Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Mạng thụ động PON

1 Mạng thụ động PON

Tải bản đầy đủ - 0trang

Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



2.1.3Kiến trúc mạng quang thụ động PON

Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang,

ONU/ONT. OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất

cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thơng qua sợi cáp quang. Tín hiệu từ OLT sẽ

đến các splitter quang. Splitter quang được sử dụng để phân chia công suất từ một

sợi duy nhất đến x người sử dụng (x có thể là 32, 64 hoặc 128, điều đó phụ thuộc vào

hệ số chia của splitter) trên một khoảng cách tối đa là 20 km. Để thu được tín hiệu từ

OLT, tại phía người sử dụng cần có các bộ ONU/ONT.



Hình 2.1: Mơ hình chung của mạng quang thụ động PON



Nguyễn Quang Huy CB110855



11



Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



Từ mơ hình chung ở trên, mạng PON còn được triển khai dưới các dạng kiến

trúc như sau:



Nguyễn Quang Huy CB110855



12



Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON

Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:

 OLT: Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office. Nó là thành

phần quan trọng nhất trong hệ thống GPON, cung cấp các giao diện truy nhập

PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu

phía đường lên.

 ONU: Đây là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng. Nó là điểm cuối của mạng

quang FTTH. ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON

thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu

thoại được sử dụng tại thuê bao.

 ONT: Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là điểm cuối cùng của

ODN.

 ODN: Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT. Cụ thể,

hệ thống phân phối quang ODN bao gồm các thành phần sau đây:

Măng xông quang

Dây nhảy quang

Hộp phối quang ODF

Splitter (bộ chia/ghép quang). Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia

cơng suất quang. Dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín

hiệu ở đầu ra. Các hệ số chia thơng thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ

động tức là không phải cấp nguồn. Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số

chia. Hệ số chia càng lớn thì suy hao càng lớn. Với hệ số chia là 1:2 thì suy

hao khoảng 3 dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB. Suy hao

này chính là suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hồn hảo trong q trình xử lý.

Hình 2.3 cho biết nguyên lý chung của bộ chia công suất quang. Giả sử tại

đầu vào có 3 bước sóng λ1 ở đường xuống, λ2, λ3 ở đường lên, với bộ chia

Nguyễn Quang Huy CB110855



13



Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



cơng suất có hệ số chia là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào

là λ2và bước sóng ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước

sóng ra là λ1.



Hình 2.3: Bộ chia cơng suất quang

2.1.4 Các chuẩn PON

ITU-TG983

APON (ATM Pasive Optical Network) Mạng quang thụ động ATM. Đây là

chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên.Từng được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng

thương mại trên nền ATM.

BPON( Broadband PON) là chuẩn trên nền APON. Được bổ xung để hỗ trợ

cho WDM ghép kênh phân chia theo bước sóng, cấp phát băng thơng đường lên rộng

và lớn hơn, tính chọn lọc cao. Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn gọi là OMCI,

giữa OLT và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp hỗn hợp, cụ thể :

• G983.1 : Năm 1998, trình bày về lớp vật lý cưa hệ thống APON/BPON.

• G983.2 : Năm 1999, đặc tính của giao diện điều kiển và quản lý ONT.

• G983.3 : Thơng quan năm 2001, đặc tính mở rộng cung cấp những dịch vụ

thông qua phân bổ bước sóng.

• G983.4 : Thơng qua năm 2001, mơ tả những cơ chế cần thiết để hỗ trợ phan

bổ băng tần động trong các ONT của cùng một mạng PON.

• G983.5 : Thông qua năm 2002, xác định những cơ chế chuyển mạch bảo vệ

cho BPON.

• G983.6 : Thơng qua năm 2002, định nghĩa những mở rộng cho giao diện

điều kiển cần thiết cho quản lý những chức năng chuyển mạch tại ONT.

• G983.7 : Thơng qua năm 2001, định nghĩa những mở rộng cho giao diện

điều kiển cần thiết cho quản lý những chức năng DBA tại ONT.



Nguyễn Quang Huy CB110855



14



Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



ITU-T984

GPON ( Gigabit PON) là một sự phát triển của chuẩn BPON. Nó hỗ trợ tốc độ cao

hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp giao thức ( ATM, GEM, Ethrenrt)

• G 984.1 : mơ tả những đặc tính chung của hệ thống GPON như là kiến trúc,

tốc độ bít, bảo vệ và bảo mật

• G984.2 : Xác định những thông số của GPON tại tốc độ lên là ( 155Mb/s,

622Mb/s, 1,5 Gb/s, 2,5Gb/s), xuống là (1,5Gb/s và 2,5Gb/s)

• G983.4 : Mơ tả những đặc tính về khung hội tụ truyền dẫn của GPON, bản

tin, phương pháp xác định khoảng, hoạt động, giám sát, những chức năng bảo dưỡng

và bảo mật.

IEEE 802.3ah

EPON hay GEPON ( Ethernet PON) là một chuẩn IEEE để sử dụng Ethernet

cho dữ liệu gói.

Trong các giải pháp mạng PON, giải pháp EPON được hỗ trợ và phát triển

nhanh nhất. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chọn giải pháp này để làm mạng truy

nhập và truyền tải lưu lượng Metro (MEN) để cung cấp đa dịch vụ. Tuy nhiên cơ chế

duy trì và phục hội mạng của giải pháp EPON còn chậm nên chỉ có thể áp dụng cho

mạng có quy mơ vừa và nhỏ.

2.1.5So sánh mạng PON và AON

Mạng quang chủ động AON (Active Optical Network) là kiến trúc mạng điểm

- điểm. Thông thường mỗi thuê bao có một đường cáp quang riêng chạy từ thiết bị

trung tâm (Access Node) đến thuê bao.

Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật PON

và AON. Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ xem xét một số thông số quan trọng như băng

thông, khả năng điều khiển luồng, khoảng cách…

 Về băng thơng

Ngày càng có nhiều dịch vụ viễn thông yêu cầu tốc độ cao như IPTV, VOD,

Conference meeting… Do đó băng thơng là một vấn đề vơ cùng quan trọng. Bảng

2.1 dưới đây sẽ cho ta cái nhìn khái quát hơn về băng thông đáp ứng được giữa 2

công nghệ này.



Nguyễn Quang Huy CB110855



15



Luận văn tốt nghiệp

AON

Rộng

Với mỗi một th bao

sử dụng riêng một

đường cáp quang thì

băng thơng có thể nằm

trong

khoảng

từ

100Mbps đến 1Gbps

(đối với hộ gia đình

hoặc một công ty).

Đơn giản

Khi một node truy

nhập được cấu tạo từ

các module thì người

ta có thể nâng cấp

được băng thơng cho

một thuê bao nào đó

bằng cách can thiệp

vào phần cứng.



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

PON

Băng thông tối đa cho một thuê bao

Hợp lý

Các chuẩn của mạng PON

được nghiên cứu rộng rãi

cho phép băng thông cấp

phát đến các port tại OLT

là giống nhau.



Đánh giá



AON ưu thế hơn

Công nghệ AON tốt hơn, băng

thông tối đa của mỗi thuê bao là

lớn hơn. Bởi vì đối với các

doanh nghiệp thì băng thơng

thường lớn hơn các thuê bao của

hộ gia đình, nếu sử dụng PON

thì khơng thể điều khiển sự khác

nhau này.



Điều chỉnh băng thơng

Khó khăn

AON tốt hơn

Để điều chỉnh băng thơng Cơng nghệ mạng AON tốt hơn

của một thuê bao thì rất bởi vì nó dễ dàng nâng cấp hơn.

khó vì nó phụ thuộc vào

cấu trúc của mạng PON.

Điều này có thể được cải

tiến trong tương lai nếu

cấu trúc mạng PON có cấu

hình dự phòng n +1.



Bảng 2.1: Bảng so sánh AON và PON về băng thông

 Về lưu lượng

AON

PON

Đánh giá

Sự phát triển băng thơng hiện thời

Đơn giản

Khó khăn

AON chiếm ưu thế

Có thể điều tiết lưu lượng Vì mạng PON tại phía nhà

tại các node truy nhập cung cấp dịch vụ sử dụng

thông qua các switch dưới công nghệ ghép kênh theo

sự quản lý của hệ thống bước sóng và trong quá

điều khiển mạng.

trình truyền nhận lại sử

dụng các splitter cho nên

việc điều khiển băng

thơng là khó khăn.

Các hiện tượng trễ, jitter và các nhiễu khác trong quá trình truyền



Nguyễn Quang Huy CB110855



16



Luận văn tốt nghiệp

Thấp

Đều sử dụng sợi quang

nên những hiện tượng này

là không đáng kể.



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

Thấp



Như nhau



Sự xung đột tại các node truy nhập

Thấp

Cao

AON ít xung đột hơn

Thuê bao tại một node Tại OLT, một splitter Số lượng thuê bao sử

truy nhập, sử dụng giao quang chia giao diện dụng mạng AON chịu ảnh

diện quang và mật độ thuê người dùng ra làm 32 hay hưởng của sự cố đường

bao tại các card giao diện 64 tín hiệu. Một subrack truyền ít hơn so với mạng

tương đối thấp so với OLT thường cung cấp nhiều PON.

sử dụng trong mạng PON giao diện thuê bao nên khi

nên khi có sự cố xảy ra thì xảy ra sự cố thì thường có

các th bao bị ảnh hưởng nhiều thuê bao chịu ảnh

ít hơn.

hưởng.



Bảng 2.2: Bảng so sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng

2.1.6Các chuẩn mạng PON

Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: Nhóm 1 bao gồm các chuẩn

theo phương thức ghép kênh TDM PON như là APON, BPON, EPON, GPON;

Nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy nhập khác như: WDM-PON và

CDMA-PON.

2.1.6.1 BPON

Mạng quang thụ động băng rộng BPON được chuẩn hóa trong chuỗi các

khuyến nghị G.938 của ITU-T. Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các

khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu đường

lên và đường xuống, giao thức truy nhập đường lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các

giao tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA.

Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào

ATM. Một khung đường xuống có tốc độ 155Mbit/s hoặc 622 Mbit/s và một tế bào

quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong

Nguyễn Quang Huy CB110855



17



Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



kênh. PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM. Ngoài ra các tế bào

PLOAM có khả năng lập trình được và chứa thơng tin như là băng thông đường lên

và các bản tin OAM.

Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo

(VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống của

mình. Mỗi một kênh gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bit từ mào đầu. Từ mào

đầu mang thông tin về thời gian bảo vệ, mào đầu cho phép đồng bộ và khơi phục tín

hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu. Chiều dài của từ

mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT. Các ONT thực hiện

gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT. BPON sử dụng giao

thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT.

OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa vào gửi các tế báo ATM rỗi

hoặc làm đầy tất cả đường lên bởi dữ liệu của ONT. OLT dừng định kỳ việc truyền

đường lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động

hệ thống. Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ

ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia. OLT xác

định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và

xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc đáp. Sau đó OLT gửi tới ONT

một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các

ONT.

2.1.6.2 EPON

EPON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3. Trong EPON dữ liệu đường xuống

được đóng khung theo khn dạng Ethernet. Các khung EPON có cấu trúc tương tự

như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin

xác định điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận dạng kênh

logic nhằm xác định duy nhất một ONU MAC. Trong đường lên, các ONU phát các

khung Ethernet trong các khe thời gian đã được phân bổ. ONU sử dụng giao thức

điều khiển đa điểm PDU để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi

đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thơng 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 u cầu băng thơng hay khơng. Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ

liệu được phát trong đường lên. Ngồi ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng

Nguyễn Quang Huy CB110855



18



Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



trong EPON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông. Do khơng có cấu

trúc khung thống nhất đối với đường xuống và đường 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.

OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns. Mỗi

một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ

của ONU tương ứng. Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s.

2.1.6.3 GPON

GPON được xây dựng dựa trên 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 là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong

khuyến nghị G.701 ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho

ứng dụng của PON, 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 đường xuống và đường

lên. Khung đường xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là

vùng tải tin GEM và/hoặc các tế bào ATM. PLOAM gồm có thơng tin cấu trúc

khung và sắp đặt băng thơng cho ONT gửi dữ liệu trong khung đường lên tiếp

theo. Khung đường lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT. Mỗi một

nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong

BPON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thơng của các ONT.

Ngồi ra, các PLOAM và các yêu cầu băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm

với các nhóm đường lên khi có yêu cầu từ OLT.



Nguyễn Quang Huy CB110855



19



Luận văn tốt nghiệp

Đặc tính

Tổ chức chuẩn hóa



Tốc đọ dữ liệu

Tỷ lệ

chia(ONUs/PON)

Mã đường truyền

Số lượng sợi quang

Bước sóng

Cự ly tối đaOLTONU

Chuyển mạch bảo

vệ



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON

B-PON

FSAN và ITU-T

SG 15

(G.983 series)

155.52 Mbit/s

hướng lên 155,52

hoặc 622,08Mbit/s

hướng xuống



G-PON

FSAN và ITU-T

SG 15

(G.983 series)

Lên tới 2,488

Gbit/s cả 2 hướng



1 Gbit/s cả 2

hướng



1:64



1:64



1:64**



Scramble NRZ

1 hoặc 2

1310nm cả 2

hướng hoặc

1490nm xuống &

1310nm lên



Scramble NRZ

1 hoặc 2

1310nm cả 2

hướng hoặc

1490nm xuống &

1310nm lên



8B/10B

1



20km



(10-20) km



(10-20) km



Có hỗ trợ



Có hỗ trợ



Khơng hỗ trợ



GEM và ATM



Không( sử dụng

trực tiếp các khung

Ethernet)



Khuôn dạng dữ liệu ATM



Trực tiếp( qua

GEM hoặc ATM0

hoặc CES

Qua TDM hoặc

VoIP



E-PON

IEEE 802.3

(802.3ah)



1490nm xuống &

1310nm lên



Hỗ trợ TDM



Quan ATM



Hỗ trợ thoại



Qua ATM



QoS



Có (DBA)



Có (DBA)



Có (ưu tiên

802.1Q)



Khơng



RS (255,239)



RS (255,239)



AES-128



AES-128, 192, 256

GTC và

ATM/GEM OAM



Khơng

802.3ah Ethernet

OAM



Sửa lỗi hướng tới

trước FEC

Mã hóa bảo mật

OADM



PLOAM và ATM



CES

VoIP



Bảng 2.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON

2.1.6.4 GEPON

Trong tháng 6 năm 2004, công nghệ Ethernet được khuyến nghị dùng cho

mạng truy nhập và có tên là IEEE 802.3ah. Nó được coi là một hệ thống mạng truy

nhập quang tốc độ cao. Do đây là hệ thống mạng PON được tối ưu cho cơng nghệ

Ethernet nên có tên thường gọi là EPON. Ngồi ra nó còn có thêm tiền tố G là viết

tắt của “Gigabit” nên còn gọi là GEPON.

Nguyễn Quang Huy CB110855



20



Luận văn tốt nghiệp



Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON



Một hệ thống GEPON với tỷ lệ chia là 32 có thể cung cấp một băng thơng đối

xứng là trên 30 Mbps cho mỗi khách hàng. Băng thông này là đủ để cung cấp các

dịch vụ yêu cầu băng thông lớn như các ứng dụng video cũng như các ứng dụng

thoại và data. Thậm chí với đồng thời 3 luồng video nộ nét cao với dung lượng mỗi

luồng là 6 đến 7 Mbps (tổng cộng là 18 đến 21Mbps) thì vẫn còn đủ dung lượng cho

VoIP và truy cập internet. Dung lượng dành riêng cho VoIP thông thường chỉ khoảng

64k trên một kênh thoại trong khi truy cập internet tốc độ cao thường giới hạn ở các

mức 512kbps, 1Mbps, 2Mbps, 4Mbps. Băng thông tổng cộng cho cả 3 dịch vụ chỉ

khoảng 25Mbps, do đó GEPON là một công nghệ mạng truy nhập lý tưởng cho việc

hỗ trợ đa dịch vụ hiện có và trong tương lai.

Hiện tại, chuẩn GEPON cũng đang được phát triển để có thể hỗ trợ băng

thông tối đa lên tới 10GB và tỉ lệ chia sẻ trên một sợi quang là 1:64.

GEPON có các đặc điểm chính sau đây:

PON topology

Tốc độ truyền tối đa 1,25Gbps trên một đường quang và tốc độ tới từng user

có thể thay đổi tùy theo tỷ lệ chia (trên 30Mbps/1 user khi có tỷ lệ chia là

1:32)

Tín hiệu được gửi và nhận bằng các khung Ethernet.

Trong hệ thống PON, mục đích của việc chia sẻ đường quang cũng như thiết

bị tại phòng máy trung tâm là vì lý do kinh tế. Thêm vào đó, việc gửi và nhận các tín

hiệu bằng khung Ethernet, làm cho hệ thống mạng trở lên đơn giản và giá thành thấp.

Công suất và dạng sóng của tín hiệu quang được điều chế ở lớp vật lý. Có 2

chuẩn cơ bản là 1000 BASE-PX10 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 10km và

1000 BASE-PX20 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 20km. Bước sóng truyền

trên sợi quang được quy định dựa trên khuyến nghị ITU-T G.983.3 là 1490nm cho

đường xuống và 1310nm cho đường lên, và ta có thể cung cấp thêm dịch vụ truyền

hình quảng bá trên bước sóng 1550nm. Số lượng đầu chia tối đa không được quy

định trong IEEE 802.3ah vì nó phụ thuộc vào suy hao của tín hiệu quang trên thực tế,

và thông thường số lượng đầu chia là 32. GEPON cung cấp 2 octet (16 bit) cho thành

phần định danh liên kết logic (LLID - Link logic ID) và 15 bit dành cho mỗi một địa

chỉ MAC. Vì vậy có thể có hơn 30.000 bộ ONU được sử dụng trong một mạng PON.

Đặc điểm chính của GEPON đó là dữ liệu được truyền nhận bằng các khung

Ethernet có kích thước thay đổi tới 1518 octets. Với dữ liệu downstream, OLT sẽ

broadcast khung Ethernet đến tất cả các ONU trong một mạng PON.

Nguyễn Quang Huy CB110855



21



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Mạng thụ động PON

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×