Đề tài Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTX

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------------------------- Độc lập - Tự do - Hạnh phúc --------------------------------- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ...........................................Số hiệu sinh viên:............................. Khoá:........................... Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ..................................... 1. Đầu đề đồ án: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn:..................................................................................... 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:.......................................................................................... 7. Ngày hoàn thành đồ án:............................................................................................... Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp: ngày tháng năm Cán bộ phản biện 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------------- BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ......................................................Số hiệu sinh viên: ....................................................................................... Ngành: ................................................................................................Khoá:............... Giảng viên hướng dẫn: ................................................................................................ Cán bộ phản biện: ....................................................................................................... 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) 2 LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển thì những nhu cầu cuộc sống của con người ngày càng cao hơn. Những nhu cầu đó có thể là tìm kiếm, trao đổi thông tin, vui chơi, giải trí… Để đáp ứng những nhu cầu trao đổi thông tin đó, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không ngừng đổi mới công nghệ cũng như dịch vụ. Điều quan trọng là làm thế nào để có thể truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng, chính xác, an toàn và kinh tế. Có nhiều giải pháp được đưa ra, trong đó việc khai thác nguồn tài nguyên băng thông luôn được đặt lên hàng đầu. Băng thông là có hạn mà nhu cầu của con người lại gần như vô hạn. Chúng ta có thể hình dung một cách đơn giản, một con đường tại Việt Nam rộng khoảng 5m nhưng rất nhiều loại phương tiện chạy trên đó, từ xe ô tô cho đến xe máy, người đi bộ… Các loại dữ liệu cũng như phương tiện giao thông di chuyển trên môi trường truyền dẫn. Nhưng làm thế nào để truyền tải được nhiều loại dữ liệu như thế trong khi băng thông là có hạn. Sử dụng cáp quang là một giải pháp hữu hiệu. Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT, Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang (FTTx - Fiber To The X).. Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx”” để tìm hiểu về mô hình này. Trong quá trình tìm hiểu, em được sự giúp đỡ nhiệt tình từ PGS.TS Phạm Minh Hà. Vì thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn nên hiểu biết của em về vấn đề này còn thiếu sót. Em rất mong sự quan tâm, chú ý của thầy cô và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực hiện Hoàng Thị Thanh Việt 3 MỤC LỤC BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP................................................................2 LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................3 MỤC LỤC.................................................................................................................4 TÓM TẮT ĐỒ ÁN....................................................................................................7 ABSTRACT..............................................................................................................8 DANH SÁCH HÌNH VẼ...........................................................................................9 DANH SÁCH BẢNG BIỂU...................................................................................11 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................12 TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx............................................................................14 1.1 Giới thiệu chương ..............................................................................................14 1.2 Nguồn gốc sự ra đời của mạng FTTx ................................................................14 1.2.1 Nhu cầu thuê bao băng rộng ...........................................................................14 1.2.2 Các công nghệ truy nhập ................................................................................16 1.2.2.1 Công nghệ xDSL ...............................................................................17 1.2.2.2 Cáp truyền hình .................................................................................17 1.2.2.3 Wifi và Wimax ..................................................................................18 1.3 Định nghĩa .........................................................................................................19 1.4 Phân loại ............................................................................................................19 1.4.1 Phân loại theo chiều dài cáp quang .................................................................19 1.4.2 Phân loại theo cấu hình ...................................................................................20 1.5 Ưu nhược điểm mạng FTTx ..............................................................................21 1.5.1 Ưu điểm ..........................................................................................................21 1.5.2 Nhược điểm ...................................................................................................23 1.6 Ứng dụng của FTTx ..........................................................................................23 1.7 Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam ...................................25 1.7.1 Tình hình FTTx trên thế giới ..........................................................................25 1.7.1.1 Thị trường Trung Quốc ......................................................................25 1.7.1.2 Thông tin thị trường Hàn quốc ..........................................................28 1.7.1.3 Thông tin thị trường Nhật Bản ...........................................................29 1.7.2 Tình hình FTTx tại Việt Nam ........................................................................31 1.8 Kết luận chương ...............................................................................................32 CÁC GIẢI PHÁP TRIỂN KHAI MẠNG FTTx......................................................33 1.8 Giới thiệu chương ..............................................................................................33 1.9 Mạng quang chủ động AON ..............................................................................33 1.10 Mạng quang thụ động PON ............................................................................34 1.10.1 Kiến trúc mạng quang thụ động ....................................................................34 4 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx 1.10.2 Các chuẩn mạng PON ...................................................................................36 1.10.2.1 APON ..............................................................................................36 1.10.2.2 BPON ..............................................................................................37 1.10.2.3 EPON ..............................................................................................37 1.10.2.4 GPON ..............................................................................................38 1.10.2.5 GEPON ............................................................................................38 1.10.2.6 WDM-PON .....................................................................................40 1.10.2.7 CDMA-PON ....................................................................................40 1.10.3 Ưu nhược điểm mạng PON ..........................................................................41 1.10.3.1 Ưu điểm ...........................................................................................41 1.10.3.2 Nhược điểm .....................................................................................41 1.11 So sánh mạng PON và AON ............................................................................41 1.11.1 Về băng thông ..............................................................................................42 1.11.2 Về điều khiển lưu lượng ...............................................................................43 1.11.3 Về tính kinh tế ..............................................................................................44 1.11.3.1 Về chỉ số CAPEX ............................................................................44 1.11.3.2 Về chỉ số OPEX ...............................................................................44 1.12 Kết luận chương 2 ...........................................................................................46 ............................................................................................................................47 TRIỂN KHAI MẠNG FTTX THEO CHUẨN GPON............................................47 1.13 Giới thiệu chương ............................................................................................47 1.14 Lựa chọn công nghệ .........................................................................................47 3.2.1 So sánh EPON và GPON về chi phí ...............................................................48 1.14.1 Nguyên tắc triển khai mạng của CMCTI ......................................................50 1.14.1.1 Phần mạng Core ..............................................................................50 1.14.1.2 Phần mạng truy cập .........................................................................55 1.14.2 Phương án triển khai và vận hành mô hình mạng .........................................58 1.14.2.1 Phương án triển khai ........................................................................58 1.14.2.2 Mô hình vận hành mạng ..................................................................58 1.15 Kết luận chương ..............................................................................................59 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠNG FTTx............................................................................................59 1.16 Giới thiệu chương ............................................................................................59 1.17 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang ................................................60 1.17.1 Tỉ lệ lỗi bit BER ..........................................................................................60 1.17.2 Hệ số phẩm chất Q ......................................................................................63 1.17.3 Đồ thị mắt .....................................................................................................64 1.17.4 Mối quan hệ giữa đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER .........................................66 1.18 Các tham số đặc trưng cho mạng GPON .........................................................66 Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 5 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx 1.18.1 Bước sóng hướng xuống 1490 nm, hướng lên 1310 nm ...............................66 1.18.2 Phương thức ghép kênh TDM ......................................................................67 1.18.3 Phương thức điều chế NRZ ..........................................................................68 1.18.3.1 Chức năng cơ bản của mã đường dây: .............................................68 1.18.3.2 Các loại mã đường dây sử dụng trong hệ thống thông tin quang .....69 1.18.3.3 Tại sao lại dùng điều chế NRZ ? ......................................................70 a. Sử dụng điều chế NRZ ..............................................................................71 b. Sử dụng NZ ..............................................................................................71 1.19 Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON .......................72 4.3.1 Sơ đồ kết nối .................................................................................................72 1.19.1 Kịch bản .......................................................................................................75 1.19.1.1 Các thông số thiết lập chung: ...........................................................75 1.19.1.2 Kịch bản 1: Khoảng cách ...............................................................76 1.19.1.3 Kịch bản 2: Hệ số chia của Splitter ..................................................80 1.19.1.4 Kịch bản 3: Tốc độ bit .....................................................................81 1.20 Kết luận chương ..............................................................................................83 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.................................................84 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................85 Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 5 Chương 1 Tổng quan về mạng FTTx Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx 5 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án gồm 4 chương, nội dung cụ thể của các chương như sau: Chương 1: Tổng quan về mạng FTTx Chương này cho ta cái nhìn khái quát về nguồn sự ra đời, tình hình phát triển của mạng FTTx trên thế giới và tại Việt Nam cũng như những ứng dụng thực tiễn của mạng FTTx. Chương 2: Các giải pháp triển khai mạng FTTx Về mặt kỹ thuật, FTTx có thể sử dụng mạng quang chủ động Active Optical Network (AON) hoặc mạng quang bị động Passive Optical Network (PON). Hai mạng này được phân biệt với nhau bởi kiến trúc có hay không có sự tham gia của các thành phần tích cực trong tuyến truyền từ tổng đài nhà cung cấp tới người sử dụng. Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét qua về kiến trúc mạng chủ động AON và nghiên cứu chủ yếu mạng quang thụ động PON với chuẩn GPON. Chương 3 : Triển khai mạng FTTx theo chuẩn GPON Trong chương này chúng ta sẽ xem xét quy trình triển khai mạng tại công ty CMCTI. Chương 4 : Phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON Nội dung chương 4 là mô phỏng hệ thống mạng FTTx theo chuẩn GPON đã được nói ở chương 2. Đây là chuẩn hiện đại nhất được triển khai tại Việt Nam. Toàn bộ hệ thống được mô phỏng ở lớp vật lý. Một số kịch bản sẽ được đưa ra để đánh giá sự phụ thuộc của hệ thống mạng quang vào các yếu tố như khoảng cách truyền, tốc độ bit, hệ số chia của splitter (chính số user), công suất phát, suy hao, phương thức mã hóa… Ngoài ra, các thông số đầu ra để đánh giá hệ thống dựa trên tỉ lệ lỗi bit BER, đồ thị mắt, chỉ số Q … Để hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của cô PGS.TS Phạm Minh Hà, em xin chân thành cảm ơn cô. Đồng thời, em cũng rất cảm ơn các Thầy Cô thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình dạy dỗ em trong suốt 5 năm học tập tại trường. 7 ABSTRACT Fiber To The X is the delivery of a communications signal over optical fiber from the operator’s switching equipment all the way to a home or business, thereby replacing existing copper infrastructure such as telephone wires and coaxial cable. Fiber To The X