Đề tài Thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng quang thụ động

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II _____________ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HỆ: HOÀN CHỈNH KIẾN THỨC ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Đề tài: THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG Mã số đề tài: 09407360001 Sinh viên thực hiện: HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN MSSV: 407360001 Lớp: Đ07VTH1 Giáo viên hƣớng dẫn: Thạc sĩ ĐỖ VĂN VIỆT EM TPHCM – 2009 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự Do – Hạnnh Phúc -------- o0o -------- -------- o0o -------- Thành phố Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2009 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC ( Dành cho ngƣời hƣớng dẫn ) 1. Tên đề tài tốt nghiệp: ................................................................................................. .................................................................................................................................. .............................................................................................. Mã đề tài: .................. 2. Họ tên sinh viên thực hiện: .................................................... Lớp: .......................... Ngày sinh: ............................................................................. MSSV: ...................... 3. Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện: Số trang: ............................................................ Số chƣơng (phần): ........................ Số bảng số liệu: ................................................. Số hình vẽ: ................................... Số tài liệu tham khảo: ........................................ Phần mềm sử dụng: ...................... Hiện vật (sản phẩm phần mềm, phần cứng): .............................................................. 4. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp: 4.1. Nội dung thực hiện: ........................................................................................... .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4.2. Kết quả sản phẩm: .............................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4.3. Khả năng áp dụng: .............................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4.4. Hình thức trình bày: ............................................................................................ .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 5. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 6. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ  7. Đánh gía chung: Điểm số : ................ /10 ; Điểm chữ: .............................................. Xác nhận của Bộ môn/Khoa Giáo viên hƣớng dẫn HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ------ -- o0o -------- ------ -- o0o -------- Thành phố Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ….. năm 2009 PHIẾU NHẬN XẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC ( Dành cho ngƣời đọc duyệt ) 1. Tên đề tài tốt nghiệp: ........................................................................................................... ............................................................................................................................................ .............................................................................................. Mã đề tài: ............................ 2. Họ tên sinh viên thực hiện: .................................................... Lớp: .................................... Ngày sinh: ............................................................................. MSSV: ................................ 3. Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện: Số trang:.................................................................. Số chƣơng: ....................................... Số bảng số liệu: ....................................................... Số hình vẽ: ....................................... Số tài liệu tham khảo: .............................................. Phần mềm sử dụng: .......................... Hiện vật (sản phẩm phần mền, phần cứng): ......................................................................... 4. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp: 4.1. Nội dung thực hiện: ...................................................................................................... ............................................................................................................................................ 4.2. Kết quả sản phẩm: ........................................................................................................ ............................................................................................................................................ 4.3. Khả năng áp dụng: ........................................................................................................ ............................................................................................................................................ 4.4. Hình thức trình bày:...................................................................................................... ............................................................................................................................................ 5. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp: ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ 6. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ  7. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc Hội đồng: a)......................................................................................................................................... ............................................................................................................................................ b) ........................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ c)......................................................................................................................................... ............................................................................................................................................ 8. Đánh giá chung: Điểm số: ................. /10 ; Điểm chữ: ...................................................... ( Ghi chú: Trong trƣờng hợp thay đổi điểm chấm giáo viên phải ký tên xác nhận ). Xác nhận của Bộ môn/Khoa Giáo viên đọc duyệt Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi đến:  Ba mẹ và gia đình người đã hỗ trợ không những về vật chất mà còn là tinh thần và là nguồn động viên rất lớn của em trong suốt quá trình học tập.  Các quý thầy cô của trường Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông cơ sở tại Tp.HCM nói chung và các thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông nói riêng những người đã giảng dạy truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong suốt 2 năm học qua.  Thầy Đỗ Văn Việt Em_người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án tốt nghiệp này.  Các bạn đồng lớp Điện tử - Viễn thông niên khóa 2007 – 2009 đã hỗ trợ, động viên nhau trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp này. Một lần nữa em chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2009 Sinh viên thực hiện HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN LỜI MỞ ĐẦU Các kĩ thuật trong thông tin quang có thể cung cấp giải pháp ứng dụng cho hiện tại và tƣơng lai. Thông qua sự phát triển của sợi quang thì kiến trúc mạng viễn thông cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu có dung lƣợng lớn. Một số thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lƣợng băng thông cao, truyền dẫn dài, đáng tin cậy. Những năm gần đây, việc gia tăng dung lƣợng mạng truyền dẫn cùng với việc phát triển các ứng dụng và dịch vụ mới đến khách hàng đã tạo ra hiện tƣợng gọi là thắt cổ chai trong mạng truy nhập. Không nghi ngờ gì nữa mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn. Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tƣợng thắt cổ chai. Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà không có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bản thì nó bao gồm sợi quang và các thiết bị thụ động. Điều này làm tiết kiệm chi phí bảo dƣỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng đƣợc kiến trúc mạng quang. Hiện nay có 2 mạng PON đƣợc chuẩn hóa tùy theo kĩ thuật lớp 2 đƣợc sử dụng là ITU-T and IEEE. Chuẩn PON đầu tiên dựa vào ATM nhƣ là APON và BPON và dựa vào giao thức đóng gói GFP đƣợc biết nhƣ là GPON. Thứ 2 là chuẩn IEEE 802.3ah nổi lên nhƣ là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho mạng truy nhập băng rộng ở thế hệ kế tiếp, đó là EPON. Luận án tốt nghiệp này đƣợc trình bày gồm 4 chƣơng với nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network). Chƣơng này giới thiệu về mạng PON, các thành phần cơ bản trong mạng PON và phân loại các loại PON. Chƣơng 2: Tìm hiểu FTTH (Fiber to the home). Chƣơng này tìm hiểu cụ thể các loại PON chuẩn theo ITU-T: APON/BPON, GPON và EPON, sau đó giới thiệu muốn mở rộng mạng PON chuẩn này bằng cách sử dụng bộ khuếch đại quang nhƣ thế nào? Chƣơng 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH. Chƣơng này nêu ra mô hình thiết kế, bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng quang thụ động PON theo chuẩn ITU-T và hƣớng mở rộng của mạng PON. Chƣơng 4: Chƣơng trình thiết kế. Giới thiệu chƣơng trình thiết kế. Áp dụng Visual basic. Net để giải quyết chƣơng trình. Do thời gian nghiên cứu không nhiều và quá trình thiết kế chắc chắn không tránh khỏi một số thiếu sót nhất định. Mong đƣợc sự góp ý phê bình quý báu của quý thầy cô để sau này em tiếp tục nghiên cứu sâu hơn. Tp.HCM, ngày 01 tháng 10 năm 2009 Sinh viên thực hiện HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN i MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................................. i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... vi CHƢƠNG 1 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON ......................................... 1 1.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON ............................................................................. 1 1.1.1. Công nghệ PON ........................................................................................................... 1 1.1.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON ............................................................................... 1 1.2. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON ........................................................ 2 1.2.2. OLT ............................................................................................................................. 4 1.2.2.1. Phần lõi OLT ............................................................................................................. 4 1.2.2.2. Phần dịch vụ OLT ..................................................................................................... 5 1.2.2.3. Phần chung OLT ....................................................................................................... 5 1.2.3. ONU ............................................................................................................................ 5 1.2.3.1. Phần lõi ONU ............................................................................................................ 5 1.2.3.2. Phần dịch vụ ONU .................................................................................................... 6 1.2.3.3. Phần chung ONU ...................................................................................................... 6 1.2.4. ODN ............................................................................................................................ 6 1.2.4.1. Sợi quang và cáp quang ............................................................................................. 6 1.2.4.2. Splitter ...................................................................................................................... 7 1.3. Tại sao PON lại phát triển ............................................................................................... 8 1.4. Phân loại PON................................................................................................................. 9 Chƣơng 2 TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME .................................................................................... 11 2.1. APON/BPON ................................................................................................................ 11 2.1.1. Mô tả hệ thống APON/BPON..................................................................................... 12 2.1.2. Kiến trúc phân lớp APON/BPON ............................................................................... 13 2.1.3. Khung truyền dẫn APON/BPON ................................................................................ 13 2.1.4. Bƣớc sóng trong APON.............................................................................................. 16 2.1.5. Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ .................................................................................... 17 2.2. GPON ........................................................................................................................... 18 2.2.1. Mô tả hệ thống GPON ................................................................................................ 18 2.2.2. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC) ........................................................................... 19 2.2.3. Khung truyền dẫn GPON ........................................................................................... 20 2.2.3.1. Cấu trúc khung down ............................................................................................... 20 2.2.3.2. Cấu trúc khung up ................................................................................................... 24 2.2.3.3. Ánh xạ lƣu lƣợng vào tải GTC ................................................................................. 28 2.2.4. Sắp xếp giao thức GPON ............................................................................................ 30 2.2.5. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON .................................................................. 32 2.2.6. Bảo mật ...................................................................................................................... 33 2.2.7. Sửa lỗi FEC ................................................................................................................ 33 2.3. EPON............................................................................................................................ 34 ii 2.3.1. Kiến trúc tầng Ethernet và EPON ............................................................................... 34 2.3.2. Lớp phụ thuộc môi trƣờng vật lí PMD của EPON ....................................................... 36 2.3.3. Hoạt động burst mode và Loop Timing trong EPON .................................................. 36 2.3.4. Khung Ethernet .......................................................................................................... 37 2.3.5. Giao thức điều khiển đa điểm ..................................................................................... 37 2.3.5.1. Ranging trong EPON ............................................................................................... 38 2.3.5.2. Hoạt động Gate và Report ....................................................................................... 38 2.3.5.4. Khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm ............................................................... 40 2.3.5.5. Tự động khám phá ONU ......................................................................................... 41 2.3.5.6. Mô phỏng P2P trong EPON ..................................................................................... 42 2.3.6. So sánh EPON và GPON ............................................................................................ 45 2.4. SuperPON ..................................................................................................................... 46 2.5. Phân bổ băng tần ........................................................................................................... 47 2.5.1. Phƣơng pháp phân bổ băng tần cố định ...................................................................... 47 2.5.2. Mô tả hoạt động phân phối băng tần động cơ bản ...................................................... 48 2.5.3. IPACT ........................................................................................................................ 49 2.5.4. Phân phối băng thông tối thiểu đƣợc đảm bảo ............................................................ 52 2.5.5.3. Phân bổ băng thông động......................................................................................... 40 2.5.5.7. Mã hóa và bảo vệ .................................................................................................... 45 2.6. Chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong mạng quang thụ động PON ............. 53 2.6.1. Quản lí mạng cơ bản................................................................................................... 54 2.6.2. Các chức năng quản lí ................................................................................................ 55 2.6.2.1. Quản lí thực thi ........................................................................................................ 55 2.6.2.2. Quản lí cấu h