Đồ án Giao thức điều khiển đa điểm trong EPON

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 ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Đề tài: GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN ĐA ĐIỂM TRONG EPON Mã số đề tài: 09405160083 Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ KIM THI MSSV: 405160083 Lớp: Đ05VTA1 Giáo viên hƣớng dẫn: PHẠM QUỐC HỢP 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 - Hạnh Phúc ---------oOo------- --- o0o--- Tp. Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm ……… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC (Dành cho ngƣời hƣớng dẫn – Biểu 2) 1. Tên đề tài tốt nghiệp : …GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN ĐA ĐIỂM TRONG EPON Mã đề tài : 09405160083………………….. 2. Họ tên sinh viên thực hiện : ……NGUYỄN THỊ KIM THI ……………………………… MSSV : …405160083………………….. Lớp : …………Đ05VTA1……………........ 3. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp : 3.1 Nội dung thực hiện : ………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.2 Kết quả sản phẩm : …………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.3 Khả năng áp dụng : …………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.4 Hình thức trình bày : ……………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. Đề nghị : Đƣợc bảo vệ Bổ sung thêm để bảo vệ Không đƣợc bảo vệ 6. Đánh giá chung : Xuất sắc Giỏi Khá Trung bình Yếu , Điểm ……/10. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG 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 ---------oOo-------- ---o0o--- Tp. Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm …… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC (Dành cho ngƣời đọc duyệt - Biểu 3) 1. Tên đề tài tốt nghiệp : …GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN ĐA ĐIỂM TRONG EPON ………… …………Mã đề tài : …09405160083………………………. 2. Họ tên sinh viên thực hiện :……NGUYỄN THỊ KIM THI ………………… MSSV : ………405160083……………………… Lớp : ……Đ05VTA1 ………………… 3. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp : 3.1 Nội dung thực hiện : ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.2 Kết quả sản phẩm : ………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.3 Khả năng áp dụng : ………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.4 Hình thức trình bày : ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. Đề nghị : Đƣợc bảo vệ Bổ sung thêm để bảo vệ Không đƣợc bảo vệ 6. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc Hội đồng : a) ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… b) …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………… c) ………………………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………………………………… 7. Đánh giá chung : Xuất sắc Giỏi Khá Trung bình Yếu , Điểm ……/10. (Ghi chú : Trong trƣờng hợp thay đổi điểm chấm giáo viên phải ký tên xác nhận). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin đƣợc gởi tới thầy Phạm Quốc Hợp với lòng biết ơn sâu sắc. Thầy là ngƣời đã theo suốt em trong quá trình thực hiện luận văn. Thầy đã rất tận tình định hƣớng, chỉ bảo, hƣớng dẫn và sửa chữa các sai xót của em cũng nhƣ cung cấp tài liệu và kiến thức để giúp em hoàn thành tốt luận văn này. Em cũng xin đƣợc cám ơn tất cả các Thầy, Cô giáo của Học Viện Công Nghệ Bƣu Chính Viễn Thông đã giảng dạy, dìu dắt em trong suốt bốn năm qua để em có đƣợc kiến thức thực hiện luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng, em dành lời cám ơn đến các bạn của em đã giúp đỡ em về nhiều mặt trong quá trình hoàn thành luận văn cũng nhƣ đã giúp em trong công việc sửa chữa, biên tập. Một lần nữa, em xin cám ơn tất cả mọi ngƣời đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn này./. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 11 năm 2009 Sinh viên thực hiện NGUYỄN THỊ KIM THI MỤC LỤC SVTH: NGUYỄN THỊ KIM THI Đ05VTA1 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................... 1 CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU ................................................................................................ 3 CHƢƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG ............................................................ 5 2.1 Tổng quan về mạng viễn thông: ...................................................................... 5 2.1.1. Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại: ............................................. 5 2.1.2. Hệ phân cấp mạng: ................................................................................... 6 2.1.3. Các loại mạng viễn thông: ........................................................................ 7 2.2. Tổng quan về mạng truy nhập quang: ........................................................... 11 2.2.1. Lý do phát triển mạng quang: [1] ........................................................... 11 2.2.2. Đặc điểm mạng truy nhập quang: ........................................................... 12 2.2.3. Phân loại mạng truy nhập quang: ........................................................... 13 2.2.4. Xu hƣớng phát triển của mạng truy nhập quang: .................................... 18 CHƢƠNG III: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON-PASSIVE OPTICAL NETWORK) .............................................................................................................. 20 3.1 Cấu trúc phân lớp: ........................................................................................ 20 3.1.1. Lớp vật lý:.............................................................................................. 20 3.1.2. Lớp vận chuyển: .................................................................................... 21 3.2. Phân loại: ...................................................................................................... 22 3.2.1. Mạng quang thụ động băng rộng (BPON – Broadband PON):................ 22 3.2.2. Mạng quang thụ động Gigabit (GPON - Gigabit Passive Optical Network): ........................................................................................................... 26 3.2.3. Mạng quang thụ động Ethernet (EPON - Ethernet Passive Optical Network): ........................................................................................................... 33 3.2.4. Mạng quang thụ động Gigabit Ethernet (GEPON – Gigabit Ethernet Passive Optical Network): .................................................................................. 33 MỤC LỤC SVTH: NGUYỄN THỊ KIM THI Đ05VTA1 2 CHƢƠNG IV: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET (EPON - ETHERNET PASSIVE OPTICAL NETWORK) ............................................................................ 35 4.1 Nhu cầu của mạng EPON: ............................................................................ 35 4.1.1 So sánh mạng EPON và mạng GPON: ................................................... 35 4.1.2 Kết luận: ................................................................................................ 38 4.2 Tiêu chuẩn mạng EPON: .............................................................................. 39 4.3 Phạm vi hoạt động: ....................................................................................... 40 4.4 Nguyên tắc hoạt động: .................................................................................. 42 4.5 Xu hƣớng phát triển mạng EPON: ................................................................ 44 CHƢƠNG V: GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN ĐA ĐIỂM (MPCP – MULTIPOINT CONTROL PROTOCOL) TRONG EPON ................................................................ 47 5.1 Cấu trúc khung MPCP: ................................................................................. 47 5.1.2. Khung điều khiển GATE:....................................................................... 53 5.1.3. Khung điều khiển REGISTER_REQ: ..................................................... 56 5.1.4. Khung điều khiển REGISTER : .............................................................. 57 5.1.5. Khung điều khiển REGISTER_ACK: .................................................... 58 5.2. Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP – Multipoint Control Protocol): ......... 59 5.3. Chƣơng trình demo: ...................................................................................... 63 5.3.1. Giới thiệu: .............................................................................................. 63 5.3.2. Nội dung: ............................................................................................... 63 5.3.3. Mục đích: ............................................................................................... 65 5.3.4. Hạn chế chƣơng trình demo: .................................................................. 65 CHƢƠNG VI: KẾT LUẬN ....................................................................................... 66 DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................. 68 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 74 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU SVTH: NGUYỄN THỊ KIM THI Đ05VTA1 3 CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU Hiện nay, mạng viễn thông đƣợc phát triển theo hƣớng toàn số hóa đa phƣơng tiện và internet . Điều này làm cho việc tìm kiếm phƣơng án giải quyết truy nhập băng rộng có giá thành thấp, chất lƣợng cao đã trở nên cấp thiết. Cùng với sự phát triển của xã hội thông tin , nhu cầu sƣ̉ dụng dịch vụ viễn thông ngày càng tăng , tƣ̀ dịch vụ điện thoại đến dịch vụ truyền số liệu , hình ảnh đa phƣơng tiện . Việc tích hợp các dịch vụ vào cùng một mạng sao cho mạng viễn thông trở nên đơn giản hơn đang trở thành vấn đề nóng bỏng c ủa ngành viễn thông và đó cũng là xu hƣớng phát triển của mạng viễn thông hiện tại . Trong đề tài này, chúng ta đi ngƣợc lại dòng lịch sử của mạng viễn thông từ mạng Telex, dịch vụ điện thoại truyền thống POTS, mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, mạng truyền số liệu, mạng truyền các tín hiệu truyền hình và nổi tiếng hơn cả là mạng Ethernet, Token Bus và Token Ring. Sau đó, mạng NGN ra đời đã thổi một luồng gió mới vào thị trƣờng mạng viễn thông khi đƣa ra các dịch vụ mới dựa trên giao thức IP và đƣa ra mạng riêng ảo VPN – một hƣớng đi của các nhà khai thác đáp ứng các nhu cầu của khách hàng bằng các kết nối dạng any-to- any, các lớp đa dịch vụ, các dịch vụ giá thành quản lý thấp, riêng tƣ, tích hợp xuyên suốt cùng với các mạng Intranet / Internet. Trong mạng viễn thông, nếu xét về góc độ kĩ thuật gồm những mạng sau: mạng chuyển mạch, mạng truy nhập và mạng truyền dẫn. Trong đó, mạng truy nhập quang đang đƣợc quan tâm và phát triển nhờ vào những ƣu điểm vƣợt trội về băng thông lớn, ít bị suy hao trên đƣờng truyền, giảm nhiễu, bảo mật tốt. Mạng truy nhập quang có hai mạng cơ bản là mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON. Những lợi ích của việc sử dụng kĩ thuật PON trong mạng truy nhập cho thấy việc tiến hành thực hiện những thiết kế mạng rất quan trọng. Bởi vì mạng truy nhập tập trung rất ít lƣu lƣợng từ nhiều thuê bao nên nó có giá rất cạnh tranh. Vì thế, thiết kế PON không yêu cầu dự phòng và cho phép triển khai thêm. Tuy mạng PON có nhƣ̃ng ƣu điểm vƣợt trội hơn mạng AON nhƣng vẫn có một số nhà cung cấp chọn AON là giải pháp cho riêng mình . Trong đó, xu hƣớng phát triển mạng truy nhập quang là giải pháp FTTH (Fiber-to-the-Home) – giải pháp đang đƣợc ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam. PON là mạng quang thụ động mà tất cả các thành phần tích cực giữa tổng đài CO và ngƣời sử dụng sẽ không còn tồn tại. Thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hƣớng các lƣu lƣợng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lƣợng của các bƣớc sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đƣờng truyền. Mạng PON có hai lớp (lớp vật lý và lớp vận chuyển) và đƣợc phân thành các loại mạng sau: CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU SVTH: NGUYỄN THỊ KIM THI Đ05VTA1 4 BPON, GPON, EPON và GEPON. Đặc điểm của mỗi mạng đƣợc thể hiện trong đề tài một cách cơ bản để ta có thể biết đƣợc những đặc trƣng và cấu trúc mà mạng hiện có. Từ đó, ta chọn một cấu trúc mạng cụ thể để áp dụng một cách hiệu quả vào mạng hiện có ở nƣớc ta. Bằng phƣơng pháp so sánh mạng GPON – mạng hiện đang đƣợc các nhà khai thác triển khai – với mạng EPON, ta sẽ thấy đƣợc những lợi ích trong việc triển khai mạng EPON. Đó chính là lý do mà em chọn EPON là hƣớng nghiên cứu cho đề tài này. Trong phần EPON, chúng ta sẽ tìm hiểu về tiêu chuẩn mạng, phạm vi hoạt động và nguyên tắc hoạt động . Xu hƣớng phát triển mạng EPON có hai giải pháp: một là giải pháp phát triển lên GEPON (điển hình là Nhật Bản đang phát triển mạng này), còn giải pháp thứ hai là kết hợp EPON với WIMAX BS để tạo ra sự kết hợp tốt về phân cấp băng thông và thực hiện hiệu quả việc phân bổ băng thông và lập lịch gói, giúp đạt đƣợc hiệu suất sử dụng băng thông và hỗ trợ QoS tốt hơn. Phần chính của đề tài là trình bày giao thức điều khiển đa điểm (MPCP). Trƣớc khi tìm hiểu giao thức này, ta phải biết về cấu trúc khung của MPCP (gồm năm bản tin: REPORT, GATE, REGISTER_REQ, REGISTER và REGISTER_ACK). Mỗi bản tin có những cấu trúc đặc trƣng riêng. Nguyên lý truyền của giao thức MPCP chủ yếu dựa vào các bản tin trên và đƣợc trình bày cụ thể trong đề tài này. Và để thấy rõ sự ứng dụng của giao thức, ta thực hiện chƣơng trình demo truyền dữ liệu 64-QAM trong dịch vụ IPTV. Đề tài này bao gồm sáu chƣơng. Sau đây là bố cục của đề tài: - Chƣơng I: Mở đầu - Chƣơng II: Mạng truy nhập quang - Chƣơng III: Mạng quang thụ động (PON – Passive Optical Network) - Chƣơng IV: Mạng quang thụ động Ethernet (EPON – Ethernet Passive Optical Network) - Chƣơng V: Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP – Multipoint Control Protocol) trong EPON - Chƣơng VI: Kết luận Mặc dù, có nhiều cố gắng nhƣng do thời gian hạn hẹp nên đề tài không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Kính mong quý thầy cô nhận xét và góp ý kiến để đề tài của em đƣợc hoàn thiện hơn. CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG SVTH: NGUYỄN THỊ KIM THI Đ05VTA1 5 CHƢƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG 2.1 Tổng quan về mạng viễn thông: 2.1.1. Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại: Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó.  Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dƣới dạng ký tự đã đƣợc mã hoá bằng 5 bit (mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 tới 300 bit/s).  Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN – Public Switched Telephone Network), còn gọi là dịch vụ điện thoại truyền thống (POTS - Plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói đƣợc số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN.  Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21.  Các tín hiệu truyền hình có thể đƣợc truyền theo ba cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp (CATV - Community Antenna Television) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là truyền hình trực tiếp (DBS - Direct Broadcast System).  Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính đƣợc trao đổi thông qua mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, Token Bus và Token Ring. Mỗi mạng đƣợc thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. Chẳng hạn nhƣ: ta không thể truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25 vì trễ qua mạng này quá lớn. Mạng viễn thông hiện tại bao gồm các loại mạng sau:  Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu.  Xét về góc độ kĩ thuật bao gồm các mạng sau: mạng chuyển mạch, mạng truy nhập và mạng truyền dẫn. Hiện nay, các nhà cung cấp dịch vụ thu đƣợc lợi nhuận phần lớn từ các dịch vụ nhƣ leased - line, ATM (Asynchronous Transfer Mode) và các dịch vụ kết nối cơ bản. Tuy nhiên, xu hƣớng giảm lợi nhuận từ các dịch vụ này bắt buộc các nhà khai thác phải tìm dịch vụ mới dựa trên giao thƣ́c Internet (IP – Internet Protocol) CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG SVTH: NGUYỄN THỊ KIM THI Đ05VTA1 6 để đảm bảo lợi nhuận lâu dài . Mạng riêng ảo (VPN – Virtual Private Network) là một hƣớng đi của các nhà khai thác. Các dịch vụ dựa trên nền IP cung cấp kết nối giữa một nhóm các user xuyên qua mạng hạ tầng công cộng. VPN có thể đáp ứng các nhu cầu của khách hàng bằng các kết nối dạng any-to-any, các lớp đa dịch vụ, các dịch vụ giá thành quản lý thấp, riêng tƣ, tích hợp xuyên suốt cùng với các mạng Intranet/Internet. Một nhóm các user trong Intranet và Internet có thể hoạt động thông qua mạng có định tuyến IP. Các mạng riêng ảo có chi phí vận hành thấp hơn mạng riêng trên phƣơng tiện quản lý, băng thông và dung lƣợng. Hiểu một cách đơn giản, VPN là một mạng mở rộng tự quản nhƣ một sự lựa chọn cơ sở hạ tầng của mạng WAN (Wide Area Network). VPN có thể liên kết các user thuộc một nhóm kín hay giữa các nhóm khác nhau. VPN đƣợc định nghĩa bằng một chế độ quản lý. Các thuê bao VPN có thể di chuyển đến một kết nối mềm dẻo trải dài từ mạng cục bộ đến mạng hoàn chỉnh. Các thuê bao này có thể dùng trong cùng (Intranet) hoặc khác (Internet) tổ chức. Tuy nhiên, cần lƣu ý rằng hiện nay mạng PSTN/ISDN (Integrated Services Digital Network - Mạng tích hợp dịch vụ số) vẫn đang là mạng cung cấp các dịch vụ dữ liệu. 2.1.2. Hệ phân cấp mạng: Hình II.1: Cấu trúc phân cấp của mạng viễn thông[6] Caáp 1 Caáp 5 Caáp 4 Caáp 3 Caáp 2 Toång ñaøi quoác teá Toång ñaøi khu vöïc Toång ñaøi noäi haït Toång ñaøi tandem noäi haït hoaëc noäi tænh Toång ñaøi chuyeån tieáp quoác gia CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG SVTH: NGUYỄN THỊ KIM THI Đ05VTA1 7 2.1.3. Các loại mạng viễn thông: 2.1.3.1. Mạng chuyển mạch: Mạng chuyển mạch có 4 cấp (dựa trên các cấp tổng đài chuyển mạch): quá giang quốc tế, quá giang đƣờng dài, nội tỉnh và nội hạt. Riêng tại thành phố Hồ Chí Minh có thêm cấp quá giang nội hạt. Hiện nay, mạng VNPT đã có các trung tâm chuyển mạch quốc tế và chuyển mạch quốc gia ở Hà Nội, Đà Nẵng, Thành Phố Hồ Chí Minh. Mạng của các bƣu điện tỉnh cũng đang phát triển mở rộng. Nhiều tỉnh, thành phố xuất hiện các cấu trúc mạng với nhiều tổng đài Host, các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh đã và đang triển khai các Tandem nội hạt. Mạng viễn thông của VNPT hiện tại đƣợc chia làm 5 cấp, trong tƣơng lai sẽ đƣợc giảm từ 5 cấp xuống 4 cấp. Mạng này do các thành viên của VNPT điều hành: đó là VTI, VTN và các bƣu điện tỉnh. VTI quản lý các tổng đài chuyển mạch quá giang quốc tế, VTN quản lý các tổng đài chuyển mạch quá giang đƣờng dài tại 3 trung tâm Hà Nội, Đà Nẵng và TP.HCM