Công nghệ cáp quang thuê bao FTTH

Chuyên đề ĐTVT Công nghệ cáp quang thuê bao FTTH

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ FTTH..............................................................1

1.1. Giới thiệu về công nghệ cáp quang thuê bao........................................1

1.2. Mô hình triển khai mạng FTTH............................................................2

CHƯƠNG II: MỘT SỐ MÔ HÌNH PON ĐƯỢC TRIỂN KHAI TRONG

MẠNG FTTH........................................................................................................4

2.1. Broadband PON (BPON).......................................................................4

2.1.1. Tổng quan về BPON.........................................................................4

2.1.2. Kiến trúc các lớp của BPON.............................................................5

2.1.3. Cấu trúc khung truyền dẫn BPON...................................................7

2.1.4. Bảo mật trong BPON......................................................................11

2.1.5. Chuyển mạch bảo vệ trong BPON..................................................12

2.2. Gigabit PON (GPON)...........................................................................13

2.2.1. Hệ thống GPON..............................................................................13

2.2.2. Kiến trúc các lớp trong GPON........................................................13

2.2.3. Cấu trúc khung truyền trong GPON..............................................16

2.2.4. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON....................................18

2.2.5. Bảo mật............................................................................................19

2.3. Ethernet Pon (EPON)...........................................................................20

2.3.1. Tổng quan về Ethernet....................................................................20

2.3.2. Kiến trúc các lớp trong EPON........................................................20

2.3.3. Cấu trúc khung truyền trong EPON..............................................24

2.3.4. Giao thức điều khiển (MPMC) trong EPON.................................24


CHƯƠNG III: LỰA CHỌN MÔ HÌNH PON VÀ HOẠT ĐỘNG QUẢN LÝ

BẢO DƯỠNG TRONG HỆ THỐNG FTTH...................................................27

3.1. Sự lựa chọn mô hình PON....................................................................27

3.2. Chức năng hoạt động, quản lý và bảo dưỡng trong mạng thụ động

PON……………………………………………………………………………..27


DANH MỤC HÌNH V

Ẽ

Hình 1.1: Mô hình mạng FTTH.......................................................................1

Hình 1.2: Mô hình triển khai mạng FTTH.......................................................3

Hình 2.1: Mô hình kiến trúc BPON.................................................................4

Hình 2.2: Kiến trúc các lớp trong BPON........................................................5

Hình 2.3: Cấu trúc khung ATM.......................................................................8

Hình 2.4: Cấu trúc khung hướng xuống của BPON........................................9

Hình 2.5: Định dạng cell PLOAM hướng lên................................................10

Hình 2.6: Mô hình chuyển mạch bảo vệ trong PON.....................................12

Hình 2.7: Kiến trúc các lớp trong GPON......................................................14

Hình 2.8: Phân lớp đóng khung GTC............................................................15

Hình 2.9: Cấu trúc khung hướng xuống........................................................16

Hình 2.10: Khối điều khiển đường xuống PCBd...........................................16

Hình 2.11: Cấu trúc GTC hướng lên.............................................................18

Hình 2.12: Kiến trúc các lớp trong EPON....................................................21

Hình 2.13: Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON........................................24

Hình 2.14: Bản tin GATE hướng xuống........................................................25

Hình 2.15: Bản tin REPORT hướng lên........................................................26


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Line

Đường dây thuê bao số bất

đối xứng

ASE Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa

APON ATM-Passive optical Network Mạng quang thụ động công

nghệ ATM

ATM Asynchronous Transfer Mode Mode truyền dẫn không đồng

bộ

BPON Broadband Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động băng

rộng

B-ISDN Bandwith-Intergrated Service

Data Network

Mạng quang băng rộng đa

dịch vụ

CDMA Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo

mã

CO Central Office Địa chỉ đích

CRC Cyclic Redundancy Check Phân bổ băng thông động

DBA Dynamic Bandwidth Allocation Báo cáo băng thông động

DCE Data Communication Equipment Thiết bị truyền thông thông

tin

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối thông tin

EPON Ethernet Passive

opticalNetwork

Mạng quang thụ động

FCS Frame Check Sequence Kiểm tra khung trình tự

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

FTTB Fiber To The Building Cáp quang thuê bao tới tòa

nhà

FTTC Fiber To The Curb Cáp quang thuê bao tới chung


cư

FTTH Fiber To The Home Cáp quang thuê bao tới nhà

FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ

GEM GPON Encapsulation Method Giao thức đóng gói GPON

GTC G-PON Transmission

Convergence

Khung truyền dẫn hội tụ

GPON

HEC Header Error Control Điều khiển lỗi

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng đa dịch vụ tích hợp

MAC Medium Access Control Điều khiến truy nhập môi

trường

MPCPDU Multi-Point Control Protocol

Data Unit

Khối điều khiển giao thức

điểm - đa điểm

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OAM Operation Administration and

Maintenance

Quản lý vận hành bảo dưỡng

ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang

OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đường quang

ONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang

ONU Optical network unit Đơn vị mạng quang

OSI Open system interconnect Hệ thống mở

PCBd Physical control block

downstream

Khối điều khiển vật lý

PDU Protocol data units Đơn vị giao thức dữ liệu

PLend Payload length downstream Chiều dài tải hướng xuống

PLOAM Physical layer OAM Quản lý vận hành bảo dường

lớp vật lý

PLOu Physical layer overhead Mào đầu lóp vật lý


upstream

PON Passive optical networks Mạng quang thụ động

PRE Preample Tiền khung

SA Source address Địa chỉ nguồn

SFD Start of frame delimiter Không giới hạn bắt đầu khung


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ FTTH

1.1. Giới thiệu về công nghệ cáp quang thuê bao

Nhu cầu sử dụng dịch vụ Viễn thông ngày càng cao do mức sống được

nâng lên đồng thời công việc và nhu cầu giải trí ngày càng đòi hỏi chất lượng

các dịch vụ phải không ngừng được tăng lên đã đặt ra cho ngành Viễn thông bài

toán phải tăng tốc độ truyền dẫn.

Công nghệ cáp quang thuê bao FTTH (Fiber-To-The-Home) là mạng viễn

thông băng thông rộng bàng cáp quang được nối đến tận nhà đế cung cấp các

dịch vụ tốc độ cao như điện thoại, Internet tốc độ cao và TY.

ODN:Mạng quang phân phối OLT:Đầu cuối thuê bao trong mạng quang

POS:Bộ tách quang thụ động ONU:Các đơn vị mạng quang

Hình 1.1: Mô hình mạng FTTH.

Khi dùng công nghệ FTTH, đường truyền dẫn hoàn toàn bàng cáp quang

tới tận phòng máy của người sử dụng. Chất lượng truyền dẫn tín hiệu bền bỉ ,ổn

định không bị suy hao tín hiệu bởi nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cáp như

đổi với ADSL và độ bảo mật rất cao. Với ADSL, khả năng bảo mật thấp hơn vì

có thể bị đánh cắp tín hiệu trên đường dây, còn với FTTH thì hầu như không thể

bị đánh cắp. Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thề cung cấp tốc độ

-1-


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 không cân bàng,

có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống và tối đa 20 Mbps. Còn FTTH

cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau và cho phép tối đa là 10

Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính.

FTTH đặc biệt hiệu qủa 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. Với ưu thế băng thông truyền tải dừ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng

thông lên tới lGbps, An toàn dừ liệu, Độ ổn định cao, không bị ảnh hưởng bởi

nhiễu điện, từ trường

1.2. Mô hình triển khai mạng FTTH

Hiện nay, công nghệ FTTH (Fiber-To-The-Home là mạng viễn thông

băng thông rộng bằng cáp quang được nối đến tận nhà để cung cấp các dịch vụ

tốc độ cao như điện thoại, Internet tốc độ cao và TV) đang được triển khai khá

mạnh mẽ trên thế giới.

Tại nước ta, FTTH cũng đã được FPT Telecom triên khai tại một số thành

phố lớn.Tiêu chuẩn này còn được gọi bàng tên khác là FTTB (Fiber To The

Building), khác với FTTC (Fiber To The Curb) - đường dẫn cáp đến bên ngoài

đường thôi, còn dẫn vào nhà vẫn là tiêu chuân dây đồng như cũ.Tốc độ đi

Internet cam kết tối thiểu của Fiber to the X >= 256 Kbps, lớn hơn tốc độ đi

Internet của tất cả các gói ADSL. Với ADSL, chiều dài cáp tối đa cần 2,5 Km đế

đạt sự ổn định cần thiết, còn với FTTH thì con số này lên tới 10 km.

-2-


Hình 1.2: Mô hình triển khai mạng FTTH.

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.

Có hai phương án triển khai FTTH là PON và AON. Mỗi phương án đều

có ưu, nhược điểm riêng. Một nhược 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 ngược 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 dưỡng thiết bị thì

PON lợi thế hơn hẳn khi các thiết bị chủ động trong AON được thay bằng các

thiết bị thụ động.Vì vậy ở đây chúng ta chỉ xem xét chính về công nghệ PON.

-3-


CHƯƠNG II: MỘT SỐ MÔ HÌNH PON ĐƯỢC TRIỂN KHAI

TRONG MẠNG FTTH

2.1. Broadband PON (BPON)

2.1.1. Tổng quan về BPON

Hình 2.1: Mô hình kiến trúc BPON.

BPON sử dụng phương pháp truy nhập phân chia theo thời gian cho các

user, và sử dụng cell ATM trong truyền dẫn.

Khoảng cách truyền dẫn từ các OLT đến các ONT là từ 10 - 20 km.

BPON sử dụng bước sóng 1310 nm cho hướng lên và 1490 nm cho hướng

xuống. Riêng bước 1550 nm được dùng cho luồng video ở hướng xuống.

Theo khuyến nghị G 983.1 năm 1988 quy định tốc độ download cho

BPON là 622,08 Mb/s và upload là 155,52 Mb/s. G 983.1 tháng 05/2005

qui định thêm tốc độ 1244,16 Mb/s cho hướng download. Đồng thời quy

định rõ sử dụng hai sợi quang cho một kết nối, tuy nhiên vì bước sóng sử

dụng ở hướng xuống và hướng lên không giống nhau nên trên thực tế có

thể dùng chung một sợi quang.

Có ba loại thiết kế cho ODN (mạng phân phối quang) giữa OLT và các

-4-


ONT phụ thuộc vào suy hao của ODN:

Loại A: 5 - 20 dB.

Loại B: 10 - 25 dB.

Loại C: 15 - 30 dB.

2.1.2. Kiến trúc các lớp của BPON

BPON gồm có hai lớp chính: lớp vật lý (Physical Medium Layer) và lớp

hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence Layer). Trong lớp hội tụ truyền

dẫn chia làm hai lớp con: lớp con thích nghi (Adaptation) và lớp con truyền dẫn

PON (PON Transmission).

Hình 2.2: Kiến trúc các lớp trong BPON.

Lớp vật lý

Chính là ODN, kết nối vật lý giữa OLT và các ONT. Làm nhiệm vụ

chuyển đổi quang - điện, điều chế, giải điều chế các bước sóng 1310

nm, 1490 nm và 1550 nm đề truyền đi trên môi trường vật lý.

Đồng bộ giữa truyền và nhận chuỗi tín hiệu trên cơ sở đồng bộ giữa đầu

thu và đầu phát.

Các qui định cho lớp vật lý:

Khoảng cách giữa OLT và ONU tối đa là 20km

Bước sóng 1260 - 1360 nm cho hướng lên, 1480 - 1580 nm cho

hướng xuống.

-5-


Tốc độ bit:155,52 hoặc 622,08 Mb/s cho hướng xuống và 155,52

Mb/s cho hướng lên.

Dạng lưu lượng:song hướng cho tín hiệu số và chỉ duy nhất hướng

xuống cho tín hiệu analog dùng truyền video.

Tỷ lệ splitter: hỗ trợ đến 1:32, giới hạn bởi suy hao củaODN.

Lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence Layer- TC)

Có bốn chức năng chính là phân định tế bào, tạo chuỗi xác thực để kiểm

soát lỗi header, tách tốc độ tế bào và tạo thích ứng cho khung truyền dẫn. TC

gồm có hai lớp con:

Lớp con thích nghi (Adaptation)

Là lớp phụ thuộc môi trường truyền dẫn, đóng vai trò chức năng trung

gian giữa lớp vật lý và lớp cao hơn. Nó sẽ chuẩn bị một cell ATM để truyền

trong ba bước. Đầu tiên đưa các mẫu đồng bộ tới trường payload. Tiếp theo,

thêm vào trường SN (Sequence Number) và SNP (Sequence Number Protection)

nhằm cho đầu thu biết đã nhận được cell đúng thứ tự hay không. Cuối cùng thêm

vào các byte giả sao cho vùng Payload đủ 48 byte vì một cell ATM luôn cố định

48 byte Payload và 5 byte Header.

Lớp con truyền dẫn PON (PON Transmission)

Chịu trách nhiệm đồng bộ bit,đồng bộ byte. Đối với hướng truyền thực

hiện ghép header và sau đó chuyển khung truyền dẫn xuống lớp vật lý. Đối với

hướng nhận, thực hiện tách header,sau đó chuyển dòng cell ATM lên lớp cao hơn

để xử lý.

Lớp tuyến (Path layer)

BPON dựa trên ATM là một kết nối có hướng, đồng nghĩa rằng phải có

một kênh ảo trong quá trình truyền dữ liệu. Lớp tuyến sẽ quy định rõ điều này

bằng hai thông số trong một khung ATM là VPI (Vitual Path Identifier) và VCI

(Vitual Curcuit Identifier). Các cell ATM sẽ được chuyển mạch dựa trên hai

thông số trên.

-6-


2.1.3. Cấu trúc khung truyền dẫn BPON

Tùy theo tốc độ truyền dẫn mà một khung BPON cũng có cấu trúc khác

nhau. Tuy nhiên chiều dài mỗi khung đều là 125 µs. Đối với tốc độ 155,52 Mb/s

sẽ có 56 cell trong một khung (gồm có 53 cell ATM và 2 cell PLOAM -

Physical Layer Operation, Administration and Maintenance). Đối với tốc độ

622,08 Mb/s (gấp 4 lần) thì số cell trong một khung sẽ tăng lên 4 lần là 224 cell

(gồm 216 cell ATM và 8 cell PLOAM).

Với khuyến nghị G 983.1 tháng 05/2005 có khuyến nghị thêm một tốc độ

truyền dẫn ở hướng xuống là 1244,16 Mb/s (8 x 155,52 Mb/s) thì số lượng cell sẽ

là 448 cell (có 432 cell ATM và 16 cell PLOAM).

Cell PLOAM đóng vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động truyền dẫn

của BPON.Ở khung hướng xuống, trong trường hợp việc gán băng thông động

(DBA) được thiết lập cell PLOAM qui định các Grant cho phép các ONT gửi

một hay nhiều cell kế tiếp đến các TCON. ở các khung hướng lên, PLOAM

chứa các thông tin do các ONT gửi cho các OLT về trạng thái hàng đợi, hỗ trợ

các OLT trong việc gán băng thông động.

Có hai vấn đề gây nên sự khác biệt giữa khung hướng xuống và khung

hướng lên: đối với khung hướng xuống, chính vì có đến ba tốc độ

(155,52;622,08;1244,16 Mb/s) nên số lượng cell ATM cũng như cell PLOAM

trong một khung thời gian cũng khác nhau như đã nói ở trên.Nhưng đối với

hướng lên, cần chú ý đến ở đây là cấu trúc một cell PLOAM hướng lên thì khác

cấu trúc một cell PLOAM hướng xuống.

Khung ATM

Dữ liệu được truyền dẫn trong BPON được đóng vào các khung ATM. Vì

thế cần hiểu rõ cell ATM trước khi nói đến khung truyền dẫn trong BPON

-7-


Hình 2.3: Cấu trúc khung ATM.

Cell ATM có cấu trúc như hình trên, gồm có 48 Byte phần Payload chứa dữ

liệu và 5 Byte header dùng để chuyển mạch các khung ATM. Có hai loại cell

ATM là ATM UNI (cell do thiết bị đầu cuối gửi lên node chuyển mạch) và ATM

NNI (cell giữa hai node chuyển mạch), cell ATM NNI không có trường GFC.

Trong Header của ATM có những thành phần sau:

GFC (Generic Flow Control): Cung cấp chức năng mang tính chất

nội bộ khi có nhiều thiết bị (thường là thiết bị đầu cuối) chia sẻ

chung một giao diện ATM. Trường này thường không được thiết lập,

có giá trị mặc định là 0 (nhị phân: 0000).

Virtual Path Identifier (VPI):Cùng với các VCI sẽ chịu trách

nhiệm xác định đích kế tiếp khi các cell được chuyển qua một dãy

các bộ chuyển mạch ATM trên đường đến đích cuối cùng của nó.

Virtual Channel Identifier (VCI):Cùng với các VPI sẽ chịu trách

nhiệm xác định đích kế tiếp khi các cell được chuyển qua một dãy

các bộ chuyển mạch ATM trên đường đến đích cuối cùng của nó.

Payload Type (PT): Bit đầu tiên của PT dùng để chỉ định cell chứa

dữ liệu người dùng hay thông tin điều khiển (nếu cell chứa dữ liệu

người dùng thì nó có giá trị là 0 và sẽ có giá trị 1 nếu cell chứa thông

tin điều khiển). Bit thứ hai cho biết trạng thái tắc nghẽn (có giá trị là

0 nếu không tắc nghẽn và bằng 1 nếu có tắc nghẽn). Bit thứ ba xác

-8-


định xem cell có phải là cell cuối cùng của chuỗi cell trong khung

hay không (nếu có giá trị là 1 là cell cuối cùng của khung).

Cell Loss Priority (CLP):Trong quá trình truyền đi trên mạng sẽ có

hiện tượng tắc nghẽn xảy ra, CLP cho biết liệu cell nào sẽ được bỏ

và cell nào sẽ tiếp tục được chuyển đi đến đích nếu có tắc nghẽn

nghiêm trọng (CLP=0 được ưu tiên và cell có CLP=1 sẽ phải bỏ

trong trường hợp này).

Header Error Control (HEC):Là giá trị của checksum của 4 byte

đầu tiên trong header, HEC có thể sửa được một lỗi trong 5 byte của

header vì thế có thể giữ được các cell thay vì loại bỏ nó do lỗi.

Khung hướng xuống

Hình 2.4: Cấu trúc khung hướng xuống của BPON.

Cell PLOAM(Physical LayerOperation,Administration and Maintenance):

Quản lí và bảo dưỡng lớp vật lý. Mỗi cell PLOAM theo sau nó là 27 cell ATM

5 byte header: 4 byte đầu tiên có giá trị cố định là 0000, byte HEC

(header error correction) tiếp theo dùng để sửa lỗi (nếu có) của header

nhằm xác định chính xác bit đầu tiên của khung PLOAM.

-9-


Trường IDENT cho biết liệu cell PLOAM này có phải là cell đầu tiên

trong luồng hướng xuống hay không.

Hai byte đồng bộ khung SYNC được sử dụng để các OLT phát một tín

hiệu tham chiếu 1Khz đến các ONT.

Một cell PLOAM có tổng cộng 27 grant, một bộ 6 hoặc 7 byte grant

được bảo vệ bằng chuỗi CRC (cyclic redundancy check). Một grant sẽ

cho ONT biết khi nào được gửi một chuỗi cell ATM dữ liệu hoặc cũng

có thể yêu cầu ONT chạy lại tiến trình ranging.

MSG_PON_ID sẽ nói cho một Node biết là cell này có phải là dành cho

node ấy không và MSG_ID chỉ ra loại thông tin chứa trong trường thông

điệp 10 byte (10 message field) theo sau.

10 message field: OLT sẽ nói cho ONT biết thời gian ranging được thay

đổi hoặc cũng có thể dùng cho các cài đặt khác tùy thuộc vào mục đích.

BIP (Bit-Interleaved Parity): giúp các ONT giám sát tỉ lệ bit lỗi bằng

phương pháp kiểm tra bit chẵn lẻ.

Khung hướng lên

Dù là cell ATM hay cell PLOAM ở hướng lên thì trước cell đó đều có 3

byte overhead. Trong đó 4 bit đầu tiên có chức năng tạo một khoảng thời gian

bảo vệ nhằm tránh xung đột trong trường hợp quá trình Ranging có sự sai lệch.

Đồng thời 3 byte overhead này tạo một khoảng thời gian cần thiết để các OLT

đọc biên độ của tín hiệu, cung cấp một khoảng thời gian cho quá trình đồng bộ

byte cho các cell ATM.

Hình 2.5: Định dạng cell PLOAM hướng lên.

-10-


Cũng có 5 byte header và tiếp theo là 1 byte IDENT để xác định bit đầu

tiên của khung.

MSG_PON_ID và MSG_ID cũng được dùng cho mục đích tương tự như

ở hướng xuống là xác định ONT và chỉ rõ loại thông tin điều khiển được

chứa trong cell PLOAM này.

10 message byte field: trường này chứa các thông tin OAM (Operation,

Administration and Maintenance) cũng như các báo hiệu khác của ONT

gửi lên cho OLT. 10 byte này được kiểm soát lỗi dựa vào 1 byte CRC

tiếp theo.

LCF (laser control field - trường điều khiển laser): 17 byte của trường

này có nhiệm vụ cung cấp các thông tin về mức công suất laser và tỉ lệ

suy hao, việc ấy giúp cho OLT điều chỉnh công suất phát laser hợp lí

nhằm đảm bảo công suất cho đầu thu (phía ONT).

RCF (receiver control field - trường điều khiển máy thu): 16 byte của

trường này sẽ giúp cho OLT biết được một mức ngưỡng hợp lí nhằm

điều chỉnh để phân biệt được hai mức tín hiệu 0 và 1 trong tín hiệu.

BIP (bit-interleaved parity): có cùng nhiệm vụ như trường BIP trong cell

PLOAM ở hướng xuống, giám sát tỉ lệ lỗi bit trong cell này.

2.1.4. Bảo mật trong BPON

BPON có hai cơ chế bảo mật, hay nói cách khác các cơ chế này nhằm

chắc chắn rằng luồng dữ liệu hướng xuống được nhận bởi ONT được chỉ định

chứ không phải bất kì ONT nào khác.

Churning: Trong quá trình chuyển dòng dữ liệu xuống cho các ONT,

OLT sẽ xáo trộn trật tự các cell và sẽ cho ONT được chỉ định biết cách

sắp xếp lại bằng một khóa. Khóa này không phải do OLT cấp, khi được

yêu cầu từ OLT, ONT sẽ gửi một cell có chứa khóa (3 byte). Khóa này

sẽ thay đổi theo chu kì mỗi giây.

Mã hóa: luồng dữ liệu sẽ đƣợc mã hóa trong quá trình truyền nhận.

Tuy nhiên, có một vấn đề cần nói ở đây là cứ mỗi lần một ONT gửi dữ

liệu lên thì sẽ có tín hiệu phản xạ quay trở lại như một bản sao của chính nó

-11-


(phản xạ từ các splitter, mối hàn, connector), các ONT khác có thể phát hiện

và kẻ xấu có thể phân tích dòng dữ liệu này. Và không có một qui chuẩn cụ

thể cho vấn đề này, điều này chỉ được khuyến nghị rằng trong vấn đề thiết

kế, làm sao cho phần suy hao do phản xạ từ các Splitter, connector và các

mối hàn phải nhỏ hơn 32dB.

2.1.5. Chuyển mạch bảo vệ trong BPON

Hình 2.6: Mô hình chuyển mạch bảo vệ trong PON.

Trong khuyến nghị G.983.1 có ba phương án cho chuyển mạch bảo vệ

trong PON.

Mô hình 1: Splitter được dùng là loại 1:N, chỉ có một ngõ vào nhưng có

hai sợi quang từ OLT kết nối đến splitter nên trước khi đưa vào splitter,

hai sợi phải được ghép chung lại. Khi một trong hai sợi bị đứt, OLT sẽ

điều khiển để lưu lượng chuyển qua sợi còn lại

Mô hình 2: Tại OLT bây giờ được trang bị hai bộ thu phát tín hiệu,

một bộ hoạt động và một bộ dự phòng. Hai sợi quang từ hai bộ này kết

nối đến splitter loại 2:N. Khi sợi quang đang hoạt động bị đứt, OLT sẽ

-12-


điều khiển để bộ dự phòng hoạt động và lưu lượng sẽ được chuyển qua

kết nối giữa bộ này và splitter.

Mô hình 3: Cả OLT và ONT đều được trang bị hai bộ thu phát tín hiệu,

một bộ hoạt động và một bộ dự phòng. Splitter bây giờ là loại 1:N

nhưng được lắp đặt hai bộ. Khi một trong hai sợi quang giữa OLT và

splitter hoặc giữa splitter và ONT bị đứt thì OLT và ONT sẽ điều khiển

cho bộ thu phát dự phòng hoạt động đồng thời sẽ có cảnh báo từ ONT

cho OLT và ngược lại trong trường hợp này.

Trong cả ba mô hình, nếu xảy ra một trong ba trường hợp OLT, ONT

hoặc các splitter bị hỏng thì dĩ nhiên lưu lượng sẽ bị mất. Đồng thời, trong cả

ba mô hình trên, khi sợi quang bị đứt thì chắc chắn rằng sẽ có một phần nào đó

lưu lượng sẽ bị mất. Việc lưu lượng bị thất thoát nhiều hay ít tùy thuộc vào khả

năng xử lí chuyển mạch nhanh hay chậm.

2.2. Gigabit PON (GPON)

2.2.1. Hệ thống GPON

GPON là từ viết tắt của Gigabit Passive Optical Network, là một trong số

những công nghệ được sử dụng trong công nghệ FTTH nói chung và PON nói

riêng.

2.2.2. Kiến trúc các lớp trong GPON

GPON có hai lớp chính: lớp hội tụ truyền dẫn – Transmission

Convergence (TC) Layer và lớp phụ thuộc môi trường vật lí – Physical

Medium Dependent (PMD) Layer. TC layer và PMD layer tương ứng với hai

lớp Data link và physical trong mô hình OSI.

-13-


Hình 2.7: Kiến trúc các lớp trong GPON.

GPON Physical Medium Dependent (PMD) Layer

Lớp này không giống như các lớp cao hơn, tất cả đều là phần cứng

(hardware), không phải phần mềm (software). Và các qui định về thông số của

lớp PMD trong GPON được định nghĩa trong chuẩn G.984.2.

GPON Transmission Convergence (GTC) Layer

GTC Layer gồm có phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sublayer)

và phân lớp thích ứng hội tụ truyền dẫn (transmission convergence (TC)

adaptation sublayer).

Để truyền lưu lượng, trong GPON sử dụng khung GEM (GPON

encapsulation-method) hoặc ATM. Ở định hướng đường lên, lưu lượng là được

mang trong các T-conts (Transmission containers). Bất kì một T-cont đều có thể

mang duy nhất lưu lượng ATM hoặc duy nhất lưu lượng GEM, không thể mang

cả hai cùng lúc. Để kết hợp mang cả hai luồng lưu lượng ATM và GEM trong

-14-


cùng T-cont thì cần phải được hỗ trợ bởi một vài loại ATM T-cont và T-cont

khung GEM khác. Ở chế độ kép cả hai loại lưu lượng được mang đi trong

khoảng thời gian một khung 125µs.

Phân lớp đóng khung GTC

Hình 2.8: Phân lớp đóng khung GTC.

Luồng GEM dài 125µs trong khung GPON.Khung dữ liệu của người

dùng có chiều dài ngẫu nhiên. Giao thức đóng gói GEM hổ trợ phân mảnh các

khung dữ liệu người dùng đồng thời chèn các mào đầu và giá trị PTI được đánh

để nhận dạng ra các gói đã phân mảnh, nhằm giúp quá trình ghép lại dễ dàng và

không mất mát dữ liệu. Quá trình đóng gói GEM đƣợc thực hiện qua các trường

hợp sau:

Trường hợp nếu khung của người sử dụng trùng khớp hoặc ngắn

hơn khung của GEM thì sẽ được đặt vào khung GEM mô tả hình

2.11a) và hình 2.11 c).

Trường hợp nếu khung người sử dụng dài hơn khung GEM thì sẽ

được phân thành các mảnh nhỏ để đặt vào khung GEM. Hình 2.11

b).

Chức năng:

Ghép kênh và phân kênh:Phần tải PLOAM và GTC được ghép kênh

vào khung của TC đường xuống theo các định dạng khung qui định.

Định hướng đường lên, mỗi thành phần được tách từ một nhóm

đường lên phù hợp đến Bwmap tương ứng để ghép vào khung đường

lên.

-15-


Tạo mào đầu và giải mã: Mào đầu khung GTC được tạo và được

định dạng trong khung đường xuống.Cụm mào đầu đường lên được

giải mã. Ngoài ra,OAM được đặt vào là thực thi.

Phân lớp thích ứng hội tụ truyền dẫn

Phân loại: có ba loại [ITU-T G984.3]:

Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC adapter).

Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC adapter).

Bộ thích ứng giao diện điều khiển quản lý ONU (OMCI adapter).

2.2.3. Cấu trúc khung truyền trong GPON

Cấu trúc khung hướng xuống

Hình 2.9: Cấu trúc khung hướng xuống.

Khung có chiều dài tối đa là 125µs bao gồm các khối điều khiển đường

xuống (PCBd) của 4 byte cho đường truyền xuống và một phần tải.

Khối điều khiển đường xuống (PCBd) gồm: Khối PCBd được OLT gửi đi

đến các ONU bằng kiểu quảng bá.

Hình 2.10: Khối điều khiển đường xuống PCBd.

-16-


Trường đồng bộ vật lý (Psync): Trường này cố định 32 bit và là

phần bắt đầu của mỗi PCBd và nó giúp cho các ONU tìm ra phần bắt

đầu của khung.

Trường Ident có 32 bit: Mục đích của trường này là cho phép lựa

chọn một số khung GPON của một nhóm lớn hơn và được gọi là

siêu khung (superframe).Trường sửa lỗi FEC với bit đầu tiên để chỉ

ra có hay không có lỗi trong liên kết đường xuống. Bit thứ hai dùng

trong lưu trữ và 30 bit còn lại dùng cho bộ đếm siêu khung

(superframe).

Trường thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM

đường xuống (Physical layer Operation Administration and

Maintenance) gồm:

1 byte để nhận dạng người nhận ONU (ONU-ID).

1 byte dành cho nhận dạng bản tin.(Msg ID).

1 byte dành cho trƣờng kiểm tra độ dư thừa vòng để biết được sự

toàn vẹn của khung.

Trường CRC dùng kiểm tra lỗi.

10 byte dành cho bản tin của trường PLOAM.

Trường xen kẻ bit chẵn lẻ BIP (Bit Interleaved Parity): 1 byte cho

phép ONU giám sát được tốc độ bit lỗi.

Trường chiều dài phần tải đường xuốngPlend (payload length): dài 4

byte ngoài làm chức năng bảo vệ bằng cách kiểm tra các độ dư thừa

các bit theo chu kì (CRC) và phần này còn được truyền lại hai lần

trong dữ liệu đường xuống.

Trường USBW map: là nơi mà OLT gởi tin hiệu quảng bá xuống tất

cả ONU.

Trường CRC.

Cấu trúc khung hướng lên

-17-


Hình 2.11: Cấu trúc GTC hướng lên.

2.2.4. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON

Phương pháp cơ bản nhất của phân phối băng thông hướng lên là phân bổ

bàng nhau giữa các ONU. Phương pháp này không hiệu quả. Đặc biệt là lưu

lượng gói bởi nhu cầu băng thông của các ONU thì ít khi bàng nhau tại mỗi thời

điểm. Việc tận dụng toàn bộ băng thông có thể được thực hiện nếu băng thông

hướng lên được phân phổi động tùy theo nhu cầu của ONU. Trong khi ITƯ-T

không quy định thuật toán DBA, G.983.4 quy định khung và cơ chế để thực hiện

DBA trong hệ thống BPON và GPON. G.983.4 quy định 2 cơ chế gán băng tần

động như sau:

Với phương pháp đầu tiên, ONU đóng vai trò là bị động, OLT giám sát

-18-


băng thông của mồi ONƯ được sử dụng dựa trên so cell ATM nhàn rỗi và khung

GEM nhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC hướng lên. Vì lí do này, phương

pháp này được coi như là “điều chỉnh cell nhàn rỗi”. Phương pháp này còn được

gọi là báo cáo không trạng thái. Có nhiều băng thông hơn được gán cho ONƯ

nếu việc tận dụng băng thông vượt quá ngưỡng quy định. Thuận lợi của phương

pháp này là làm đơn giản hóa ONU và tránh việc sử dụng băng thông hướng lên

cho việc báo cáo nhu cầu băng thông.

Với phương pháp thứ 2, ONU báo cáo trạng thái bộ đệm đến OLT. Do

vậy, nó được gọi là báo cáo trạng thái bộ đệm hay báo cáo trạng thái SR (Status

Reporting). Chỉ thị nhu cầu băng thông trong loại T-CONT được truyền trong

vùng overhead lớp vật lí cụ thể hon là vùng báo cáo băng thông động DBRu.

OLT sử dụng thông tin báo cáo trạng thái để quyết định phân bổ băng thông phù

họp cho mỗi vị trí ID.

2.2.5. Bảo mật

Trong hệ thống PON thì hướng xuống, dữ liệu được truyền broadcast đến

tất cả ONU. Mồi ONU chỉ có thể truy cập dữ liệu của mình, nhưng nếu người

dùng nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để truy cập

dữ liệu, hệ thống bảo mật PON sẽ ngăn chặn việc này. 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 hướng lên của ONƯ

khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần

mật mã ở hướng truyền xuống của dừ liệu. Thứ 2 là dữ liệu hướng lên có thê

truyên khóa mật mã. GPON sử dụng chuân mật mã AES (Advanced Encryption

Standard). Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte

(128 bit). Đặc biệt chế độ đếm được sử dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16

byte được phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào đê tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT.

Ở ONU, dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuồi giả ngẫu nhiên 16 byte

tương tự như ở OLT đề tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48 byte được

mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao đôi

khóa bàng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ

-19-


chịu trách nhiệm tạo ra khóa và phát ngược trở về OLT.

2.3. Ethernet Pon (EPON)

2.3.1. Tổng quan về Ethernet

EPON – Ethernet passive optical network – có thể hiểu là PON mà dữ

liệu được đóng thành các khung và truyền đi dựa trên chuẩn Ethernet.Hiện tại có

4 tốc độ dữ liệu được định nghĩa cho hoạt động trên cáp sợi quang: 10Mps-

10Base-T Ethernet, 100Mbps-Fast Ethernet, 1000Mbps- Gigabit Ethernet và

lOOOOMbps-lOGigabit Ethernet.

Mạng LAN Ethernet bao gồm các node mạng và phương tiện liên kết. Các

node mạng nằm trong hai lớp chính:

DTE (Data Terminal Equipment): là thiết bị nguồn hay đích của

khung dữ liệu. Các thiêt bị DTE điên hình như PC, trạm làm việc, file

server hoặc print server như là một nhóm ở trạm đầu cuối.

DCE (Data Communication Equipment): là các thiết bị mạng trung

gian có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dừ liệu thông qua

mạng. DCE có the là các thiết bị như là bộ lặp, bộ chuyển mạch hay

các thiết bị giao tiếp truyền thông như là Card giao tiếp. Các thiết bị

mạng trung gian được xem như là một node trung gian hoặc DCE.

Card giao tiếp mạng được xem như là một NIC.

2.3.2. Kiến trúc các lớp trong EPON

Các lớp trong EPON được gộp thành hai nhóm, tương ứng với hai lớp

đầu tiên trong mô hình OSI 7 lớp là Lớp vật lý (Physical layer) và Lớp liên kết

dữ liệu (Data Link layer).

Điều đó đồng nghĩa rằng, dữ liệu của user sẽ được xử lý với giao thức

của năm tầng trên không có gì khác so với khung truyền dẫn IP và ATM. Tuy

nhiên hai lớp Physical layer và Data Link layer trong EPON sẽ đảm nhận trách

nhiệm đóng gói dữ liệu thành định dạng truyền theo khung Ethernet, đồng thời

thống nhất giữa truyền nhận để chuyển dữ liệu yêu cầu truy nhập của user ở

-20-


hướng uplink và tách dữ liệu từ khung Ethernet chuyển đến cho user ở hướng

downlink.

Hình 2.12: Kiến trúc các lớp trong EPON.

Lớp vật lý

Lớp con mã hóa vật lý-The physical coding sublayer (PCS):

Có thể hiểu lớp con này sẽ mã hóa chuỗi dữ liệu từ các lớp cao hơn

trước khi truyền đến hướng uplink. Đồng thời sẽ giải mã và kiểm soát

tỷ số BER hợp lý trước khi đưa dữ liệu lên các lớp cao hơn với hướng

downlink.

Mã được sử dụng là mã khối Reed-Solomon, trong đó tầng này xử lý

dữ liệu theo phương thức như sau: đối với dữ liệu từ các tầng cao hơn

được chuyển xuống, nó sẽ đưa vào bộ đệm, sau đó tách ra từng khối

239 byte, thêm vào 16 byte parity để thành khối dữ liệu 255 byte trước

khi chuyển ra.

Nếu tỷ số bit lỗi ở quá trình nhận là 10−4 hoặc cao hơn, nó sẽ xử lý

để tỷ số này giảm xuống còn 10−12 trước khi đưa lên tầng trên.

-21-


Lớp con gắn với môi trường vật lý -The Physical Medium Attachment

(PMA) Sublayer

Việc quá nhiều một chuỗi bit “0” hay bit “1” liên tiếp được truyền đi có

thể gây ra việc mất đồng bộ giữa đầu thu và đầu phát do không thể

khôi phục xung clock chính xác. PMA sublayer sẽ khắc phục tình

trạng trên bằng cách dùng mã hóa đường dây 8b10b của Franaszek–

Widmer.

Với một chuỗi dữ liệu được chuyển từ tầng trên xuống, từng khối 8 bit

trước khi được đưa qua PCS sublayer, nó sẽ được thêm vào 2 bit để

chuyển thành khối 10 bit. Và nó sẽ làm điều ngược lại trước khi dữ liệu

từ PCS sublayer chuyển lên.

Trong EPON yêu cầu, tốc độ đường downstream và upstream cân bằng

là 1,0 Gbps. Sau khi mã hóa đường dây, dữ liệu sẽ được tăng lên 25%,

tương ứng tốc độ bit lúc này là 1,25 Gbps.

Lớp con phụ thuộc môi trường vật lý - The Physical Medium

Dependent (PMD) Sublayer

Lớp con này phụ trách kết nối sợi quang ra bên ngoài, đồng thời điều

khiển laser và photodetector về công suất, khuếch đại, lượng tử trong quá trình

truyền nhận.

Giao diện môi trường Gigabit độc lập (GMII) và Lớp con tái giải điều

chế (RS)

Có thể hiểu rằng, với mỗi yêu cầu truy cập dịch vụ của mỗi user, OLT sẽ

gán tương ứng cho user một cặp MAC instance và MAC client.

Lớp con tái giải điều chế(RS): sẽ thực hiện một chức năng đặc biệt

tại OLT tương ứng với việc định tuyến, đưa các gói tin ra đúng

mạng lõi dịch vụ tương ứng mà user yêu cầu.

Và trước khi dữ liêu đươ �c đưa ra mạng lõi , GMII sẽ đảm nhận

nhiệm vụ ghép tất cả các dữ liệu yêu cầu truy nhập từ các user

chuyển lên để truyền ra các giao tiếp vật lý với tốc độ Gigabit.

-22-


Lớp liên kết dữ liệu

MAC ( Media Access Control).

MAC gồm có hai phần MAC (Media Access Control) và LLC (Logical

Link Control):

MAC bao gồm các thông số thống nhất giữa truyền và nhận giữa

OLT và ONU, bao gồm cả cấu trúc khung sẽ được chuyển đi và khe

thời gian được cấp phát.

LLC là lớp con độc lập với môi trường truyền. Đóng vai trò như là

một giao tiếp giữa lớp liên kết dữ liệu và tầng mạng, làm nhiệm vụ

framing bao gồm việc đóng gói ở hướng truyền và giải gói ở hướng

nhận.

Điều khiển MAC đa điểm - Multipoint MAC Control (MPMC).

Trong kiến trúc phân lớp của EPON có nhiều đối tượng MAC client,

nhưng chỉ có một đối tượng MPMC. Điều đó đồng nghĩa rằng với nhiều giao

thức đa truy nhập từ các user sẽ được MPMC layer xử lý sao cho các yêu cầu

truy nhập này trên đường upstream sẽ không xung đột hoặc chồng lấp lên nhau.

Muốn làm được điều ấy thì trong lần khởi đầu đầu tiên sẽ có một quá trình

tự động phát hiện và gán các LLID (logical link ID) cho một cặp MAC instance

(của OLT) và MAC client (của ONU). Do đó mỗi LLID là duy nhất trong quá

trình xử lý của MPMC layer.

-23-


2.3.3. Cấu trúc khung truyền trong EPON

Hình 2.13: Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON.

Trường 8 bytes Preamble/SFD:

SLD (start of frame delimiter) 1 byte có nhiệm vụ để phân cách giữa

hai trường Fixed 2 bytes.

Fixed 2 bytes: định nghĩa điểm bắt đầu một khung Ethernet.

2.3.4. Giao thức điều khiển (MPMC) trong EPON

Có nhiều loại yêu cầu dịch vụ theo hướng uplink từ các user buộc các

OLT phải phân bố khe thời gian và băng thông hợp lý, thông báo và điều khiển

các ONU để chúng có thể truyền dữ liệu đúng khe thời gian đƣợc cấp.

Để làm việc ấy, giao thức điều khiển đa điểm MPMC (Multipoint MAC

Control) trong EPON được thực hiện dưới hai cơ chế của hai bản tin điều khiển

MAC là GATE và REPORT.

Bản tin điều khiển GATE – hướng xuống

-24-


Hình 2.14: Bản tin GATE hướng xuống.

Khi một OLT trong mạng EPON khởi động lần đầu tiên, nó sẽ truyền các

bản tin GATE theo hướng Downstream dạng broadcast nhằm phát hiện ra các

ONU từ các bản tin phúc đáp ngược lại.Với mỗi ONU sẽ có duy nhất giá trị

LLID được gán.

OLT sẽ gán một cặp giá trị Start time và Stop time có chiều dài 64 bytes,

đồng thời một giá trị xung đồng hồ tại thời điểm ấy sẽ được ghi vào bản tin này

để thực hiện quá trình đồng bộ với các ONU.

Ngoài các bản tin GATE cấp phát khe thời gian cho các LLID xác định,

OLT cũng sẽ phát ra các bản tin GATE ngẫu nhiên nhằm phát hiện các ONU

mới kết nối vào hệ thống.

-25-


Bản tin điều khiển REPORT – hướng lên

Hình 2.15: Bản tin REPORT hướng lên.

Khi các ONT được xác định qua các liên kết luận lý LLID, điều ấy đồng

nghĩa rằng từ đây các ONT có thể yêu cầu OLT cấp phát khe thời gian dựa trên

việc báo cáo thông tin trạng thái của nó về hàng đợi và thông tin đồng hồ nhằm

giúp tối ƣu quá trình đồng bộ. Để thực hiện được điều ấy, các bản tin điều khiển

REPORT 64 bytes với cấu trúc như sau sẽ được gửi từ các ONT tới OLT.

Thông tin của bản tin điều khiển REPORT với thông tin về hàng đợi nhằm

cho OLT biết một yêu cầu hiện tại của nó về khe thời gian và băng thông mà nó

cần. Đồng thời một giá trị xung đồng hồ tại thời điểm ấy sẽ được ghi vào bản

tin để phục vụ cho việc đồng bộ.

Sẽ có trường hợp xung đột xảy ra do nhiều bản tin REPORT được gửi ra

cùng lúc, lúc này các ONT sẽ không nhận được bản tin GATE cấp phát khe thời

gian cần thiết để nó truyền dữ liệu.Trong trường hợp ấy, nó sẽ gửi lại bản tin

REPORT sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên.

-26-


CHƯƠNG III: LỰA CHỌN MÔ HÌNH PON VÀ HOẠT ĐỘNG

QUẢN LÝ BẢO DƯỠNG TRONG HỆ THỐNG FTTH

3.1. Sự lựa chọn mô hình PON

3.2. Chức năng hoạt động, quản lý và bảo dưỡng trong mạng thụ động

PON

-27-

Công nghệ cáp quang thuê bao FTTH

Documents

Transcript of Công nghệ cáp quang thuê bao FTTH