho trong bảng 3-1.

Bảng 3-1: Dải bước sóng được dùng trong GPON Bảng 3-1 quy định 2 loại cấu hình sợi quang được dùng, cấu hình một sợi và cấu hình hai sợi quang. Khi công nghệ truyền dẫn một sợi quang được sử dụng, thì sẽ có nhiều bước sóng cùng được dùng trên một sợi. Để ghép các bước sóng trên một sợi, kĩ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM được sử dụng. Còn đối với công nghệ truyền dẫn sử dụng hai sợi quang, mỗi hướng truyền dẫn sẽ có một sợi riêng và một bước sóng đơn. Kĩ thuật điều chế được sử dụng để mã hóa dữ liệu vào trong sóng mang được gọi là mã NRZ, quy định sử dụng mức logic quang là phát mức cao cho bit 1, phát mức thấp cho bit 0. Khoảng cách logic lớn nhất giữa OLT và ONU là 60 km. Đây là khoảng cách lý thuyết được giới hạn bởi quy định về sự thực thi và phần cứng. Khoảng cách từ OLT đến ONU này khác với khoảng cách từ OLT đến ONU kia. Đây được gọi là khoảng cách chênh lệch logic, được quy định không quá 20 km. Tỉ lệ chia tách chuẩn là 1:64, lớp TC hỗ trợ 1:128 cho tương lai. Tỉ lệ này phụ thuộc quỹ công suất lối ra của bộ phát ở OLT và suy hao trên đường truyền. Tổng quỹ công suất được chia cho tất cả các ONU kết nối vào mạng. Phía trên lớp vật lý, các gói dữ liệu được mã hóa và giải mã. Lớp thực hiện những nhiệm vụ này là lớp truyền dẫn hội tụ GTC. Dải suy hao được quy định gồm 3 mức dải suy hao được sử dụng cho mạng quang thụ động GPON: loại A: 5-20 dB, loại B: 10-25 dB, loại C: 15-30 dB. Các thông số mức suy hao được tính toán với các giá trị thu được trong trường hợp xấu nhất bao gồm suy hao do đấu nối, hàn, hoặc dung các thiết bị thụ động khác. 3.6. Khung truyền dẫn GTC



38


Khung GTC có những cấu trúc khác nhau tùy theo khung up hay down. Phương thức truyền dẫn cũng khác nhau: Ở hướng down, mỗi ONU sẽ nhận toàn bộ khung chứa những bản tin cho tất cả các ONU từ phía OLT. ONU sẽ mở phần tin thuộc về nó dựa trên Port-ID hay VPI/VCI. Ở hướng up, tất cả các ONU chia sẽ một khung nhưng trong các khe thời gian khác nhau, được cấp phát bởi OLT trong bản tin đường xuống. Việc cấp phát băng thông cho đường lên được định nghĩa bởi Alloc-ID, nghĩa là OLT cấp phát băng thông theo Alloc-ID. Một OLT có thể hỗ trợ nhiều ONU, ONU-ID được dùng để định nghĩa cho ONU. ONU-ID được dùng cho việc quản lý ONU trong bản tin PLOAM. Mỗi ONU phải có một ONU-ID và một hay nhiều Alloc-ID tương ứng với lưu lượng luồng up, Port-ID tương ứng với lưu lượng luồng down. 3.6.1. Khung đường xuống 3.6.1.1. Truyền dẫn đường xuống

Hình 3-15: Truyền dẫn đường xuống Khi có những gói tin cần được truyền từ phía mạng dịch vụ đến mạng người dùng thông qua phần mạng GPON thì sự truyền dẫn đường xuống xảy ra như trong hình 315. Truyền dẫn đường xuống lưu lượng Ethernet gồm các bước sau: 

OLT nhận lưu luợng Ethernet từ mạng dịch vụ và kiểm tra địa chỉ đích đến.



OLT kiểm tra trong bảng tra cứu để nhận Port-ID liên quan đến địa chỉ đó.



OLT thực hiện đóng khung lưu lượng đó thành khung GEM bằng cách thêm tiêu đề GEM có chứa Port-ID, bản tin OMCI và các trường cần thiết khác.



39




OLT tập hợp các khung GEM lại với nhau.



OLT gắn những khung GEM này với trường PCBd, trường này có liên quan đến bản tin mặt phẳng điều khiển (C/M Plane), bộ nhớ cấp phát băng thông luồng lên, và các trường điều khiển khung khác. Tất cả những thông tin này tạo thành khung GTC.



OLT quảng bá khung GTC này đến các ONU, và ONU nhận khung từ OLT.



ONU phân tích trường PCBd để kiểm tra tính nguyên vẹn dữ liệu, đọc thông tin PLOAM và bộ nhớ cấp phát băng thông động luồng lên. Những việc quản lý hệ thống sẽ được thực hiện ở phía ONU theo thông tin PLOAM.



ONU nhận khung GEM bằng cách vứt đi trường PCBd. Nó tìm thấy các khung thuộc về nó bằng cách kiểm tra trường Port-ID trong tiêu đề GEM. Cùng lúc đó, bản tin OMCI được đóng gói trong tiêu đề khung GEM có thể được đọc bởi ONU.



Cuối cùng ONU nhận tải GEM là lưu lượng Ethernet. Nó sẽ gửi lưu lượng Ethernet đến mạng người dùng mong đợi.

3.6.1.2. Cấu trúc khung đường xuống

Hình 3-16: Cấu trúc khung đường xuống Mỗi khung đường xuống GTC chứa khối điều khiển vật lí (PCBd- downstream Physical Control Block) và phần tải (ATM partition và GEM partition) được mô tả ở hình 3-16. Mỗi khung đường xuống GTC dài 125 μs cho cả tốc độ dữ liệu 1.24416 Gbit/s và 2.48832 Gbit/s, do đó khung có chiều dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1.24416 Gbit/s và 38880 byte trong hệ thống tốc độ 2.48832 Gbit/s.



40


OLT phát quảng bá khung đường xuống đến ONU, sau khi nhận khung, ONU sẽ mở khối PCBd để nhận các thông tin liên quan, như thông tin PLOAMd hay thông tin cấp phát băng thông luồng lên. Còn đối với phần tải tin, ONU mở phần tải tin thuộc về nó dựa trên Port-ID hay VPI/VCI. Chi tiết các trường được mô tả ở hình 3-17.

Hình 3-17: Mô tả chi tiết cấu trúc khung đường xuống 3.6.1.2.1. Trường Psync

Hình 3-18: Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU



41


Trường đồng bộ vật lí Psync (Physical Synchrnous) được cố định là 4 byte và nó bắt đầu ở mỗi khối PCBd. ONU sử dụng phần này để tìm vị trí bắt đầu của khung truyền xuống. Mã của trường Psync 0xB6AB31E0. ONU thực hiện cơ chế đồng bộ như hình 3-18. ONU bắt đầu trạng thái tìm kiếm. ONU tìm ra Psync trong hàng đợi. Mỗi lần nó tìm ra Psync thì nó sẽ chuyển thành pre-sync và thiết lập bộ đếm cài giá trị là 1. Sau đó ONU sẽ tìm Psync khác sau chu kì 125 μs. Cứ mỗi Psync đúng, bộ đếm sẽ tăng thêm 1. Nếu Psync không đúng, ONU sẽ truyền ngược lại trạng thái tìm kiếm. Trong trạng thái pre-sync, nếu bộ đếm truyền đúng tới M1 thì ONU sẽ truyền đến trạng thái đồng bộ sync. Mỗi lần ONU đến trạng thái sync, ONU biểu thị nó đã tìm ra cấu trúc khung down và bắt đầu xử lí thông tin PCBd. Nếu ONU phát hiện trường Psync M2 kế tiếp không đúng, nó sẽ biểu thị là mất khung và trở về trạng thái tìm kiếm. 3.6.1.2.2. Trường ID (Ident) Trường ID có 4 byte trong đó 1 bit dùng để thông báo cho ONU nếu dữ liệu được mật mã FEC (Forward Error Corection) ở hướng đường xuống, 1 bit để dự trữ và 30 bit còn lại để đếm số khung (Superframe Counter). 30 bit của trường ID dùng để đếm khung và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trước đó. Bất cứ khi nào bộ đếm tăng tới giá trị tối đa (230 khung) thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo. 3.6.1.2.3. Trường PLOAMd (Physical Layer Operation Aministrative Managemant) Trường PLOAM có 13 byte trong PCBd, nó được dùng để gửi bản tin OAM lớp vật lí (PLOAM message) đến các ONU, PLOAM có nhiệm vụ điều khiển, quản lý, định cỡ (ranging), cảnh báo tranh chấp, kích hoạt ONU. Việc ranging được dùng để các ONU truyền khung ở thời gian chính xác, tính toán trễ truyền giữa ONU và OLT, để tránh xung đột dữ liệu. Khi có một ONU mới được chỉ thị trong hệ thống GPON, sự kích hoạt ONU là cần thiết. Những thông tin liên quan được truyền đi bao gồm ONU-ID, serial-number, Port-ID, thông tin lời mở đầu và trường ranh giới. PLOAMd bao gồm các trường:



42


1 byte ONU-ID, đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng. Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ được gán một số gọi là ONU-ID. Số này có giá trị từ 0 đến 253??. Lúc chưa được sắp xếp trường này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU.



1 byte Message ID chỉ thị loại bản tin sẽ được đóng gói trong phần tải tin.



10 byte Data được dùng cho phần bản tin thực sự của bản tin PLOAM.



1 byte CRC dùng để bảo vệ bản tin PLOAM từ lỗi truyền dẫn.

3.6.1.2.4. Trường BIP (Bit Interleaved Parity) Trường BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi, đầu thu cũng tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ sau đó so sánh với kết quả của BIP được truyền để đo số lỗi trên đường link. 3.6.1.2.5. Trường chiều dài tải ở hướng xuống Plend (Payload Length downstream) Trường chiều dài tải ở hướng xuống có 4 byte chỉ định chiều dài bộ nhớ băng thông US BW và chiều dài phần dành riêng cho ATM trong container truyền dẫn (TCONT). Trường này được gửi 2 lần: 

12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông. Điều này giới hạn số ID cấp phát (Alloc-ID) có thể được gán giới hạn đến 4095 (212-1).



Chiều dài phần dành riêng cho ATM được biểu diễn ở 12 bit tiếp theo. Điều này cho phép up lên 4095 cell ATM trong một khung và tốc độ lên tới 10 Gbps. Vì vậy, chiều dài phần tải ATM trong khung là bội số của 53.



8 bit cuối kiểm tra CRC, có nhiệm vụ phát hiện lỗi truyền dẫn. Nó được tính toán bởi đa thức g(x)=x8+x2+x+1.

3.6.1.2.6. Trường bộ nhớ băng thông đường lên US BW (Upstream BW Map) Trường BW Map chứa những trường mô tả những khe truy cập cho ONU. Mỗi trường truy cập như vậy gồm 8 byte, được gọi là T-CONT, biểu thị sự cấp phát băng thông ở luồng đường lên. Mỗi khối chứa Alloc-ID của một T-CONT và một trường cờ 12 bit. Toàn bộ số trường trong bộ nhớ được biểu diễn ở chiều dài tải Plend. Khuôn dạng mỗi trường được mô tả ở hình 3-17. 

Trường Alloc-ID chứa 12 bit chỉ thị T-CONT và ONU riêng mà nó được gán thời gian bắt đầu và kết thúc trong hướng up lên của mạng PON.



43


Trường cờ chứa 12 bit chỉ thị sự cấp phát đã dùng (Hình 3-17 biểu diễn các chức năng của 12 bit cờ). 

Bit 11 gửi PLSu (Power Levelling Sequence Upstream): nếu bit này được cài đặt (1), ONU sẽ gửi thông tin PLSu trong lúc cấp phát. Nếu không được cài đặt (0) thì ONU sẽ không gửi thông tin PLSu trong lúc cấp phát.



Bit 10 gửi PLOAMu: nếu bit này được cài đặt (1), ONU sẽ gửi thông tin PLOAMu trong lúc cấp phát. Nếu không được cài đặt (0) thì ONU sẽ không gửi thông tin PLOAMu trong lúc cấp phát.



Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (Forward Error Correction): nếu bit này được cài đặt (1) ONU sẽ tính toán và chèn FEC trong lúc cấp phát.



Bit 7 và 8 gửi DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream): phụ thuộc vào nội dung 2 bit ONU sẽ gửi DBRu phù hợp với vị trí ID hay không. 00: không gửi DBRu 01: gửi DBRu mode 0 (2 byte) 10: gửi DBRu mode 1 (3 byte) 11: gửi DBRu mode 2 (5 byte).

 

Bit 0-6: dự trữ.

Trường StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu cấp phát. Thời gian này tính bằng byte, bắt đầu khung là zero. Trường này 16 bit nên giới hạn kích thước của khung up lên là 65,536 byte (216) đánh địa chỉ cho tốc độ up lên tới 2.488 Gbps.



Trường StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc cấp phát. Thời gian này được tính bằng byte, bắt đầu khung là zero. Thời gian kết trúc trỏ đến byte dữ liệu cuối cùng được kết hợp với việc cấp phát này.



Trường CRC: kiểm tra và sửa lỗi, bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu trong truyền dẫn.

3.6.1.2.7. Trường tải (Payload) Trường tải 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần dành riêng cho GEM. 

Phần dành riêng cho ATM: chứa 53 cell ATM. Kích thước phần này được đưa vào trường Plend dành cho ATM. Do đó trường này cũng có kích thước là bội số 53 byte. Các cell truyền xuống thì được lọc ở ONU dựa vào VPI chứa ở mỗi cell.



44


Phần dành riêng cho GEM: chứa một số khung GEM phác họa thành đa khung. Kích thước của phần dành riêng GEM thì bằng toàn bộ chiều dài khung trừ đi khối điều khiển PCBd và phần ATM. Khung down được lọc ở ONU dựa vào12 bit Port-ID chứa trong mỗi phân đoạn khung.

3.6.2. Khung đường lên 3.6.2.1. Truyền dẫn đường lên Khi có những gói tin được truyền từ phía mạng người dùng lên mạng dịch vụ thông qua phần mạng GPON thì sự truyền dẫn đường lên xảy ra như trong hình 3-19.

Hình 3-19: Truyền dẫn đường lên Truyền dẫn đường lên gồm các bước sau: 

ONU nhận lưu lượng Ethernet từ phía mạng người dùng.



ONU kiểm tra bộ nhớ cấp phát băng thông được chứa trong trường PCBd từ luồng xuống trước đó. Theo mỗi T-CONT và bộ nhớ cấp phát, ONU biết được bao nhiêu băng thông đã được cấp phát đến nó và các khe thời gian liên quan.



ONU gói lưu lượng Ethernet vào trong tải GEM và thêm tiêu đề GEM cần thiết. Nếu bản tin OMCI cần được truyền từ ONU đến OLT, nó sẽ được đóng gói trong tiêu đề GEM.



ONU đính kèm các trường PLOu, PLOAMu, PLSu, DBRu theo những đòi hỏi khác nhau bao gồm gửi đáp ứng PLOAM, thông tin liên quan đến mức công suất, và thông tin báo cáo băng thông động.



ONU gửi các khung đã được đóng gói đến splitter. Tất cả các khung ONU sẽ được gói vào trong khung đường lên và gửi đến OLT.



45


Khi OLT nhận được khung, nó sẽ chia khung thành nhiều đơn vị theo ONU-ID trong trường PLOu. OLT sẽ kiểm tra các trường PLOAMu, PLSu, DBRu và gửi đáp ứng nếu cần thiết.



OLT nhận các khung GEM, kiểm tra bản tin OMCI trong tiêu đề GEM và cập nhật những thực thể quản lý liên quan nếu cần thiết.



OLT kiểm tra bảng tra cứu và nhận địa chỉ đích liên quan theo Alloc-ID.



Cuối cùng OLT nhận các tải GEM là những khung Ethernet từ mạng người dùng. Khung Ethernet sẽ được truyền đến mạng dịch vụ theo địa chỉ đích.

3.6.2.2. Cấu trúc khung đường lên Mỗi khung đường lên chứa các truyền dẫn từ một hoặc nhiều ONU. Chiều dài khung là 125 μs. Cấu trúc khung up được biểu diễn ở hình 3-20.

Hình 3-20: Cấu trúc khung đường lên



46


Hình 3-21: Mô tả chi tiết cấu trúc khung đường lên Cấu trúc khung up gồm bốn overhead và phần payload: Overhead lớp vật lí (PLOu- Physical Layer Overhead Upstream), các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí (PLOAMu-Physical Layer Operations, Administration and Management Upstream), san bằng công suất (PLSu- Power Levelling Sequence Upstream), và báo cáo băng thông động (DBRu-Dynamic Bandwidth Report Upstream). 3.6.2.2.1. Trường overhead lớp vật lí up lên (PLOu) Trường overhead lớp vật lí up lên gồm trường mở đầu (Preamable), trường ranh giới (Delimiter) và 3 trường dữ liệu tương ứng với ONU (BIP, ONU-ID, Ind). Trường PLOu bắt đầu với trường mở đầu để giúp cho bộ thu ở OLT đồng bộ với bộ phát ở ONU. Trường ranh giới tiếp theo sau đó báo hiệu bắt đầu của một luồng đường lên. Trường Ind trong PLOu cung cấp những báo cáo trạng thái thời gian thực ONU đến OLT, hình 3-21 biểu diễn bản tin trạng thái được mã hóa. Như được trình bày ở phần trước, một ONU có thể được cấu hình với nhiều TCONT. Nếu một ONU được cấp phát nhiều khe thời gian liên tục cho nhiều T-CONT



47


với những Alloc-ID khác nhau, thì PLOu chỉ cần được truyền một lần, được mô tả ở hình 3-20 cho ONT A. Trường BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi cho đến BIP cuối cùng của ONU, ngoại trừ các byte lời mở đầu và ranh giới. Đầu thu của OLT sẽ tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ cho mỗi burst ONU sau đó so sánh với kết quả của BIP nhận được để tính ra số lỗi trên đường link. Trường ONU-ID có 8 bit chứa số nhận dạng duy nhất ONU đang gửi dữ liệu. Trước khi ONU-ID được gán, ONU đặt giá trị không xác định là 255 trong trường này. OLT có thể kiểm tra trường này để xác nhận địa chỉ phân bố và truyền đúng đến ONU. Chú ý rằng khi ONU chỉ ra một PLOAM khẩn cấp đang đợi, OLT sẽ cấp một vị trí up lên cho phép ONU gửi bản tin PLOAM. Thời gian đáp lại sẽ ít hơn 5 ms. 3.6.2.2.2. Trường PLOAMu Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAMu có 13 byte chứa các bản tin PLOAM đã được mô tả ở phần PLOAMd. 3.6.2.2.3. Trường PLSu (Chuỗi định mức công suất) Trường PLSu có kích thước 120 byte, ONU sử dụng cho việc đo và điều khiển mức công suất của laser. Nó được sử dụng trong suốt quá trình kích hoạt ONU. Khi được yêu cầu bởi OLT, PLSu sẽ được truyền bất cứ lúc nào. Chức năng giúp điều chỉnh mức công suất ONU. Trường 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 phát ONU (xảy ra lúc hoạt động cũng như lúc kích hoạt). PLSu có thể được yêu cầu ở bất kì thời điểm nào. Ở nhiều trường hợp trong lúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộ phát. Nếu ONU không sử dụng trường PLSu thì ONU sẽ không kích hoạt bộ phát. Điều này làm giảm sự đụng độ. 3.6.2.2.4. Trường báo cáo băng thông động DBRu Trường DBRu được liên kết với một T-CONT cho việc báo cáo trạng thái lưu lượng luồng lên của T-CONT được cấp phát. Trường DBRu chứa báo cáo băng thông động DBA, báo cáo này được sử dụng để thông báo đến OLT về số lượng dữ liệu đang xếp trong hàng đợi T-CONT ở mỗi ONU. Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


48


Báo cáo DBA có 3 mode (mode 0, mode 1,và mode 2) tương ứng với chiều dài trường báo cáo băng thông động DBA là 1, 2, và 4 bytes (hay tương ứng với 2, 3, 5 byte của trường DBRu). Việc chứa báo cáo DBA trong DBRu cho phép ONU cập nhật một cách liên tục lưu lượng của T-CONT cụ thể. Bản báo cáo DBA chứa các tế bào ATM hay khối GEM (có chiều dài 48 byte), đang ở trạng thái chờ trong bộ đệm luồng lên. Trường CRC: cấu trúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8. Đầu thu của DBRu sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi CRC-8. Nếu CRC chỉ thị rằng lỗi không thể sửa được thì thông tin trong DBRu sẽ bị loại bỏ. 3.6.2.2.5. Phần tải Phần tải up lên có thể là cell ATM, khung GEM, hay báo cáo DBA. Các cell ATM có định dạng khung được quy định bởi ITU-T I.361. Phần tải ATM up lên có 53 byte. OLT sắp xếp các con trỏ để phần tải ATM luôn là 53 byte. Nếu tải vẫn còn thừa chỗ trống thì thì nó sẽ độn thêm cho đủ 53 byte.

Hình 3-22: ATM upload Phần tải up lên GEM chứa một số khung GEM gồm tiêu đề GEM và phần tải tin, được biểu diễn trong hình 3-24. Phần tải up lên DBA chứa báo cáo cấp phát băng thông động từ ONU. Báo cáo băng thông động đầu tiên được xếp hàng ở các byte đầu tiên tại vị trí bắt đầu cấp phát. Tất cả báo cáo thì liên tiếp. Nếu chiều dài cấp phát không khớp với toàn bộ chiều dài báo cáo thì ONU sẽ bỏ bớt phần cuối của báo cáo hay đệm thêm các bit zero ở phần cuối nếu không đủ. Chú ý rằng ONU phải phản hồi việc phân bố tải DBA thậm chí nếu mode này của DBA không hỗ trợ thì nó vẫn duy trì phần tải này, như hình 3-23.



49


Hình 3-23: DBA payload 3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu GEM Phương thức đóng gói dữ liệu GPON (GPON Encapsulation Method – GEM) sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON. GEM hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ các lưu lượng thời gian thực.

Hình 3-24: Các khung GEM trong phần tải luồng lên Ở hướng xuống, các khung GEM được mang đi trong GEM partition của phần tải của luồng xuống (Hình 3-15). Ở hướng lên, các khung GEM được mang đi trong GEM partition của phần tải luồng lên (Hình 3-24). Việc đóng gói dữ liệu khung GEM cung cấp 2 chức năng: 

Thực hiện ghép kênh các cổng GEM lại.



Phân mảnh dữ liệu tải tin. Các gói dữ liệu bao gồm cả các khung Ethernet (hay dữ liệu TDM) cũng được

sắp xếp sử dụng thủ tục đóng gói GEM. GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng thời gian thực. Cấu trúc gói GEM được mô tả trong hình 3-25.





50


Hình 3-25: Cấu trúc gói GEM 12 bit chỉ thị chiều dài tải tin PLI (Payload Length Indicator), xác định chiều dài tải GEM, để đồng bộ và phát hiện ra khung tiếp theo. Trường này cho phép chiều dài tải tin là 4095 bytes. Bất kì tải tin người sử dụng nào có kích thước dài hơn 4095 bytes thì phải được phân mảnh dữ liệu.



12 bit Port ID chỉ thị Port-ID cho đích đến của tải tin .



3 bit chỉ thị loại tải tin PTI (Payload Type Indicator) xác định nội dung của tải tin như trong bảng 3-2. Và xác định xem khung dữ liệu người dùng trong phần tải tin có phải là phân đoạn EOF (End Of Fragment) cuối cùng hay không.



Bảng 3-2: Các mã PTI trong tiêu đề GEM Trường điều khiển lỗi tiêu đề HEC (Header Error Control) sử dụng mã BCH nhị phân để bảo vệ tính toàn vẹn cho tín hiệu tiêu đề.Trường này cũng dùng để khiển đồng bộ khung GEM, cung cấp chức năng phát hiện và sửa lỗi. Quá trình phân mảnh dữ liệu trong đóng gói GEM được chỉ ra trong hình 3-26.

Sự phân mảnh của khung dữ liệu người dùng phải được truyền một cách liên tục. Bởi vì các khung dữ liệu người dùng có chiều dài ngẫu nhiên, giao thức GEM phải hỗ trợ phân đoạn khung dữ liệu của user để cho phép chèn header GEM tại vị trí đầu tiên của mỗi phần dành riêng và phần tải. Chú ý rằng việc phân đoạn có thể xảy ra ở hướng down và up. Mỗi khung dữ liệu của người dùng được chia làm một số phân đoạn. Một Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


51


đoạn tương ứng một header và trường PTI chỉ thị khung chứa phần kết thúc khung dữ liệu của user.

Hình 3-26: Quá trình phân mảnh dữ liệu trong gói GEM Tiến trình mô tả trong GPON yêu cầu sự có mặt của header GEM tại nơi bắt đầu mỗi khung down dành riêng cho GEM và mỗi phần tải GEM up lên. Phía thu thì chắc chắn tìm thấy header đầu tiên và có thể tìm thấy header kế tiếp bằng việc sử dụng PLI như là con trỏ. Nói cách khác phía thu sẽ chuyển tiếp lập tức đến trạng thái sync tại nơi bắt đầu phần tải. Tuy nhiên, trong trường hợp lỗi không thể sửa được trong header, thì tiến trình mô tả sẽ mất đồng bộ với luồng dữ liệu. Sau đó phía thu sẽ thử yêu cầu lại việc đồng bộ bằng việc thực hiện cơ chế trạng thái biểu diễn ở hình 3-27.

Hình 3-27: Cơ chế trạng thái mô tả GEM Trong trạng thái tìm kiếm, đầu thu tìm kiếm HEC header GEM trong hàng đợi (bit hay byte). Khi nó tìm thấy HEC, nó sẽ chuyển tiếp đến trạng thái pre-sync nơi mà nó tìm thấy HEC tại vị trí được chỉ thị trong header được tìm thấy trước. Nếu HEC đó khớp thì sau đó nó sẽ chuyển tiếp đến trạng thái sync. Nếu không khớp thì nó sẽ quay về trạng thái tìm kiếm. Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


52


Trong trường hợp không có dữ liệu được gửi, khung GEM rỗi được sử dụng, phần tải tin của khung rỗi chứa toàn zero để giữ cho bộ thu và phát đồng bộ nhau. Nếu không có khung người dùng được gửi, quá trình truyền có thể phát ra các khung nhàn rỗi này để làm đầy các khe thời gian trống. Phía thu sẽ sử dụng các khung này để duy trì đồng bộ và tất nhiên là không có dữ liệu trong GEM. 3.8. Giao thức ranging (sắp xếp) GPON 3.8.1. Mục đích Vì nhiều ONU kết nối với giao diện OLT trong hệ thống mạng PON, nên đòi hỏi phải có một phương pháp để ghép kênh các tín hiệu từ mỗi ONU. Một trong những phương pháp đó là TDMA, TDMA chia tín hiệu vào các khe thời gian khác nhau để sao cho chúng không xung đột nhau. Việc sắp xếp trong kĩ thuật TDMA như sau: Trước hết, OLT đo độ trễ khứ hồi RTD đến ONU, định thời truyền dẫn của ONU được xác định theo RTD để tín hiệu từ những ONU riêng lẽ đến và không chồng lắp lên nhau. Phương pháp TDMA ghép các tín hiệu từ những ONU khác nhau vào trong các khe thời gian không chồng lắp. Mỗi khi có sự xung đột dữ liệu trên đường truyền thì dữ liệu đó cần được truyền lại, và giao thức sắp xếp trong GPON sẽ tính toán thời gian để truyền lại, sao cho hiệu quả nhất, giảm thiểu trễ truyền, và sử dụng băng thông có hiệu quả. 3.8.2. Thủ tục sắp xếp Vì khoảng cách giữa các ONU và OLT khác nhau, nên nếu mỗi trễ khứ hồi RTD (Round Trip Delay) chưa được xác định thì định thời truyền dẫn vẫn chưa được thực hiện. Vì vậy, nếu có một ONU mới kết nối vào mạng thì trước hết cần phải đo RTD. Bằng lệnh của hệ thống vận hành, OLT tự động tạo ra cửa sổ sắp xếp phù hợp để đo trễ và xác định ONU để truyền tín hiệu cho việc đo trễ. Chiều dài của cửa sổ sắp xếp được thiết lập tùy theo khoảng cách giữa ONU và OLT. Ví dụ, nếu ONU được đặt ở vị trí khoảng từ 5-10 km thì cửa sổ sắp xếp sẽ đạt giá trị là (10–5 km) * 2/(300,000 km/sec/1.5) = 50 msec, theo thời gian mà ánh sáng di chuyển qua về từ OLT đến ONU, ở đây, 1.5 là chỉ số khúc xạ ánh sáng. Có hai cách xác định ONU cho quá trình sắp xếp: Một phương pháp xác định chỉ một ONU duy nhất đã đăng ký và phương pháp khác xác định tất cả các ONU chưa đăng ký. Trong phương pháp thứ nhất, một ONU với số ID riêng được xác định trong Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


53


hệ thống vận hành. Trong phương pháp thứ hai OLT không biết số ID riêng của mỗi ONU, khi đó sẽ có vài ONU có thể truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ diễn ra liên tục. Một biện pháp giảm xung đột trong quá trình sắp xếp là truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ với một khoảng thời gian trễ ngẫu nhiên, tương tự như phương pháp được sử dụng trong Ethernet (CSMA/CD). Thậm chí nếu có xảy ra xung đột ngay bước đầu tiên thì vẫn có thể tiến hành đo trễ bằng cách lặp lại quá trình truyền dẫn hai hay ba lần… Vì dữ liệu người dùng không được truyền trước khi quá trình sắp xếp kết thúc nên sẽ không làm tăng trễ truyền dẫn dữ liệu. Ngoài ra, thời gian chờ ngẫu nhiên được sử dụng để chống xung đột không được bao gồm trong độ trễ khứ hồi RTD 3.8.3. Giao thức ranging GPON ITU-T Rec. G.983.2 B-PON và ITU-T Rec. G.984.3 GPON sử dụng thủ tục sắp xếp tương tự nhau. Thủ tục sắp xếp GPON được chia làm 2 giai đoạn.

Hình 3-28: Sắp xếp GPON trong giai đoạn 1 Giai đoạn đầu, đăng kí số serial cho ONU chưa đăng kí và cấp ONU-ID cho ONU đã được thực thi. Số serial là số nhận dạng của mỗi ONU riêng và là số duy nhất. Nói cách khác số nhận dạng ONU được dùng để điều khiển, giám sát và kiểm tra ONU, vì thế nó là số duy nhất trên trong mỗi mạng PON. Trong giai đoạn đầu, nó gồm các bước sau (hình 3-28): 1) OLT chỉ định tất cả ONU tạm dừng việc truyền dẫn ở hướng up lên (ONU halt). 2) OLT chỉ định ONU chưa có số nhận dạng ONU-ID để truyền serial-number (bằng bản tin serial_number request). Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


54


3) Lúc nhận được yêu cầu truyền serial_number, ONU này sẽ truyền số serial (SNtransmission) sau khi đợi thời gian ngẫu nhiên (tối đa là 50 ms, thời gian để lắng nghe trên đường truyền có bị nghẽn hay k) 4) OLT chỉ định một ONU-ID cho ONU chưa được đăng kí (bản tin assign ONU-ID message). Trong giai đoạn kế tiếp, độ trễ khứ hồi RTD được đo ở mỗi ONU đăng kí mới. Hơn nữa, giai đoạn này cũng ứng dụng cho các ONU mà bị mất tín hiệu trong lúc truyền. Các bước chi tiết được mô tả như sau (hình 3-29):

Hình 3-29: Sắp xếp GPON trong giai đoạn 2 5) OLT chỉ định tất cả ONU tạm dừng việc truyền dẫn ở hướng up lên (ONU halt). 6) Sử dụng số serial đã đăng kí, OLT chỉ định chỉ có một ONU được truyền tín hiệu để đo độ trễ (Ranging request). 7) ONU có số serial khớp với số serial được chỉ định sẽ truyền tín hiệu để đo độ trễ (Ranging transmission) nó bao gồm số nhận dạng ONU-ID được gán ở giai đoạn đầu. 8) OLT sẽ đo độ trễ khứ hồi RTD tùy thuộc vào thời gian mà tín hiệu đo độ trễ thu được. Hơn nữa, sau khi xác nhận số serial và số nhận dạng ONU khớp với nhau thì nó thông báo độ trễ cân bằng (=Teqd - RTD) tới ONU (thông qua bản tin Ranging_time). Ở đây Teqd là hằng số và RTD là giá trị độ trễ RTD tối đa cài đặt trong mạng PON. Ví dụ trong trường hợp độ trễ RTD tối đa của 20 km thì Teqd là 200 ms. Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


55


9) ONU ghi nhớ độ trễ cân bằng mà nó tiếp nhận và làm chậm lại chuỗi thời gian truyền up lên thông qua giá trị độ trễ cân bằng (Delay equalization). Thông qua các tiến trình này, tất cả ONU được sắp xếp trở nên tương đương với một độ trễ RTD (= độ trễ round-trip gốc + độ trễ cân bằng). 3.9. Cấp phát băng thông động DBA trong GPON 3.9.1. Khái niệm cấp phát băng thông Tại hướng lên băng thông được sử dụng bởi các ONU không chỉ phụ thuộc vào bối cảnh lưu lượng tại các ONU có liên quan mà đồng thời liên quan đến lưu lượng tại các ONU khác trong mạng. Vì sử dụng môi trường chia sẻ băng thông nên lưu lượng truyền bởi mỗi ONU có khả năng bị xung đột và quá trình truyền lại làm giảm hiệu suất. Băng thông được cấp phát cho các liên kết logic theo hai phương thức tĩnh hoặc động: Cấp phát băng thông tĩnh SBA (Static Bandwidth Allocation) là phương pháp cấp phát băng thông đường lên bằng nhau giữa các ONU. Phương pháp này thì không hiệu quả, đặc biệt là lưu lượng gói bởi nhu cầu băng thông của các ONU thì hiếm khi bằng nhau tại mỗi thời điểm, và băng thông vẫn được dùng ngay cả khi không có lưu lượng đường lên. Ngược lại, cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) là phương pháp cấp phát băng thông cho ONU theo đòi hỏi và nhu cầu lưu lượng đường lên. Đây là quá trình ONU (và các T-CONT liên kết với chúng) yêu cầu băng thông động và phương thức kiểm soát gói tin rỗi tại OLT hay báo cáo trạng thái bộ đệm từ các ONU gửi tới OLT, OLT cấp phát lại băng thông đường lên cho các ONU tùy theo báo cáo đó. Báo cáo mẫu lưu lượng gửi tới OLT bởi một ONU bao gồm mẫu của mỗi loại T-CONT và chờ sự cấp phát từ phía OLT. OLT sẽ dựa vào loại T-CONT để ra quyết định cấp phát băng thông hướng lên. Mặc dù DBA được đánh giá là hiệu quả hơn nhưng nếu được thiết kế không phù hợp với những đặc điểm kĩ thuật dịch vụ thì nó có thể làm tăng trễ và giảm hiệu quả sử dụng băng thông. 3.9.2. Cấp phát băng thông động DBA 3.9.2.1. Các chức năng DBA Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


56


Các chức năng DBA được thực hiện đối với mỗi loại T-CONT gồm: 

Phát hiện trạng thái tắt nghẽn bởi OLT và/hoặc ONU.



Báo cáo trạng thái tắt nghẽn đến OLT.



Cập nhật băng thông đã được cấp phát bởi OLT theo các tham số được cung cấp.



OLT thực hiện cấp phát theo băng thông đã được cập nhật và loại T-CONT.



Thực hiện quản lý các hoạt động DBA, tất cả các tham số của DBA phải được cung cấp và dàn xếp bởi GPON OMCI.

3.9.2.2. Hoạt động DBA Hoạt động DBA bao gồm 2 chế độ: DBA báo cáo trạng thái (SR DBA) và DBA không báo cáo trạng thái (NSR DBA) trong mỗi T-CONT. 

SR DBA (Status Reporting DBA): OLT thực hiện cấp phát băng thông theo báo cáo từ phía ONU. Báo cáo này

chứa dữ liệu đang đợi trong T-CONT trong khe thời gian đã được chỉ định. OLT nhận báo cáo trạng thái DBA, tính toán lại bộ nhớ băng thông (US BW Map) thông qua thuật toán DBA và gửi bộ nhớ băng thông mới đến tất cả các ONU với lưu lượng đường xuống. ONU nhận bộ nhớ băng thông từ OLT và gửi dữ liệu trong khe thời gian đã được chỉ định. Khi một ONU không có thông tin để gửi, trong lúc nhận được sự cấp phát từ OLT, nó sẽ gửi một cell rỗi để thông báo rằng bộ đệm của nó đang trống. Lúc đó, sự cấp phát cho T-CONT đó có thể được dùng để cấp phát cho các TCONT khác. Nếu một ONU có một hàng đợi dài trong bộ đệm của nó thì OLT cấp phát nhiều T-CONT cho ONU đó. Trong chế độ này, việc truyền trường tin DBA trong DBRu là bắt buộc nếu OLT yêu cầu, vì nếu thiếu trường DBA thì khuông dạng dữ liệu đường lên không nhận ra. 

NSR DBA (Non Status Reporting DBA): OLT nhận dạng trạng thái tắt nghẽn của từng T-CONT bằng cách giám sát

dòng lưu lượng luồng đến mà không cần báo cáo trạng thái từ ONU. Trong chế độ này, OLT cấp phát một cách cố định một số lượng băng thông đến mỗi ONU. Nếu ONU không có lưu lượng để gửi thì nó sẽ truyền một khung rỗi. Nếu OLT quan sát thấy một ONU không đang gửi khung rỗi thì nó sẽ tăng giá trị băng thông cấp phát



57


đến ONU đó. Khi ONU đó bắt đầu gửi khung rỗi thì OLT sẽ giảm bớt băng thông cấp phát sao cho phù hợp. NSR DBA có điểm tiện lợi ở chỗ, các ONU không cần biết đến DBA. Tuy nhiên, bất lợi ở chỗ, không có cách để OLT biết được làm thế nào để cấp phát băng thông đến các ONU có hiệu quả nhất. Trong chế độ này, trường DBA trong DBRu không được gửi đi do OLT không yêu cầu.

Hình 3-30: Các bước hoạt động của DBA Các bước hoạt động của DBA như hình 3-30. 1) ONU lưu dữ liệu cho lưu lượng hướng lên được nhận từ người dùng vào bộ đệm. 2) Khối dữ liệu chứa trong bộ đệm được báo tới OLT như một yêu cầu được quy định bởi OLT. 3) OLT chỉ định thời gian bắt đầu truyền dẫn và khoảng thời gian truyền cho phép (cửa sổ truyền dẫn) tới ONU như một sự cấp phép. 4) ONU chờ đợi thời gian được cấp và truyền khối dữ liệu đến OLT. 3.9.3. Các loại T-CONT và tham số hoạt động Các khung truyền dẫn T-CONT hướng lên chia thành 5 loại, sử dụng để quản lý việc cấp phát băng thông hướng lên. Có số nhận dạng là Alloc-ID. Mỗi T-CONT được mô tả bằng các tham số hoạt động riêng. Tuy nhiên, đơn vị của tham số hoạt động được chỉ ra như sau: Đối với ATM, đơn vị hoạt động là số lượng tế bào. Còn đối với GEM, đơn vị hoạt động là số lượng khối có chiều dài cố định (48 byte), được quy định bởi OMCI. 

T-CONT loại 1



58


Có băng thông cố định và được sử dụng chính cho các dịch vụ nhạy với trễ và có độ ưu tiên cao như VOIP. 

T-CONT loại 2 và T-CONT loại 3 Có băng thông cung cấp được bảo đảm, nghĩa là băng thông trung bình được

cấp phát cố định trong những khoảng các khoảng thời gian xác định. Băng thông này khác với băng thông cố định trong T-CONT loại 1 được điều khiển cho một dải độ trễ nhỏ. T-CONT loại 1 bảo đảm độ trễ truyền và sự thay đổi trễ và tốc độ truyền còn TCONT loại 2, 3 chỉ đảm bảo tốc độ truyền. Loại T-CONT này được sử dụng chính cho các dịch vụ video và dữ liệu có độ ưu tiên cao hơn. 

T-CONT loại 4 Có nổ lực cho băng thông tốt nhất (best effort), được sử dụng cho các dịch vụ

dữ liệu như internet và những dịch vụ có độ ưu tiên thấp và không đòi hỏi băng thông cao. 

T-CONT loại 5 Các tham số mô tả cho lưu lượng T-CONT loại 5 là băng thông cố định (đặt

trước), băng thông đảm bảo (đặt trước), băng thông không đảm bảo (cấp phát động), băng thông nổ lực tốt nhất best effort (cấp phát động), băng thông tối đa (đặt trước), được sử dụng cho tất cả các loại băng thông và hiệu lực với tất cả các dịch vụ. Trong trường hợp truyền dẫn là ATM, việc cấp phát tài nguyên được thực hiện sử dụng VPI. VPI được định dạng bởi thông sô mô tả lưu lượng và được truyền trong các T-CONT tùy theo yêu cầu QoS. Cơ chế ánh xạ giữa độ đảm bảo QoS và loại TCONT do nhà điều hành quản lý. Trong trường hợp truyền dẫn là gói GEM thì các kết nối GEM được xác định bằng Port-ID có thể được định dạng lưu lượng bởi các thông số mô tả lưu lượng và được truyền trong các T-CONT. 3.10. Bảo mật Trong hệ thống PON thì ở hướng down dữ liệu được truyền broadcast đến tất cả ONU. Mỗi ONU chỉ có thể truy cập dữ liệu của mình, nhưng nếu user nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của user khác để truy cập dữ liệu, hệ thống bảo mật GPON thì ngăn chặng việc nghe lén này.



59


Giống như các mạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật mã để ngăn ngừa việc nghe trộm các tín hiệu không mong muốn. Không giống như truy cập wireless hay modem, trong mạng PON bất kì ONU nào cũng không thể thấy được lưu lượng up lên của ONU khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần mật mã ở hướng down dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu up lên có thể truyền key mật mã. GPON sử dụng chuẩn mật mã nâng cao AES (Advanced Encryption Standard). Đối với quá trình mã hóa dữ liệu, key và giá trị bộ đếm được sử dụng. Key này được biết đến bởi OLT và ONU. Để cập nhật key, OLT sẽ gửi bản tin key request message bởi việc sử dụng kênh PLOAM. Để đáp lại bản tin này, ONU sẽ phát ra key mới và gửi đến OLT. Giá trị bộ đếm được dùng cho quá trình mật mã được phát ra bởi một bộ đếm đồng bộ. Cả OLT và ONU có bộ đếm như nhau, và phải đồng bộ để dữ liệu được mã hóa ở OLT có thể được giải mã ở ONU. Bộ đếm là một trường 46 bit, trong đó, có 16 bit LSB (Least Significant Bits) được gọi là intraframe counter. Bộ đếm này được reset ở bắt đầu khung down, với byte đầu tiên nằm trong trường PCBd. Cứ sau mỗi 4 byte thì bộ đếm tăng giá trị. 30 bit MSB (Most Signficant Bits) còn lại đại diện cho bộ đếm interframe counter. Bộ đếm này cũng giống như superframe trong trường Ident trong PCBd, giá trị bộ đếm tăng lên sau mỗi khung. Giá trị bộ đếm 46 bit này được sử dụng như lối vào của thuật toán AES. Để phát ra key lối vào 128 bit thì 16 bit này được lặp lại 3 lần. Kết quả tạo ra một chuỗi gồm 138 bit, trong đó rút bớt 10 bit MSB, từ đó tạo ra key 128 bit cho lối vào của thuật toán AES (Hình 3-31).



60


Hình 3-31: Thuật toán AES-CTR Khi dữ liệu người dùng chứa các tế bào ATM thì chỉ có 48 byte payload trong cell ATM được mật mã. 48 byte (3 khối 128 bit), 3 khối này sẽ đươc XOR với 128 bit lối vào của thuật toán để tạo ra dữ liệu được mật mã ở OLT. Ở ONU dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu. Với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao đổi key bằng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra key và phát ngược trở về OLT. 3.11. Sửa lỗi FEC (Forward Error Corection) Sửa lỗi FEC được sử dụng bởi lớp vận tải trong hệ thống, hoạt động bằng cách chèn thêm các bit kiểm tra vào luồng dữ liệu để giúp phía thu phát hiện và sửa được nhiều lỗi. Do đó, việc sử dụng FEC này làm giảm băng thông tải của tín hiệu nhưng làm tăng hiệu suất băng thông bằng việc giảm việc truyền lại các gói dữ liệu do lỗi truyền dẫn. Mã FEC là mã RS (Reed Solomon) hay còn gọi là mã RS (255, 239). Đây là mã khối có 239 byte dữ liệu và 16 byte kiểm tra lỗi tạo thành khối dữ liệu có 255 byte. Mã RS (255, 239) cho phép phát hiện và sửa nhiều lỗi, kết quả là làm tăng độ lợi lên 3-4



61


dB.

Hình 3-32: Downstream FEC Hình 3-32: Downstream FEC, mô tả việc chia khung down thành các khối 255 byte. Từ mã trong 255 byte đầu tiên bao gồm khối PCBd. Từ mã tiếp theo sẽ bắt đầu sau byte thứ 255 và sẽ được lặp lại sau mỗi 255 byte. Khi FEC được sử dụng thì băng thông dành cho người dùng bị giảm đi. Bởi vì các khung down không được chia thành các khối 255 byte sẵn nên khối cuối cùng sẽ ít hơn 255 byte. Ví dụ như tại tốc độ 2.488 Gbps chiều dài khung là 38,880 byte thì ta có 152 khối có 255 byte và khối cuối cùng có 120 byte bao gồm 104 byte dữ liệu và 16 byte kiểm tra lỗi do đó đệm thêm 135 byte dữ liệu 0 vào. Các byte 0 này thì không được truyền nhưng nó được chèn vào ở bộ thu khi nó thực hiện tính toán kiểm tra lỗi ở khối này. Ở hướng up, mô tả ở hình 3-33 tương tự như khung down ngoại trừ từ mã đầu tiên không bao gồm overhead lớp vật lí. Từ mã đầu tiên bắt đầu với trường BIP không chứa trường mở đầu và trường ranh giới. Mỗi burst được phân thành khối tải 239 byte và được ánh xạ thành các khối từ mã 255 byte. Giống như khung down từ mã cuối cùng chứa ít hơn 239 byte thì sẽ đệm thêm vào các byte 0. Các byte 0 này thì không được truyền đi nhưng nó được chèn vào ở bộ thu khi nó thực hiện tính toán kiểm lỗi ở khối này. Sau đó, các byte 0 này được xóa và truyền từ mã đi. Khi nhận, OLT sẽ lại chèn thêm các byte 0 này vào trước khi giải mã nó. Sau khi quá trình giả mã xong, thì các byte 0 này lại được xóa đi, để nhận lại dữ liệu ban đầu.



62


Hình 3-33: Upstream FEC 3.12. Chuyển mạch bảo vệ trong phần mạng GPON Kiến trúc bảo vệ mạng GPON rất cần thiết cho việc tăng cường độ tin cậy cho mạng truy nhập. Tuy nhiên, việc triển khai mạng bảo vệ được xem như một cơ chế tùy chọn vì việc này phụ thuộc vào điều kiện kinh tế của từng nhà khai thác mạng. Sau đây là một số cấu hình mạng bảo vệ kép có thể sử dụng trong GPON. 3.12.1. Chuyển mạch bảo vệ Mạng GPON cần thiết phải có chế độ bảo vệ giữa giao diện ODN trong OLT và giao diện ODN trong ONU qua mạng phân phối quang ODN. Có hai loại chuyển mạch bảo vệ trong mạng GPON là: chuyển mạch tự động và chuyển mạch bắt buộc. 

Chuyển mạch tự động được kích thích khi phát hiện ra các lỗi như mất tín hiệu, mất khung, suy giảm tín hiệu…



Chuyển mạch bắt buộc được kích hoạt trong quá trình quản trị mạng như định tuyến lại tuyến quang, thay thế sợi quang… Cả hai loại chuyển mạch này đều có thể thực hiện trong mạng GPON nếu được

yêu cầu mặc dù đây là các chức năng tùy chọn. Cơ chế chuyển mạch bảo vệ được thực hiện bởi trường OAM, do đó trường thông tin OAM phải được dự trữ trong khung OAM. 3.12.2. Các kiểu cấu hình của mạng GPON kép và yêu cầu của chuyển mạch bảo vệ 3.12.2.1. Các kiểu cấu hình mạng GPON kép



63


Hầu hết mạng APON/BPON, GPON và EPON đều theo cấu trúc hình cây cung cấp các kết nối điểm đến đa điểm. Splitter được triển khai để chia tín hiệu quang nhận được đến tất cả sợi quang được phân bố. Hình 3-34, 3-35, 3-36, 3-37 chỉ ra 4 loại kiến trúc bảo vệ với các cấp độ bảo vệ khác nhau. Về cơ bản thì chúng làm giống hệt đường link sợi quang gốc và các thiết bị chính. 

Loại A, hệ thống quang kép

Hình 3-34: Hệ thống quang kép Hình 3-34, đây là cấu hình chuyển mạch kép đối với sợi quang, có 2 sợi quang gốc giữa OLT và splitter, trong đó có một sợi dự phòng, ở cấu hình này chỉ có sợi quang gốc được bảo vệ. Hai sợi quang này có sự phối hợp với nhau do đó mà khi sợi quang chính bị đứt thì nó chuyển sang sợi dự phòng. Trong suốt quá trình chuyển mạch thì suy hao tín hiệu thậm chí là suy hao các cell truyền là tất yếu, do đó tất cả kết nối giữa các node dịch vụ và thiết bị đầu cuối sẽ được giữ lại trong lúc chuyển mạch sợi quang. OLT không có thiết bị dự phòng do đó nếu OLT bị lỗi thì mạng sẽ ngưng hoạt động. Tất cả ONT/ONU và sợi quang dự phòng đều trở nên vô dụng khi OLT bị lỗi. Trong loại bảo vệ này người ta sử dụng splitter 1:N. 

Loại B, hệ thống OLT kép

Hình 3-35: Hệ thống OLT kép Chương 3: Công nghệ mạng quang thụ động GPON


64


Hình 3-35, đây là cấu hình kép đối với OLT và sợi quang giữa OLT và bộ chia quang (mạch dự phòng nằm về phía OLT), bộ chia quang có hai cổng đầu ra/đầu vào ở phía OLT có 2 bộ thu phát quang tại OLT và 2 sợi quang gốc giữa OLT và ONU. Cấu hình này yêu cầu mạch dự phòng trong OLT và không có dự phòng trong ONU. Nếu OLT lỗi hay sợi quang giữa OLT và splitter bị đứt thì nó chuyển mạch sang bộ dự phòng thông qua bộ điểu khiển đặt ở OLT. Suy hao tín hiệu và suy hao các cell là tất yếu trong quá trình chuyển mạch. Trong loại bảo vệ này người ta sử dụng splitter 2:N. 

Loại C, hệ thống kép toàn bộ

Hình 3-36: Hệ thống kép toàn bộ Hình 3-36, đây là cấu hình kép cả về OLT, ONU, sợi quang và cả bộ chia quang, không chỉ có 2 bộ thu phát ở OLT mà còn có 2 bộ thu phát ở ONU và 2 bộ splitter. Đây là một kiến trúc bảo vệ đầy đủ của FTTH. Trong cấu hình này, lỗi bất kì điểm nào cũng có thể được khôi phục bằng việc chuyển mạch đến thiết bị dự phòng. Do đó chi phí cho cấu hình này là rất cao và nó không kinh tế khi mạch dự phòng chỉ được dùng khi mạng chính có lỗi. 

Loại D, hệ thống kép một phần Đây là cấu hình cho phép nhân đôi một phần về phía ONU (không phải tất cả

các ONU đều được nhân đôi), Hình 3-37.



65


Hình 3-37: Hệ thống kép một phần 3.12.2.2. Các yêu cầu đối với chuyển mạch bảo vệ 

Chức năng chuyển mạch bảo vệ nên là chức năng tùy chọn.



Cả chuyển mạch tự động và chuyển mạch bắt buộc đều có thể trong mạng GPON nếu được yêu cầu, cho dù chúng là những chức năng tùy chọn.



Cơ chế chuyển mạch nhìn chung được nhận ra bởi chức năng của trường OAM, do đó trường thông tin OAM phải được lưu trữ trong khung OAM.



Tất cả những kết nối được hỗ trợ giữa node dịch vụ và thiết bị đầu cuối phải được giữ lại sau khi chuyển mạch.

3.13. Kết luận Qua các nghiên cứu ở trên, chúng ta có thể rút ra một số đặc điểm cơ bản của công nghệ GPON như sau: Công nghệ GPON đã được ITU chuẩn hoá trong các tiêu chuẩn ITU G984.x, phát triển từ công nghê BPON và hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường độ bảo mật, lựa chọn lớp 2 giao thức ATM, GEM và Ethernet với hiệu suất băng thông cao. GPON là công nghệ truy nhập quang của bộ ba dịch vụ (triple play) như video, thoại, và internet tốc độ cao, với các dịch vụ đòi hỏi băng thông rộng như: HD TV (truyền hình độ nét cao), IPTV (truyền hình tương tác), VoD (xem phim theo yêu cầu), Video Conferrence (hội nghị truyền hình), IP Camera… Kỹ thuật truy nhập sử dụng trong GPON là TDMA. Hỗ trợ nhiều loại tốc độ truy nhập đường lên từ 155 Mbit/s đến 2.5 Gbit/s, hỗ trợ hai tốc độ truy nhập đường xuống 1.25 Gbit/s và 2.5 Gbit/s.



66


Vấn đề tắc nghẽn lưu lượng và những vấn đề liên quan của mạng truy nhập quang tốc độ cao được giải quyết bằng các thủ tục định cỡ (ranging) và cấp phát băng thông động. Các thủ tục điều khiển và báo hiệu trong GPON đơn giản nhưng vẫn đảm bảo giải quyết các vấn đề cơ bản về kỹ thuật của mạng truy nhập băng rộng tốc độ cao, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của dịch vụ, điều đó khiến cho GPON là công nghệ sử dụng băng thông hiệu quả nhất trong các loại công nghệ PON hiện có. Tuy nhiên, GPON cũng có nhược điểm chính là: thiếu tính hội tụ IP , có một kết nối duy nhất giữa OLT và bộ chia, nếu kết nối này mất thì toàn bộ ONT/ONU không được cung cấp dịch vụ.



67


CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON CUNG CẤP DỊCH VỤ FTTH TẠI VNPT THỪA THIÊN HUẾ 4.1. Giới thiệu mạng MANE 4.1.1. Giới thiệu chung về mạng MANE MANE là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối các mạng cục bộ của các tổ chức và cá nhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet. Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng cung cấp dịch vụ mang lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng. Bản thân công nghệ Ethernet đã trở nên quen thuộc trong những mạng LAN của doanh nghiệp trong nhiều năm quam, giá thành các bộ chuyển mạch Ethernet đã trở nên rất thấp, băng thông cho phép mở rộng với những bước nhảy tùy ý là những ưu thế tuyệt đối của Ethernet so với các công nghệ khác. Với những tiêu chuẩn đã và đang được thêm vào, Ethernet sẽ mang lại một giải pháp mạng có độ tin cậy, khả năng mở rộng và hiệu quả cao về chi phí đầu tư. 4.1.2. Đánh giá về công nghệ mạng Metro Ethernet 

Tính dễ sử dụng Dịch vụ Ethernet dựa trên giao diện Ethernet chuẩn, dùng rộng rãi trong các hệ

thống mạng cục bộ. Hầu như tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy mở rộng việc sử dụng Ethernet để kết nối các mạng cung cấp dịch vụ với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp (OAM &P). 

Hiệu quả về chi phí Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư và chi phí vận hành. Sự phổ biến của

Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt. Giá thành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn, ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo, cho phép thuê bao thêm băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần. 

Tính linh hoạt Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng của họ theo những

cách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện với các dịch vụ truyền thống Chương 4: Ứng dụng công nghệ GPON cung cấp dịch vụ FTTH tại VNPT Thừa Thiên Huế


68


khác. Ví dụ: một công ty thuê một giao tiếp Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP. Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ. 

Tính chuẩn hóa MEF đang tiếp tục định nghĩa và chuẩn hóa các loại dịch vụ và các thuộc tính

này, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có khả năng trao đổi giải pháp của họ một cách rõ ràng, các thuê bao có thể hiểu và so sánh các dịch vụ một cách tốt hơn. 4.1.3. Ứng dụng của mạng MANE Hỗ trợ nhiều loại ứng dụng và dịch vụ thuộc thế hệ mạng kế tiếp. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu: kết nối giữa các LAN, truyền tải đa ứng dụng, mạng riêng ảo Metro, kết nối điểm - điểm tốc độ cao, mạng lưu trữ, LAN Video/Video Training, các ứng dụng sao lưu dự phòng, truyền số liệu Y tế, hình ảnh, Streaming Media, Server Backup, các ứng dụng lưu trữ (iSCSI). 4.1.4. Kiến trúc mạng MANE

Hình 4-1: Mô hình mạng MANE theo các lớp Theo định nghĩa của Metro Ethernet Forum tại MEF4 – Metro Ethernet Architecture Framework part 1, mạng Metro Ethernet sẽ được xây dựng theo 3 lớp: Chương 4: Ứng dụng công nghệ GPON cung cấp dịch vụ FTTH tại VNPT Thừa Thiên Huế


69


Lớp dịch vụ Ethernet – hỗ trợ những tính năng cơ bản của lớp, một hoặc nhiều lớp truyền tải dịch vụ, có thể bao gồm lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ cho các ứng dụng trên nền lớp 2. Mô hình mạng theo các lớp dựa trên quan hệ client/server. Bên cạnh đó, mỗi lớp mạng này có thể được thiết kế theo các mặt phẳng điều khiển, dữ liệu, quản trị trong từng lớp. Mô hình được mô tả như hình 4-1. 

Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer) Lớp dịch vụ Ethernet có chức năng truyền tải các dịch vụ hướng kết nối chuyển

mạch dựa trên địa chỉ MAC. Các bản tin Ethernet sẽ được truyền qua hệ thống thông qua các giao diện hướng nội bộ, hướng bên ngoài được quy định rõ ràng, gắn với các điểm tham chiếu. Lớp ETH cũng phải cung cấp được các khả năng về OAM, khả năng phát triển dịch vụ trong việc quản lý các dịch vụ Ethernet hướng kết nối. Tại các giao diện hướng bên ngoài của lớp ETH, các bản tin bao gồm: Ethernet unicast, multicast hoặc broadcast, tuân theo chuẩn IEEE 802.3 – 2002. 

Lớp truyền tải dịch vụ Lớp truyền tải dịch vụ hỗ trợ kết nối giữa các phần tử của lớp ETH. Có thể sử

dụng nhiều công nghệ khác nhau dùng để thực hiện việc hỗ trợ kết nối. Một số ví dụ: IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, PDH DS1/E1, MPLS… Các công nghệ truyền tải trên, đến lượt mình lại có thể do nhiều công nghệ khác hỗ trợ, cứ tiếp tục như vậy cho đến lớp vật lý như cáp quang, cáp đồng, không dây. 

Lớp dịch vụ ứng dụng Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ các dịch vụ sử dụng truyền tải trên nền mạng

Ethernet của mạng MEN. Có nhiều dịch vụ trong đó bao gồm cả các việc sử dụng lớp ETH như một lớp TRAN cho các lớp khác như: IP, MPLS, PDH DS1/E1… 

Các điểm tham chiếu Các điểm tham chiếu trong MEN định nghĩa các điểm tại đó phân tách biên

quản lý khi kết nối đi qua các giao diện trong MEN. Hình dưới đây mô tả mối quan hệ giữa các thành phần trong kiến trúc MEN. Các thành phần bên ngoài bao gồm: Kết nối từ thuê bao tới MEN, kết nối với MEN khác, kết nối với mạng khác không phải Ethernet. Thuê bao kết nối tới MEN qua giao diện UNI – User - Network Interface. Các thành phần bên trong MEN kết nối với nhau qua giao diện NNI trong ( Interal Network-to-Network Interface). Hai mạng MEN có thể kết nối với nhau qua giao diện

Chương 4: Ứng dụng công nghệ GPON cung cấp dịch vụ FTTH tại VNPT Thừa Thiên Huế


70


NNI ngoài (External Network – to – Network Interface. Dưới đây là mô hình các điểm tham chiếu:

Hình 4-2: Mô hình các điểm tham chiếu 4.2. Mô hình MANE Thừa Thiên Huế

Hình 4-3: Mô hình mạng MANE Thừa Thiên Huế Hiện nay mạng MANE của VNPT Thừa Thiên Huế sử dụng thiết bị của Cisco, và chọn giải pháp MPLS do Cisco đề xuất. Nguyên lý hoạt động chủ yếu trong công Chương 4: Ứng dụng công nghệ GPON cung cấp dịch vụ FTTH tại VNPT Thừa Thiên Huế


71


nghệ MPLS là thực hiện gắn nhãn cho các loại gói tin cần chuyển đi tại các bộ định tuyến nhãn biên LSR (Label Switch Router), sau đó các gói tin này sẽ được trung chuyển qua các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn đuờng LSR. Các đường chuyển mạch nhãn LSP được thiết lập bởi người điều khiển, quản lý mạng trên cơ sở đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật nhất định như là mức độ chiếm dụng đường thông, khả năng tắc nghẽn, chức năng kiến tạo đường hầm… Như vậy, sự hoạt động chuyển mạch của các LSR cho phép MPLS có khả năng tạo ra các kết nối đầu cuối tới đầu cuối. Ưu điểm MPLS 

Công nghệ MPLS phù hợp với hầu hết cấu trúc topo mạng (ring, mesh).



Công nghệ MPLS cho phép truyền tải đa dịch vụ với hiệu suất truyền tải cao.



Hỗ trợ truyền tải các dịch vụ có yêu cầu QoS.



Cung cấp các dịch vụ VPN Layer 3.

Nhược điểm 



Giá thành khá cao. Quản lý và vận hành khá phức tạp. Theo Cisco, kiến trúc MEN được chia thành 5 lớp: Access, Aggregation, Edge,

Core, Service Application. Trong đó VNPT Thừa Thiên Huế chỉ quản lý 2 lớp là Access và lớp Aggregation. 3 lớp Edge, Core, Service Application do công ty VTN quản lý. 4.2.1. Lớp truy nhập (Access) Hiện tại VNPT Thừa Thiên Huế sử dụng 20 router Cisco 7606 làm chức năng truy nhập. Lớp này cung cấp truy cập băng rộng cho các dịch vụ doanh nghiệp và dân cư trong mô hình retail và wholesale, dựa trên xDSL (ADSL, ADSL 2+, VDSL, SHDSL), các nút truy cập Ethernet ghép lưu lượng thuê bao trong 802.1q và 802.1ad. Thiết bị với chức năng U-PE: điểm phân tách giữa khách hàng và mạng nhà cung cấp dịch vụ. Thông thường nó là thiết bị lớp 2 đặt tại lớp Access đặt tại CP nhưng được quản lý bởi nhà cung cấp dịch vụ. Chức năng của U-PE ban b an đầu là: 



Tổng hợp nhiều đường khách hàng tại lớp truy nhập. Định nghĩa các dịch vụ Ethernet bằng cách cung cấp đặc điểm UNI phù hợp, ví dụ 802.1Q tunneling (Q-in-Q) và 802.1Q trunking.



72


Cô lập lưu lượng khách hàng bằng cách gán giá trị VLAN IDs duy nhất của nhà cung cấp mỗi dịch vụ. Đảm bảo băng thông phù hợp SLA bằng cách phân loại lưu lượng, áp đặt chính sách, đánh dấu và xếp hàng. 4.2.2. Lớp thu gom (Aggregation) 



Bao gồm 3 router Cisco 7609 làm chức năng thu gom. Cung cấp dịch vụ vận chuyển giữa lớp mạng truy cập và lớp mạng biên, bao gồm cả các nút phân phối và tổng hợp kết nối trong topo vật lý khác nhau. Công nghệ Carrier Ethernet mạng tổng hợp dựa trên MPLS/IP và cho phép các tùy chọn vận chuyển L2 và L3 ( Điểm – Điểm và MP) dựa trên các yêu cầu dịch vụ đặc biệt thiết bị cho Aggregation - PE-AGG: tổng hợp lưu lượng, quản lý tắc nghẽn, L2 Wholesale Handoff, ghép dịch vụ, chuyển mạch cục bộ cho các dịch vụ Ethernet. 4.3. Thiết bị GPON F61 của hãng ECI 4.3.1. Đặc điểm kỹ thuật Thiết bị Hi-FOCuS F61 hỗ trợ truy nhập cáp quang và cáp đồng với các dịch vụ đồng thời như dữ liệu, thoại và video. Hi-FOCuS có thể lắp đặt ở ngoài trời hoặc trong nhà. Hỗ trợ tốc độ hướng xuống 2.5Gbps và tốc độ hướng lên 1.25Gbps. Hỗ trợ 384 thuê bao ADSL2+/POTS hoặc 288 thuê bao VDSL2. Hỗ trợ 3000 thuê bao GPON. Hỗ trợ VoIP. Hỗ trợ các tiêu chuẩn dành cho thuê bao băng rộng: ITU-T G.992.3/G992.4(ADSL2), ITU-T G992.5(ADSL2+), ITU-T G993.2(VDSL2), ITU-T G984(GPON), G992.1 (DTM Full Rate), G992.2 (G.lite), ANSI ANSI T1.413. Hỗ trợ các giao thức mạng: PPPoE, IPoEoA traffic transport, IEEE 802.1q, .1p, .1d, .3x và .1ad, RFC 2684, Port/PVC mapping to VLANs, IGMP, Cấu hình 1:1 và 1:N VLAN, IPoA-routed mode, DHCP relay agent. a gent. 4.3.2. Lợi ích 





















Tối ưu hóa đầu tư hạ tầng mạng và chi phí vận hành thông qua giải pháp triển khai FTTx. Thiết bị được thiết kế đặc biệt có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, khoảng không hẹp; Hỗ trợ dịch vụ điểm – đa điểm, bảo mật và chất lượng dịch vụ cho phép nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra nhiều dịch vụ gia tăng.



73


Băng thông rộng cho phép hỗ trợ tới 128 kết nối GPON. Hỗ trợ quản lý tập trung các thiết bị. Tuân thủ chuẩn GPON. 4.3.3. Cấu trúc phần cứng 





Thiết bị Hi-FOCuS F61 được thiết kế trong 1 shelf bao gồm 8 khe.

Hình 4-4: Cấu trúc phần cứng Khe PFF bao gồm các kết nối với hệ thống nguồn, đấu nối tới hệ thống cảnh báo ngoài, xung đồng bộ, điều khiển hệ thống quạt và dùng cho việc cấu hình. Khe 217 là dùng cho giao tiếp mạng hướng lên IPNI, IPNI, hỗ trợ 3 giao tiếp 1Gbps và 1 giao tiếp 10Gbps. Khe 201 đến 206 dùng cho card thuê bao dịch vụ GPON, ADSL2+, VDSL2, VoIP. Card GPLT4 cung cấp giao diện GPON tuân thủ ITU-T G984, được kết nối tới card giao tiếp mạng IPNI cho phép điều khiển cả tín hiệu GPON hướng xuống và hướng lên phía khách hàng. Mỗi card GPLT4 hỗ trợ 4 port GPON, mỗi port GPON hỗ trợ tối đa 128 thuê bao. Card V2U-C48 hỗ trợ cung cấp dịch vụ cho 48 thuê bao VDSL2 với hướng lên là GPON. Card ATU-C64 hỗ trợ cung cấp dịch vụ cho 64 thuê bao ADSL2+. Card PTU-C64 hỗ trợ 64 port VoIP. 4.3.4. Mô hình cung cấp dịch vụ Triple play: bao gồm dịch vụ FTTH, dịch vụ 













LiveTV và VoD



74


Hình 4-5: Mô hình cung cấp dịch vụ triple play



67


KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về đố án “Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng triển khai trên mạng VNPT Thừa Thiên Huế”, em đã nắm bắt được các vấn đề sau: 

Hiểu một cách tổng quát về mạng FTTx.



Các loại mạng quang thụ động PON.



Các kĩ thuật, giao thức, cấu trúc khung truyền dẫn, cấp phát băng thông động, kĩ thuật đóng khung GEM... trong công nghệ mạng quang thụ động GPON.



Và cuối cùng tìm hiểu về cấu trúc cũng như mô hình ứng dụng công nghệ GPON vào mạng viễn thông Thừa Thiên Huế như mạng MANE, FTTH. Do thời gian có hạn và khối lượng công việc khá lớn cùng hạn chế bởi khả năng

của bản thân nên trong đồ án này em vẫn còn nhiều sai sót. Hi vọng trong thời gian tới em có thể tiếp tục hướng phát triển này cùng một số ý tưởng ứng dụng khác tiếp tục kết quả của đồ án này. Em xin chân thành cám ơn các Thầy Cô giáo trường Đại Học Khoa Học Huế, Kĩ sư Nguyễn Hoàng Văn đang công tác ở VNPT tỉnh Thừa Thiên Huế, cùng toàn thể các bạn lớp ĐTVT K30 đã giúp đỡ em hoàn thành nội dung đồ án này. Huế, 06/2011 Sinh viên BÙI THỊ PHONG

Kết luận

GPON Chinh Thuc

Recommend Documents