LỜI MỞ ĐẦU Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng dịch vụ Viễn thông ngày càng cao do mức sống đƣợc nâng lên đồng thời công việc và nhu cầu giải trí ngày càng đòi hỏi chất lƣợng các dịch vụ phải không ngừng đƣợc tăng lên. Chúng ta có thể lấy sự gia tăng nhu cầu về Internet ra làm một ví dụ. Theo “Báo cáo Netcitizens Việt Nam năm 2011” của Cimigo, xét về tốc độ tăng trƣởng, “Việt Nam là quốc gia có tỷ lệ tăng trƣởng Internet nhanh nhất trong khu vực và nằm trong số các quốc gia có tỷ lệ tăng trƣởng cao nhất trên thế giới. Từ năm 2000, số lƣợng ngƣời sử dụng Internet đã nhân lên 120 lần.
Cách đây 10 năm, tỷ lệ sử dụng Internet của Việt Nam nằm cách xa hầu hết các nƣớc Châu Á khác”. Chính vì những nhu cầu không ngừng tăng lên cùng với yêu cầu về chất lƣợng đã đặt ra cho Viễn thông bài toán tăng tốc độ truyền dẫn. Ngày nay ngƣời ta đã quen với một công nghệ xuất hiện từ 10 năm trƣớc ở Việt Nam là ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line – đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng). ADSL ra đời trở thành một điểm nhấn trong tốc độ truyền dẫn tại Việt Nam.
Tuy nhiên, hiện nay với yêu cầu băng thông ngày càng cao thì ADSL hầu nhƣ “đuối sức”. Tại Việt Nam, đề án "Đƣa Việt Nam sớm trở thành nƣớc mạnh về công nghệ thông tin và truyền thông" của Thủ tƣớng Chính phủ tại Quyết định số 1755/QĐ-TTg ngày 22/09/2010 đã chỉ ra định hƣớng, tầm nhìn cho sự phát triển ngành băng rộng tại Việt Nam đến năm 2015 là: Cơ bản hoàn thành mạng băng rộng đến các xã, phƣờng trên cả nƣớc, kết nối Internet đến tất cả các trƣờng học, tỉ lệ ngƣời dân sử dụng Internet đạt trên 50%. Vì vậy, “Trong năm 2010, ngƣời ta nói nhiều tới việc băng rộng di động mà cụ thể là 3G lên ngôi sẽ khiến cho ADSL phải suy thoái. Nhƣng theo nhiều chuyên gia, đây lại không phải là điều đáng lo ngại nhất, mà đối thủ sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới “năng lực” phát triển của ADSL trong năm 2011 và các năm tới lại là FTTx (công nghệ truyền dẫn cáp quang) và FTTH (Internet cáp quang chuẩn).
Theo Báo cáo viễn thôngViệt Nam, trong năm 2009 trên thế giới đã có 39,4 triệu hộ gia đình sử dụng FTTH, con số này tăng lên 51,4 triệu hộ trong năm 2010 và dự kiến sẽ đạt gần 90 triệu hộ gia đình sử dụng cáp quang vào năm 2012. Dự đoán, FTTH sẽ là ngành kinh doanh cốt lõi của các nhà cung cấp dịch vụ Internet”.[8] Tuy nhiên, FTTH vẫn còn khó khăn khi giá cƣớc đắt hơn ADSL nên việc triển khai tại Việt Nam vẫn còn nhiều khó khăn nhất định. FTTH là một trong những công nghệ của FTTx. FTTx là công nghệ mạng truy nhập sử dụng đƣờng truyền bằng cáp quang, cho tốc độ upload và download cao hơn và ổn định hơn ADSL.
FTTx có các dạng: FTTN (Fiber To The Node); FTTC (Fiber To The Curb); FTTB (Fiber To The Building); FTTH (Fiber To The Home), đƣợc hiểu lần SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 1 Tieu luan lƣợt là: Cáp quang tới giao điểm; Cáp quang tới tủ thiết bị; Cáp quang tới tòa nhà; Cáp quang tới tận nhà. FTTx có thể là mạng truyền dẫn quang thụ động – PON (Passive Optical Network), trong đó tất cả các thành phần quang chủ động (active) giữa tổng đài CO (Central Office) và ngƣời sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động (passive), để điều hƣớng lƣu lƣợng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lƣợng của các bƣớc sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đƣờng truyền. Mặc khác, FTTx cũng có thể là mạng truyền dẫn quang chủ động AON (Active Optical Network). Trong 4 dạng FTTx, thì FTTH là hoàn chỉnh nhất về công nghệ, tiêu chuẩn quốc tế và tối ƣu tiện ích cho ngƣời dùng.
Trong FTTH gồm có EPON (Ethernet PON), BPON (Broadband PON) và GPON (Gigabit PON). Xét trên phƣơng diện tốc độ truyền dẫn thì EPON có tốc độ 1Gbps cho cả 2 hƣớng (IEEE 802.3ah)), BPON có tốc độ 155,52 Mbps cho hƣớng lên, 155,52 hoặc 622,08Mbps cho hƣớng xuống (ITU-T G. GPON có tốc độ cao nhất lên tới 2,488 Gbps cho cả 2 hƣớng (ITU-T G. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 2 Tieu luan Vì vậy em chọn đề tài làm Đồ án tốt nghiệp là“PHÂN TÍ CH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO CÔNG NGHỆ GPON” nhằm làm rõ các vấn đề chính sau: Nêu rõ đƣơ ̣c nhƣ̃ng ƣu điể m của PON đồ ng thời làm rõ các chuẩ n công nghê ̣ đƣơ ̣c dùng trong PON nhƣ BPON , EPON và GPON về tố c đô ̣ truyề n dẫn , cấ u trúc khung truyề n và các vấ n đề đƣơ ̣c đề câ ̣p trong các chuẩ n đƣơ ̣c ITU -T và IEEE đƣa ra.
Đƣa ra hai bài toán thiế t kế thƣ̣c tế dƣ̣a trên công nghê ̣ GPON và phân tích kế t quả của hai bài toán ấy nhằm làm rõ những vấn đề nhất định trong việc chọn GPON làm công nghê ̣ truyề n dẫn , cung cấ p dich ̣ vu ̣ cho khách hàng. Với các nội dung chính nhƣ trên, để hoàn thành mục tiêu, bài báo cáo đƣợc phân làm các chƣơng với các đề mục cụ thể nhƣ sau: Chƣơng I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP FTTH Chƣơng II:TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON Chƣơng III:BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON Chƣơng IV:PHÂN TÍ CH KẾT QUẢ BÀ I TOÁN THIẾT KẾ SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 3 Tieu luan CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1. FTTH, AON, PON Nhƣ đã nói ở trên,mạng FTTH là mạng truy nhập cáp quang. Trong đó có hai phƣơng án triển khai FTTH là PON và AON.
Mỗi phƣơng án đều có ƣu, nhƣợc điểm riêng. Một nhƣợc điểm rất lớn của mạng quang tích cực AON chính là ở thiết bị chuyển mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngƣợc lại để truyền đi. Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH.
Nếu xét về chi phí để bảo dƣỡng thiết bị thì PON lợi thế hơn hẳn khi các thiết bị chủ động trong AON đƣợc thay bằng các thiết bị thụ động. Đồng thời, AON có nhiều ƣu điểm nhƣ: tầm kéo dây xa (lên đến 70km mà không cần bộ lặp (repeater)), tính bảo mật cao (do việc can thiệp nghe lén (eavesdropping) trên đƣờng truyền gần nhƣ là không thể), dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao khi cần, dễ xác định lỗi. Tuy nhiên, công nghệ AON cũng có khuyết điểm là chi phí cao do: việc vận hành các thiết bị trên đƣờng truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang riêng, cần nhiều không gian chứa cáp. Trong khi đó, với PON đƣờng truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung tâm OLT (Optical Line Termination) qua một thiết bị chia tín hiệu (Splitter) và từ thiết bị này mới kéo đến nhiều ngƣời dùng (có thể chia từ 32 – 64 thuê bao).
Splitter không cần nguồn cung cấp, có thể đặt bất kỳ đâu nên nếu triển khai cho nhiều thuê bao thì chi phí giảm đáng kể so với AON. Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống cũng tiết kiệm điện hơn và không gian chứa cáp cũng ít hơn so với AON. Tuy nhiên, PON cũng có nhiều khuyết điểm nhƣ khó nâng cấp băng thông khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm sẽ ảnh hƣởng đến những thuê bao khác trong trƣờng hợp đã dùng hết băng thông), khó xác định lỗi hơn do một sợi quang chung cho nhiều ngƣời dùng, tính bảo mật cũng không cao bằng AON (có thể bị nghe lén nếu không mã hóa dữ liệu).1 Công nghệAON AON có cấu trúc “point to point” (điểm - điểm), trong đó kết nối giữa khách hàng và CO thông qua thiết bị đầu cuối ONT là một kết nối trực tiếp trên một sợi quang. Những yêu cầu kết nối từ phía khách hàng thông qua sự định tuyến của các router, switch, multiplexer tại CO sẽ đi ra mạng dịch vụ bên ngoài.
AON sử dụng bƣớc sóng 1550nm để truyền tín hiệu hƣớng xuống (từ CO đến phía khách hàng) và 1310nm để truyền tín hiệu cho hƣớng lên (từ phía khách hàng đến CO). Một cấu trúc của AON đơn giản đƣợc thể hiện trong Hình 1. SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 4 Tieu luan CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1550 nm ONT Central office 1310 nm ONT OLT ONT Hình 1.1: Cấu trúc AON Một nhƣợc điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyển mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngƣợc lại để truyền đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTX.
Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tƣ lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập. Việc cùng lúc xử lí các yêu cầu truy nhập hƣớng lên của ngƣời dùng ra mạng dịch vụ bên ngoài cũng nhƣ việc phân tích để chuyển luồng dữ liệu từ các dịch vụ đến ngƣời dùng có thể gây quá tải trong xử lí hoặc xung đột tại OLT của CO. Để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới ngƣời dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất “đệm” cho quá trình này. Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet).
Đó chính là bƣớc đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 đƣợc gọi là Ethernet in First Mile (EFM). Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho ngƣời sử dụng. Nhờ đó, cả phía nhà cung cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet. Các Ethernet Switch sẽ giúp giảm xung đột do xử lí tín hiệu tại CO, nó cần cấp nguồn để hoạt động.
Việc chuyển mạch tại đây dựa trên lớp 2 và lớp 3 của cấu trúc khung Ethernet. Mạng AON nhƣ vừa nói có thể đƣợc miêu tả trong Hình 1. Central Office ONT Switch quang OLT ONT ONT Hình 1.2: Cấu trúc AON Ethernet SVTH: HUỲNH VĂN TỤ LỚP: Đ07VTA3 Trang 5 Tieu luan CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 1.