Thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng quang thụ động

của ONU1(hình 2.39 (b)). Khoảng thời gian nghĩ cung cấp khoảng bảo vệ cho sự dao động thời gian round trip và thời gian xử lí bản tin điều khiển của các ONU khác nhau. Ngoài ra, đầu thu OLT cần một ít thời gian để điều chỉnh lại độ nhạy của nó bởi trên thực tế các tín hiệu từ các ONU khác nhau có thể có các mức công suất khác nhau bởi ONU đƣợc phân phối tại các khoảng cách khác nhau tính từ OLT. (4) Sau một thời gian, dữ liệu từ ONU1 đã truyền đến. Tại điểm kết thúc việc truyền của ONU1, có một Request mới chứa thông tin có bao nhiêu byte trong bộ đệm ONU1 đƣợc ƣu tiên trong việc truyền Request. OLT sẽ sử dụng thông tin này để cập nhật bảng polling ( hình 2.39 (c)). Bằng việc duy trì thời gian khi Grant đƣợc gửi và dữ liệu đƣợc nhận, OLT cập nhật liên tục toàn bộ thời gian round trip cho các ONU tƣơng ứng. (5) Tƣơng tự nhƣ bƣớc (4), OLT có thể tính toán thời gian bit cuối cùng ONU truyền đến. Do đó nó cũng biết đƣợc khi nào gửi Grant cho ONU3 để dữ liệu của nó nối đuôi đến điểm kết thúc của dữ liệu ONU2. Sau một thời gian dài hơn, dữ liệu ONU2 sẽ truyền đến. OLT một lần nữa cập nhật bảng này, thời gian này nhập vào ONU2 (hình 2.39 (d)). Grant Request (a) 6000 t 6000 byte 6000 550 t t t ONU Byte RTT 1 6000 200 2 3200 170 3 1800 120 OLT ONU1 Tx Rx Tx Rx ONU2 Tx Rx ONU3 Tx Rx Bảng polling Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 51 6000 t 6000 byte Grant Request 6000 550 6000 byte 550 3200 3200 byte 5700 0 3200 1600 t t t ONU Byte RTT 1 550 200 2 3200 170 3 1800 120 ONU Byte RTT 1 6000 200 2 3200 170 3 1800 120 (c) OLT ONU1 Tx Rx Tx Rx ONU2 Tx Rx ONU3 Tx Rx 6000 t 6000 byte Grant Request 6000 550 3200 t t t ONU Byte RTT 1 6000 200 2 3200 170 3 1800 120 (b) OLT ONU1 Tx Rx Tx Rx ONU2 Tx Rx ONU3 Tx Rx Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 52 Nếu một ONU hoàn toàn rỗng trong bộ đệm, nó sẽ báo cáo các byte 0 về cho OLT. Do đó ví dụ với các chu kì kế tiếp ONU sẽ đƣợc gán các byte 0 do nó đƣợc cho phép gửi các Request mới nhƣng không có dữ liệu. Nếu OLT cho phép mỗi ONU gửi nội dung toàn bộ bộ đệm trong một truyền dẫn, các ONU với dữ liệu tốc độ cao có thể chiếm giữ toàn bộ băng thông. Để tránh điều này, OLT sẽ giới hạn kích thƣớc truyền dẫn tối đa. Do vậy mỗi ONU sẽ lấy một Grant để gửi nhiều byte mà nó đƣợc yêu cầu trong chu kì trƣớc nhƣng không nhiều hơn giới hạn tối đa (kích thƣớc cửa sổ truyền dẫn tối đa). Có nhiều cách khác nhau để quy định giới hạn kích thƣớc cửa sổ truyền dẫn tối đa ví dụ nhƣ dịch vụ bị giới hạn thuật toán này phân bổ băng thông đến một ONU nhƣng không nhiều hơn giá trị đƣợc xác định trƣớc; thuật toán cổng gán Request mà không cần bất kì giới hạn nào; thuật toán cho nợ gán Request cộng với số nợ cố định và cuối cùng là thuật toán co giãn chỉ có một giới hạn duy nhất là thời gian chu kì tối đa. 2.5.4. Phân phối băng thông tối thiểu đƣợc đảm bảo Hạn chế của các kết quả IPACT là độ trễ gói không cần thiết đƣợc đƣa vào mạng, toàn bộ các yêu cầu băng thông từ các ONU trong một chu kì thì ít hơn toàn bộ dung lƣợng mạng nhƣng yêu cầu băng thông cho các ONU riêng có thể vƣợt quá giới hạn truyền dẫn tối đa. Theo IPACT, nhu cầu thêm vào sẽ đƣợc đệm vào cho đến chu kì kiểm soát kế tiếp. Hơn nữa, thời gian xử lí tín hiệu ở OLT và ONU cũng nhƣ thời gian nghỉ giữa hai cửa sổ up lên liền kề đƣợc giữ cố định. Thậm chí nếu chu kì kiểm soát lƣu lƣợng ONU bị giảm xuống bởi việc gán các khe thời gian ngắn hơn, thì tỉ lệ thời gian nghỉ và thời gian xử lí tín hiệu trong một chu kì vẫn tƣơng đối dài hơn. Dẫn đến kết quả, hiệu suất mạng trong phạm vi tận dụng tốc độ kênh up lên trở nên tồi tệ. Để vƣợt qua hạn chế gây ra bởi tốc độ tận dụng kênh thấp và độ trễ gói dài, khái niệm băng thông đƣợc đảm bảo bằng cách cung cấp thời gian cố định đƣợc đƣa ra 6000 t 6000 byte Grant Request 6000 550 6000 byte 550 3200 3200 byte 5700 0 1600 byte 4400 0 3200 byte 5700 0 3200 1600 1600 t t t ONU Byte RTT 1 550 200 2 5700 170 3 1800 120 ONU Byte RTT 1 550 200 2 3200 170 3 1800 120 ONU Byte RTT 1 6000 200 2 3200 170 3 1800 120 (d) OLT ONU1 Tx Rx Tx Rx ONU2 Tx Rx ONU3 Tx Rx Hình 2. 39 : Các bƣớc thuật toán polling [3] Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 53 để xác định giới hạn truyền dẫn tối thiểu, thay vì tối đa trong IPACT cho mỗi ONU để thõa các nhu cầu dịch vụ cơ bản. Với cơ chế này, OLT đầu tiên phải nhận tất cả bản tin báo cáo từ ONU trƣớc khi nó khởi tạo quá trình phân bổ băng thông, thực tế nó dẫn đến kết quả các khe thời gian bị lãng phí trong 2 chu kì kiểm soát liền kề. Hình 2.40 giải thích rõ hơn nếu chắc chắn ONU không hoạt động ví dụ nhƣ ONU1, OLT sẽ gán khe thời gian không sử dụng đến ONU này và có thể thêm băng thông cho ONU khác mà nó vƣợt quá băng thông tối thiểu đƣợc gán ban đầu. Tuy nhiên sự thõa thuận và sự khác nhau các cấp dịch vụ ONU không đƣợc xem xét trong việc hạn chế băng thông ONU vƣợt quá cho phép dẫn đến không cho phép độ ƣu tiên mạng. 2.6. Chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong mạng quang thụ động PON Trong mạng truyền thống, nhà cung cấp dịch vụ có nhiệm vụ là cung cấp và quản lí cáp truyền dẫn và các thiết bị đầu cuối mạng. Việc thực thi, hoạt động và quản lí của mạng yêu cầu khả năng cấu hình và kiểm tra các thiết bị mạng một cách nhanh chóng và dễ dàng để các kết nối và dịch vụ luôn đƣợc sẵn sàng. Việc phát hiện ra các trạng thái hoạt động bất thƣờng trong mạng sẽ khắc phục đƣợc các sự cố đang tiềm ẩn và có thể dẫn đến sự cố lớn hơn nhƣ là hƣ mạng. Trong mạng PON thì khác với mạng truyền thống ở chỗ tại đầu cuối ở phía khách hàng thì nó là thiết bị nằm trong nhà khách hàng và nó thuộc quyền sở hữu của khách hàng, vì thế mà khách hàng phải tự bảo dƣỡng thiết bị của mình và nhà cung cấp dịch vụ chỉ có trách nhiệm với thiết bị ở trạm trung tâm và cáp ở bên ngoài không thuộc quyền sở hữu của khách hàng. Trong phần này, chúng ta sẽ nói về chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong mạng quang thụ động PON. t t Chu kì n T1 Chu kì n+1 Tx Rx Tx Rx T2 T3 T4 T5 Thời gian nghỉ Khe bị lãng phí Các gói đến sau Grant Report Hình 2.40 : Các bƣớc của giao thức phân bổ băng thông tối thiểu ONU1 ONU2 Tx Rx ONU3 Tx Rx OLT Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 54 2.6.1. Quản lí mạng cơ bản Hình 2.41 chỉ ra các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và các mối quan hệ của chúng. Nơi điều khiển quản lí mạng là một trạm làm việc với phần mềm quản lí mạng chuyên biệt. Tại trạm làm việc ngƣời làm việc ở đó có thể quan sát đƣợc các trạng thái của mạng, có thể kiểm tra tất cả thiết bị đang hoạt động, các thiết bị này đƣợc cấu hình đúng hay chƣa và phần mềm ứng dụng có đƣợc cập nhật không? Ngƣời quản lí mạng có thể nhìn thấy mạng đang hoạt động ví dụ lƣu lƣợng tải và các lỗi trong thiết bị và cáp. Thêm vào đó trạm làm việc có thể điều khiển nguồn tài nguyên mạng. Thiết bị đƣợc quản lí trong mạng PON là OLT, ONU, nguồn dự phòng và bộ nguồn. Mỗi thiết bị đƣợc giám sát và điều khiển bởi hệ thống quản lí chung (EMS - Element Management System). Điểm quan trọng ở đây mặc dù ở phía khách hàng tự bảo dƣỡng thiết bị ONU nhƣng để hoạt động trong mạng PON thì thiết bị này cũng phải đƣợc hỗ trợ truy vấn trạng thái và điều khiển các chức năng từ hệ thống EMS. Các module phần mềm quản lí đƣợc gọi là agent nằm trong bộ vi xử lí bên trong nó thu thập và biên dịch thông tin liên tục về các trạng thái và việc thực thi các thiết bị. Các agent này sẽ lƣu các thông tin dựa trên thông tin quản lí (MIB - Management Information Base) tại trạm trung tâm và sau đó nó cung cấp thông tin để quản lí các thực thể bên trong hệ thống quản lí mạng (NMS - Network Management System) đặt ở trạm làm việc. MIB thì dựa trên thông tin đã đƣợc số hóa, nó xác định dữ liệu và số nhận dạng thích hợp nhƣ là các vùng trong Agent Hệ thống quản lí mạng NMS Hệ thống quản lí chung EMS MIB OLT ONU ONU Splitter A A A A Trạm quản lí mạng Hình 2. 41 : Các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và mối quan hệ của chúng [13] Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 55 cơ sở dữ liệu. Thông tin này đƣợc lƣu trong bảng, bộ đếm. MIB không vạch rõ cách thu thập và sử dụng dữ liệu nhƣng nó chỉ định rõ những gì mà agent có thể thu thập và cách tổ chức dữ liệu để hệ thống khác có thể sử dụng chúng. Khi agent thông báo các vấn đề mà nó đang giám sát ví dụ nhƣ có sự giảm công suất ngõ ra ở OLT hay ONU, trạng thái nguồn dự phòng bất thƣờng hay tốc độ lỗi bị vƣợt quá giới hạn…nó sẽ gửi các cảnh báo đến thực thể quản lí. Vào lúc nhận đƣợc cảnh báo, các thực thể quản lí có thể khởi tạo một hay nhiều hoạt động nhƣ là thông báo hoạt động, ghi sự kiện, thoát khỏi hệ thống hay tự động thử cách li hay sửa lỗi. Hệ thống EMS cũng có thể truy vấn và thăm dò trong hệ thống để kiểm tra các trạng thái. Việc thăm dò này có thể tự động hoặc đƣợc khởi tạo bởi ngƣời quản lí. 2.6.2. Các chức năng quản lí 2.6.2.1. Quản lí thực thi Hệ thống viễn thông sử dụng thủ tục quản lí thực thi để giám sát và điều khiển các thông số chính để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS đến các đầu cuối mạng. Trong mạng FTTH, các thông số này bao gồm chức năng loop-back điều khiển từ xa, giám sát lỗi, thống kê lỗi ở ONU và chuyển mạch nguồn trong trƣờng hợp có sự cố ở ONU. Ví dụ các thông số đƣợc giám sát tại lớp vật lí là tốc độ lỗi bit và các mức công suất quang ở OLT và ONU. Thủ tục quản lí thực thi gán giá trị ngƣỡng cho các thông số và thông báo cho hệ thống quản lí hay phát ra cảnh báo khi nó tiến đến ngƣỡng. 2.6.2.2. Quản lí cấu hình Mục tiêu của quản lí cấu hình là giám sát thông cài đặt và cấu hình thiết bị mạng. Mục đích của điều này là để kiểm tra và quản lí hiệu suất hoạt động mạng cấu thành từ phần mềm và phần cứng khác nhau. Quản lí cấu hình cho phép hệ thống cung cấp tài nguyên và dịch vụ mạng, giám sát và điều khiển các trạng thái và thu thập thông tin trạng thái. Việc cung cấp này bao gồm cài đặt các mức công suất quang tự động (ví dụ nhƣ trong GPON ngõ ra của ONU có thể đƣợc cài đặt một trong ba mức khác nhau), gán băng thông hay cài đặt các tính năng riêng đƣợc yêu cầu bởi khách hàng, phân phối phần mềm, nâng cấp agent và cấu hình thiết bị để cô lập lỗi. Quản lí cấu hình lƣu tất cả thông tin này trong cơ sở dữ liệu có thể truy cập dễ dàng để khi có sự cố nó đƣợc tìm thấy dễ dàng để giải quyết vấn đề. 2.6.2.3. Quản lí kế toán Chức năng quản lí kế toán là để đo các thông số khởi tạo mạng để riêng một cá nhân hay một nhóm khách hàng trong mạng có thể điều chỉnh và đăng nhập vào các dịch vụ phù hợp. Do đó, quản lí kế toán đo đạt, thu thập và thống kê tài nguyên và việc sử dụng mạng. Thêm vào đó, quản lí kế toán có thể khảo sát các mẫu sử dụng hiện thời để phân phối mạng. Từ việc thống kê, nhà cung cấp dịch có thể phát hóa đơn và đánh thuế cho việc sử dụng dịch vụ. 2.6.2.4. Quản lí lỗi Lỗi trong mạng nhƣ là đứt cáp trong truyền dẫn sợi quang, sự cố ở OLT hay ONU có thể xảy ra trong mạng FTTH. Lỗi trong mạng có thể do bởi thời gian chết của hệ thống hay do sự giảm sút của mạng, quản lí lỗi là một trong những chức năng quan trọng và đƣợc bổ sung đầy đủ nhất. Khách hàng thì mong đợi cách giải quyết nhanh chóng và đáng tin cậy khi mạng có lỗi. Hình 2.42 mô tả quản lí lỗi bao gồm quy trình sau: Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 56 (1) Giám sát cảnh báo đƣợc dùng để báo cáo các cảnh báo và các nguyên nhân có thể xảy ra cho hệ thống quản lí mạng. Quản lí lỗi có thể tóm lƣợc các cảnh báo và cho phép nhà quản lí truy tìm quan sát thông tin cảnh báo từ log cảnh báo. (2) Kĩ thuật cô lập lỗi quyết định nguồn gốc, vị trí và các nguyên nhân có thể gây nên lỗi có thể là do tự động hoặc có sự can thiệp của nhà điều hành mạng. Nó bao gồm chức năng cảnh báo liên quan đến từ các phần khác nhau trong mạng và chạy thử. (3) Thẻ sự cố đƣợc cấp bởi hệ thống quản lí mạng. Các thẻ này cho biết đó là lỗi gì và cách giải quyết nó. Khi lỗi đƣợc cấp thành thẻ thì chúng sẽ có thể nhờ sự can thiệp của nhà điều hành mạng hoặc tự động sửa lỗi. Khi có lỗi thì cách giải quyết là cấp cho thẻ sau đó nó đƣợc lƣu trong cơ sở dữ liệu. (4) Kiểm tra thử đƣợc thực hiện mỗi lần khi có sự cố. Trong thủ tục sửa lỗi thì việc kiểm tra thử là công việc chủ yếu trong mạng. Nó bao gồm kiểm tra thực thi, kiểm tra tiến trình xử lí và ghi lại kết quả. 2.6.2.5. Quản lí bảo mật Trong mạng PON, dữ liệu ở hƣớng down từ OLT quảng bá đến tất cả ONU, mỗi bản tin đƣợc truyền trong cùng một OLT đều giống nhau. BPON, GPON và EPON đều có các phƣơng pháp riêng để đảm bảo rằng user chỉ truy cập đƣợc dữ liệu của mình. Một kĩ thuật chuẩn đƣợc gọi là mật mã, nó sẽ chuyển dữ liệu thành dạng khó hiểu tại đầu gửi để bảo vệ chúng việc truy cập trái phép, việc sửa đổi, việc sử dụng miễn phí hay sự phá hoại khi dữ liệu truyền qua mạng. Cơ sở dữ liệu của các thẻ sự cố Chức năng quản lí lỗi:  Điều khiển việc dò lỗi.  Điều khiển các cảnh báo.  Cách li lỗi.  Cấp các thẻ sự cố.  Lƣu các thẻ sự cố. Trạm làm việc quản lí lỗi Cảnh báo log Cảnh báo Các thẻ sự cố Hệ thống quản lí lỗi Giải quyết bởi nhà điều hành Tự động giải quyết ? Khả năng quản lí mạng:  Quan sát bản đồ mạng.  Theo dõi cảnh báo.  Mối tƣơng quan các cảnh báo.  Điều khiển cách li lỗi.  Giám sát lỗi. Hình 2. 42 : Các tiến trình quản lí lỗi [13] Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 57 Chuẩn BPON ITU-T G.983 mô tả kĩ thuật cơ chế bảo mật gọi là trộn (churning), nó chỉ mật mã dữ liệu ở hƣớng down. Cơ chế này sử dụng số không thay thế cho mỗi 4 bit trên và dƣới của mỗi byte và mật mã sử dụng từ khóa riêng. Mỗi từ khóa đƣợc trộn đƣợc cài đặt và cập nhật ít nhất một lần ở mỗi giây từ mỗi ONU riêng và ở hƣớng up thì mỗi ONU sẽ gửi từ khóa này cho OLT để OLT sử dụng làm từ khóa để mật mã. OLT cũng có thể yêu cầu mật khẩu từ mỗi ONU để ngăn chặng việc phá hoại ở các ONU khác. (ngƣời sử dụng khác). Ở hƣớng up thì không mật mã bởi việc nghe lén ở hƣớng này là rất khó do mỗi ONU không thể nhìn thấy nhau tức không thể liên lạc trực tiếp với nhau mà đều phải thông qua OLT. Chuẩn GPON mô tả việc sử dụng cơ chế mật mã điểm- điểm P2P. Đây là chuẩn mật mã cao cấp, đƣợc dùng để bảo vệ thông tin dữ liệu cho khung GPON. Thuật toán mật mã cao cấp này mật mã và giải mã khối dữ liệu 128 bit từ khuôn dạng dữ liệu gốc. Các từ khóa zero có thể có chiều dài 128, 192 hay 256 bit để làm mật mã cực kì khó và giải mã để chuyển lại thành dữ liệu gốc. Giao thức Ethernet không có bất kì cơ chế bảo mật nào, tuy nhiên việc phát triển EPON kết hợp chặt chẽ với cơ chế bảo mật điểm đến đa điểm P2MP. Cơ chế này dựa trên cơ chế bảo mật đa tầng nhƣ là bức tƣờng lửa, kĩ thuật mạng riêng ảo và bảo mật giao thức Ethernet. 2.6.3. Hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong FTTH Để thõa mãn nhu cầu của khách hàng và đáp ứng dịch vụ triple-play chất lƣợng cao, mạng FTTH phải triển khai thủ tục hoạt động quản lí và bảo dƣỡng đáng tin cậy. Thủ tục này hỗ trợ việc tính cƣớc, bảo mật, bảo dƣỡng, cung cấp và giám sát hiệu suất mạng. Nó có thể thực hiện việc sử dụng các chuẩn hay dụng cụ phần mềm hệ thống hỗ trợ hoạt động mở rộng trong hệ thống quản lí mạng. Có nhiều chƣơng trình hỗ trợ hoạt động có thể cấp quyền thông qua trình duyệt web và việc chọn lựa các ứng dụng rộng rãi, nó cho phép quản lí mạng cấu hình và điều khiển hàng trăm phần tử trong đó. Việc cung cấp phân phối các mức dịch vụ cung cấp và cấu hình khác nhau cho các loại dịch vụ thoại, dữ liệu và video cho khách hàng. Nhà điều hành mạng cũng nhƣ cơ chế tự động cần xác định nếu thiết bị tại đầu cuối khách hàng có thể cung cấp các dịch vụ đƣợc yêu cầu. Ví dụ nhƣ việc cung cấp phải xác định nếu ONU có khả năng điều khiển tốc độ dữ liệu của mình dù có khả năng kết hợp với kiểm tra hay không thì nó cũng hỗ trợ hoạt động từ xa. Điều này thì quan trọng đối với nhà cung cấp dịch vụ, việc quản lí và xác định các vấn đề từ xa có thể ngăn ngừa việc yêu cầu các dịch vụ chi phí đắc đỏ. Chức năng bảo dƣỡng hay quản lí lỗi để tránh các lỗi tiềm ẩn và sự giảm sút trong mạng FTTH. Nếu lỗi xảy ra, tiến trình bảo dƣỡng cần xác định và làm rõ càng nhanh càng tốt để thõa mãn nhu cầu khách hàng. Khả năng kết hợp với kiểm tra để thay đổi thông tin trạng thái giữa ONU và OLT bao gồm chức năng loop-back điều khiển từ xa phát hiện lỗi trên mạch hay cáp, thống kê lỗi ở ONU và thoát khỏi nguồn trong trƣờng hợp có sự cố tại ONU. Hình 2.43 mô tả tín hiệu điều khiển trạng thái loop-back, nó đƣợc khởi tạo ở OLT và truyền đến ONU sau đó ONU báo cáo trạng thái và truyền ngƣợc về OLT. Việc báo cáo này chỉ thị mọi thứ đã hoạt động tốt hay chúng có thể đƣợc dùng để xác định nguyên nhân tốc độ lỗi bit cao. Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 58 2.7. Ứng dụng 2.7.1. Trên thế giới Bảng xếp hạng mới đƣợc công bố ngày 27/02/2008 trong hội nghị thƣờng niên của Hội đồng FTTH (Fiber to the home) Châu Âu tại Paris và dựa trên các kết quả thống kê thực hiện vào cuối năm 2007. Danh sách mới này liệt kê 14 nƣớc có tỉ lệ hộ dân tiếp cận trực tiếp với mạng truyền thông quang cao hơn 1 %. So với bảng xếp hạng đầu tiên của ba hội đồng FTTH hồi tháng 7/2007, năm 2008 xuất hiện thêm ba thành viên mới đã vƣợt qua mốc 1 % số hộ dân có FTTH là Slovenia, Iceland và Singapore. Nhìn chung, năm 2007 là năm thành công rực rỡ của các dịch vụ FTTH, với sự tăng trƣởng mạnh mẽ về số lƣợng đăng kí dịch vụ, chủ yếu là ở ba nƣớc Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ. Trong năm 2007, tính riêng ở ba nƣớc trên đã có thêm khoảng 6 triệu thuê bao đăng kí dịch vụ FTTH. Hình 2. 44 : Bảng cập nhật xếp hạng sử dụng FTTH ở châu Á Những con số này nói lên sức mạnh của nền công nghiệp FTTH Châu Âu - nơi đã có trên một triệu đăng kí - và trên toàn thế giới. Hiện tƣợng này đang đƣợc thúc đẩy bởi một yếu tố Loop-back tại ONU Tín hiệu kiểm tra loop- back đƣợc gửi từ OLT Báo cáo trạng thái Trạm quản lí OLT ONU Báo cáo trạng thái của ONU Hình 2. 43 : OLT khởi tạo loop-back điều khiển từ xa [13] Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 59 không bao giờ giảm, đó là sự thèm muốn của ngƣời dùng tới viễn thông băng thông rộng" , Joeri Van Bogaert, chủ tịch Hội đồng FTTH Châu Âu phát biểu. Bản cập nhật của bảng xếp hạng cũng chỉ ra Châu Á tiến nhanh hơn so với thế giới trong việc triển khai FTTH (hình 2.44). Hàn Quốc vƣợt lên vị trí đầu bảng với tỉ lệ 31,4 % số hộ dân kết nối, tiếp theo đó là Hồng Kông với 23,4 % và Nhật Bản với 21,3 %. Một sự cách biệt lớn giữa vị trí thứ 3 (Nhật Bản) với vị trí thứ 4 (Thụy Điển) chỉ với 7,1 % số hộ dân tiếp cận FTTH, theo sau rất sát là Đài Loan với 6,8 % và Nauy 6 %. Đan Mạch với 2,5 % chiếm vị trí thứ 7. Mỹ, với tỉ lệ số hộ dân kết nối FTTH tăng hơn gấp đôi lên 2,3 %, đã nhảy ba bậc lên vị trí thứ 8 trong bảng xếp hạng, theo ngay phía sau là hai gƣơng mặt mới Slovenia với 1,8 % và Iceland với 1,5 %. Trung Quốc tụt từ vị trí thứ 10 xuống vị trí thứ 11, khi tỉ lệ hộ dân kết nối chỉ tăng nhẹ lên 1,5 %. Hà Lan, Italy và Singapore xếp ở các vị trí cuối cùng với tỉ lệ triển khai từ 1,1 đến 1,4 %. Ba hội đồng FTTH khu vực đã cùng nhau cho ra đời bảng xếp hạng thế giới đầu tiên vào năm 2007 nhằm cung cấp cho nền công nghiệp viễn thông, các chính phủ và các nhà điều tiết thị trƣờng một cái nhìn toàn vẹn và duy nhất về sự triển khai mạng truy cập bằng cáp quang trên toàn thế giới. "Chúng tôi rất vui mừng khi thấy Mỹ đi lên trong bảng xếp hạng thế giới, điều này cho thấy chúng tôi đã đi đúng hƣớng. Những đƣờng lối chỉ đạo FTTH đã chỉ ra rằng việc triển khai FTTH trên toàn quốc là thực hiện đƣợc, với dẫn chứng là sự thành công của các nƣớc đi đầu trong lĩnh vực này" Joe Savage, chủ tịch hội đồng FTTH Bắc Mĩ, phát biểu. "Tƣơng lai thuộc về những nƣớc nào làm thỏa mãn đƣợc yêu cầu về tốc độ đƣờng truyền của khách hàng băng thông rộng. Những thành viên của chúng tôi - các nhà cung cấp thiết bị cũng nhƣ dịch vụ FTTH - sẵn sàng giúp đỡ để thực hiện đƣợc điều đó trên diện rộng." "Không phải ngẫu nhiên mà các nƣớc Châu Á Thái Bình Dƣơng trở thành những nƣớc đi đầu thế giới về triển khai FTTH, với số lƣợng kết nối nhiều hơn tổng số lƣợng kết nối của tất cả các nơi khác gộp lại" Schoichi Hanatani, Chủ tịch hội đồng FTTH Châu Á Thái Bình Dƣơng nói. "Sự ra đời của FTTH đã có đƣợc sự ủng hộ của các chính phủ có tầm nhìn xa trông rộng ở các nƣớc Châu Á Thái Bình Dƣơng trong nhiều năm trở lại đây. Họ hiểu rằng FTTH chính là chìa khóa then chốt của việc phát triển cơ sở hạ lớp viễn thông quốc gia." Bảng xếp hạng toàn cầu đƣợc thiết lập theo những thuật ngữ thống nhất về FTTH công bố bởi ba hội đồng FTTH năm 2007. Những thuật ngữ và khái niệm này tạo nên nền tảng cho việc nghiên cứu thị trƣờng hiện tại của mỗi Hội đồng FTTH. Để cho đầy đủ và chính xác, bảng xếp hạng bao gồm số liệu của cả FTTH và FTTB (fiber-to-the-building), trong khi những công nghệ truy cập băng thông rộng khác dựa trên sợi đồng (DSL, FTT-Curb, FTT- Node) không đƣợc tính đến. 2.7.2. Tại Việt Nam Trên thế giới FTTH không còn xa lạ với ngƣời dùng internet, đặc biệt là ở các nƣớc phát triển nhƣ: Hàn Quốc, Hồng Kông, Nhật... Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay do cở sở hạ lớp viễn thông chƣa phát triển mạnh nên việc ứng dụng công nghệ FTTH vào đời sống đòi hỏi sự Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 60 đầu tƣ nghiêm túc từ nhà cung cấp dịch vụ, để đảm bảo chất lƣợng đƣờng truyền cũng nhƣ các dịch vụ. Hiện tại ở Việt Nam có 4 nhà cung cấp dich vụ FTTH là: VIETTEL, VNPT, SPT và FPT, trong đó FPT là đơn vị triển khai sớm nhất. Năm 2006, FPT đã bắt đầu cung cấp dịch vụ FTTH cho khách hàng thuê bao nhƣng vào thời điểm đó các khách hàng ƣa dùng dịch vụ ADSL thay cho dịch vụ kết nối Internet gián tiếp (Dial-up). Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 61 Chƣơng 3: MÔ HÌNH THIẾT KẾ VÀ BÀI TOÁN THIẾT KẾ FFTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON Ở chƣơng 1 thì ta đã đƣa ra mô hình thiết kế mạng PON chuẩn theo ITU-T và chƣơng 2 thì ta đã mô tả chi tiết từng loại ATM/BPON, GPON và EPON.Từ những lí thuyết đã nêu ở 2 chƣơng trên, chƣơng này sẽ thiết kế dựa trên mô hình chuẩn sau đó mở rộng mô hình thiết kế bằng việc tăng khoảng cách truyền hoặc tăng tỉ lệ bộ chia splitter hoặc kết hợp cả hai bằng việc sử dụng bộ khuếch đại quang. 3.1. Ý tƣởng thiết kế Về mặt kĩ thuật, FTTH thì có 2 loại cơ bản là thiết kế mạng quang chủ động và thiết kế mạng quang thụ động. Trong thiết kế mạng quang chủ động thì có các thành phần chủ động nhƣ bộ khuếch đại, bộ chuyển mạch, bộ định tuyến, bộ ghép kênh… đặt ở giữa trạm trung tâm CO (Central Office) và ngƣời sử dụng, trong khi đó mạng quang thụ động thì các thành phần chủ động vừa kể trên đặt ở giữa trạm trung tâm CO (Central Office) và ngƣời sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là thiết bị quang thụ động gọi là splitter, một tín hiệu quang sẽ đƣợc chia sẻ cho nhiều thuê bao. Từ đó ta có mô hình thiết kế mạng quang thụ động PON nhƣ trên hình 3.1. Ở mô hình này ta giả sử một ONU tƣơng ứng với một ngƣời sử dụng. Hình 3.1 là mô hình chuẩn theo ITU-T nó bao gồm OLT, splitter có tỉ lệ chia 1:N, các ONU và khoảng cách truyền từ OLT đến ONU là 20 km. TDMA TDM Splitter CO 1 2 2 N 1 2 2 N 1 2 2 N 1 2 2 N 1 1 2 N 1 1 2 N OLT 1 OLT 2 OLT N ONU 2 ONU N ONU 1 Hình 3. 1 : Mô hình thiết kế mạng PON Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 62 3.2. Các bài toán thiết kế 3.2.1. Bài toán 1: Thiết kế FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON Bài toán này đặt ra vấn đề là thiết kế FTTH dựa trên mô hình chuẩn của mạng PON gồm có OLT, ONU và splitter với khoảng cách truyền dẫn giữa OLT và ONU là 20 km và sử dụng splitter có bộ chia 1:N chuẩn theo ITU-T. Thông số nhập vào gồm có số thuê bao M (ở đây ta giả sử số thuê bao tƣơng ứng số ONU) đƣợc đƣa vào, số splitter cho trƣớc. Ta tính toán cần bao nhiêu OLT, bao nhiêu số splitter, từ OLT tới splitter sử dụng bao nhiêu sợi quang và từ splitter tới ONU cần bao nhiêu sợi quang. Giải quyết bài toán: Nếu chọn splitter (1:N) thì số splitter có bộ chia 1:N sử dụng là: S = M/N, với S: số splitter sử dụng (3.1) Nếu chia dƣ thì kết quả số splitter S sử dụng tăng thêm 1, bởi nếu ta lấy làm tròn xuống thì số thuê bao phục vụ sẽ bị giảm xuống nhƣ thế sẽ không đáp ứng đƣợc hết số thuê bao yêu cầu do bài toán đặt ra. Kết quả:  Số OLT cần dùng sẽ bằng với số splitter sử dụng bởi ta thiết kế một OLT sẽ kết nối đến một splitter thông qua một sợi quang.  Số splitter cần dùng thì đã đƣợc tính toán ở trên.  Số sợi quang sử dụng từ OLT và splitter bởi chỉ cần một sợi quang để nối một OLT tới một splitter.  Số sợi quang sử dụng từ splitter đến ONU thì bằng với số splitter sử dụng nhân với tỉ lệ bộ chia splitter, nó tƣơng ứng với số thuê bao có thể phục vụ tối đa với tỉ lệ bộ chia 1:N (số này lớn hơn hoặc bằng số thuê bao nhập vào). Bài toán 1 chỉ mang tính chất tham khảo bởi khi áp dụng vào trong thực tế thì một thiết bị sẽ bị giới hạn bởi card PON tức số OLT có thể đáp ứng đƣợc và nó lại phụ thuộc vào thiết bị lắp đặt thì có công suất phát độ nhạy là bao nhiêu và nhiều thông số khác nữa nhƣ là bộ chia splitter, suy hao sợi quang... 3.2.2. Bài toán 2: Tính công suất thu đƣợc ở OLT và ONU và so sánh với độ nhạy của thiết bị sau đó đƣa ra kết luận có thiết kế đƣợc FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON không? Bài toán 2 này ta giả sử các thiết bị OLT và ONU có các thông số tốc độ bit, công suất phát và độ nhạy, thiết bị splitter có tỉ lệ bộ chia 1:N và khoảng cách truyền từ OLT đến ONU theo chuẩn ITU-T, suy hao sợi quang ở các bƣớc sóng tƣơng ứng (ở đây chỉ thiết kế cho 1 OLT và ONU tối đa tƣơng ứng với tỉ lệ bộ chia splitter). Để dễ dàng cho việc tìm hiểu và tính toán ta sắp xếp các giả thiết nhƣ sau: Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 63  Số ONU (K).  Bộ chia splitter (1:N).  Suy hao splitter As (dB).  Down (từ OLT đến ONU): o Công suất phát PTx1 (dBm) của OLT (trong thiết bị OLT). o Độ nhạy S1 (dBm) của OLT (trong thiết bị ONU). o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng down α1 (dB/km).  Up (từ ONU đến OLT): o Công suất phát PTx2 (dBm) của ONU (trong thiết bị ONU). o Độ nhạy S2 (dBm) của ONU (trong thiết bị OLT). o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng up α2 (dB/km).  Khoảng cách truyền dẫn L từ OLT đến ONU (km).  Suy hao do thiết bị Atb (dB) (phụ lục B). Tính công suất thu đƣợc ở ONU PRx1 và ở OLT PRx2 sau đó so sánh với độ nhạy S1 và S2 của thiết bị đƣa ra kết luận có thiết kế đƣợc FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON không? Giải quyết bài toán: Tính công suất thu ở hƣớng down (trong một thiết bị ONU): PRx1(dBm) = PTx1 – As – α1×L - Atb (3.2) Nếu PRx1 ≥ S1 (thõa) (3.3) Tính công suất thu ở hƣớng up (trong thiết bị OLT): PRx2(dBm) = PTx2 – As – α2×L - Atb (3.4) Nếu PRx2 ≥ S2 (thõa) (3.5) Nếu thõa (3.3) và (3.5) thì ta có mô hình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T (hình 3.1). Nếu không thõa thì ta kết luận không thể thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T. Vấn đề ở đây có thể do công suất phát không đủ lớn hay do splitter có tỉ lệ chia lớn dẫn đến là suy hao lớn. Các vấn đề này có thể đƣợc giải quyết bằng cách đặt bộ khuếch đại. Vậy bộ khuếch đại nên đặt ở đâu? Đối với vấn đề thứ nhất là tăng công suất phát thì nên đặt bộ khuếch đại trạm trung ngay sau bộ phát. Vấn đề này đƣợc giải quyết trong bài toán 3. Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 64 3.2.3. Bài toán 3: Sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất phát của OLT trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON Bài toán này đặt ra vấn đề là công suất thu đƣợc nhỏ hơn độ nhạy ở bộ thu vậy muốn cải thiện điều này ta phải làm thế nào? Với giả thiết:  Bộ chia splitter (1:N).  Suy hao splitter As (dB).  Công suất phát PTx (dBm).  Độ nhạy S (dBm).  Suy hao sợi quang α (dB/km).  Suy hao do thiết bị Atb (dB). Giải quyết bài toán: Cách giải quyết là tăng công suất phát.Trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON thì công suất phát nằm trong khoảng cho phép của thiết bị do đó muốn cải thiện công suất phát này thì cần đặt bộ khuếch đại ngay sau thiết bị. Sau khi đặt bộ khuếch đại ngay sau thiết bị thì không những cải thiện đƣợc công suất phát mà còn có thể tăng khoảng cách truyền dẫn lên (hình 3.2). Khi chƣa đặt bộ khuếch đại thì công suất thu đƣợc PRx nhỏ hơn độ nhạy S ở bộ thu: PRx(dBm) = PTx – As – α×L - Atb ≤ S (3.6)  PTx ≤ S + As + α×L + Atb (3.7) PRx: công suất thu đƣợc ở đầu thu. Khi đặt bộ khuếch đại vào thì độ lợi tối thiểu Gmin để công suất thu đƣợc PRx bằng độ nhạy S ở bộ thu là: Gmin = S - PRx (3.8) Gmin: độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại (dB). OLT ONU ONU ONU Bộ khuếch đại Hình 3. 2 : Minh họa khoảng cách truyền cần tăng và vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán muốn tăng công suất phát Splitter PTx L Pout S PRx Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 65 Đối với bộ khuếch đại thì thông số chúng ta cần quan tâm không chỉ là độ lợi G mà còn có công suất ngõ ra bão hòa Pout. Độ lợi bộ khuếch đại bị giới hạn bởi cơ chế bão hòa độ lợi, điều này làm giới hạn công suất quang ngõ ra của bộ khuếch đại. Để hệ thống hạn chế ảnh hƣởng của hiệu ứng phi tuyến do hiệu ứng bão hòa độ lợi thì công suất ngõ ra của bộ khuếch đại của bộ khuếch đại không vƣợt quá Pout dBm [11]. G + PTx ≤ Pout (dBm) (3.9)  G ≤ Pout - PTx (3.10) Gmax = Pout - PTx (3.11) Trong đó: Pout: công suất ngõ ra của bộ khuếch đại (dBm). Gmax: độ lợi tối đa của bộ khuếch đại (dB). Nhƣ vậy độ lợi của bộ khuếch đại bị giới hạn là: Gmin ≤ G ≤ Gmax (3.12) Khi đặt bộ khuếch đại vào thì công suất thu đƣợc PRx’ lớn hơn độ nhạy S ở bộ thu: PRx’(dBm) = PTx – As – α×L - Atb + G ≥ S (3.13)  𝐿 ≤ G – S + PTx − As− Atb α (3.14)  𝐿𝑚𝑎𝑥 = Gmax – S + PTx − As− Atb α (3.15) PRx’: công suất thu sau khi đặt bộ khuếch đại (dBm). Lmax: khoảng cách truyền dẫn tối đa từ bộ phát đến bộ thu khi lắp đặt bộ khuếch đại (km). Bài toán này giải quyết vấn đề khi công suất thu đƣợc nhỏ hơn độ nhạy ở bộ thu thì ta có giải pháp là tăng công suất phát ngoài ra còn có giải pháp nào khác thì đƣợc trình bày ở bài toán 4. 3.2.4. Bài toán 4: Sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao do tỉ lệ bộ chia splitter gây nên trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON Giả thiết bài toán 4 tƣơng tự nhƣ bài toán 3 nhƣng có cách giải quyết nào khác không? Giải quyết bài toán: Công suất thu đƣợc nhỏ hơn độ nhạy của bộ thu có thế là do tỉ lệ bộ chia splitter lớn dẫn đến suy hao lớn. Trong mô hình thiết kế FTTH dựa trên mạng PON thì suy hao splitter lớn tức là ta cần bù suy hao sẽ bị mất đi khi đi qua bộ splitter. Cách bù suy hao đó là dùng bộ khuếch đại đặt ngay trƣớc splitter (hình 3.4). Ta đặt bộ khuếch đại tại vị trí nhƣ hình 3.4 thì ta chỉ cần đặt một bộ khuếch đại còn nếu ta đặt sau bộ chia splitter thì ta phải đặt N bộ khuếch đại nhƣ thế thì hoàn toàn không có lợi trong lúc xử lí cũng nhƣ lắp đặt. Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 66 Khi chƣa đặt bộ khuếch đại thì công suất thu PRx nhỏ hơn độ nhạy S ở bộ thu: PRx(dBm) = PTx – As – α×L - Atb ≤ S (3.16) Khi đặt bộ khuếch đại vào thì độ lợi tối thiểu Gmin để công suất thu đƣợc PRx bằng độ nhạy S ở bộ thu là: Gmin = S - PRx Gmin: độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại (dB). Tƣơng tự nhƣ trên thì để hệ thống hạn chế ảnh hƣởng của hiệu ứng phi tuyến do hiệu ứng bão hòa độ lợi thì công suất ngõ ra của bộ khuếch đại của bộ khuếch đại không vƣợt quá Pout dBm [11]. Ta có: Pin + G ≤ Pout (dB) (3.17) G ≤ Pout – Pin (3.18) Vậy Gmax = Pout – Pin (3.19) Với Pin = PTx – α×Ls – Atb (3.20) Ls: khoảng cách từ vị trí trạm phát đến vị trí đặt splitter (km). Gmax: độ lợi giới hạn của bộ khuếch đại (dB). Khi đó suy hao splitter bị giới hạn bởi: As ≤ PTx – α×L - Atb + Gmax - S (3.21) Asmax = PTx – α×L - Atb + Gmax - S (3.22) Mà: Asmax = 10logNmax (3.23)  Nmax = 10 Amax/10 (3.24) Ls: khoảng cách từ trạm phát đến splitter (km). OLT ONU ONU ONU Bộ khuếch đại Hình 3. 4 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán bù suy hao cho splitter Splitter L Pout PTx S Ls PRx Pin Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 67 Asmax: suy hao tối đa của splitter (dB). Nmax: tƣơng ứng với splitter có tỉ lệ bộ chia tối đa 1:Nmax. Vì A là thƣờng là số lẻ do đó ta sử dụng bảng 3.1 sau để tra tìm tỉ lệ bộ chia splitter sẽ dễ dàng hơn và chính xác hơn. Bảng 3. 1 : Bảng tra tỉ lệ bộ chia splitter. Số port (N) Suy hao splitter (dB) 32 15 64 18 128 21 256 24 512 27 1024 30 2048 33 4096 36 Nhƣ vậy độ lợi của bộ khuếch đại bị giới hạn là: Gmin ≤ G ≤ Gmax (3.25) 3.3. Giả sử thiết bị OLT và ONU trong mạng PON Để giải quyết bài toán thứ hai (mục 3.2.2) và hạn chế các thông số đầu vào ta cần giả thiết một vài thiết bị mạng PON có các thông số giới hạn để dễ dàng cho việc thiết kế. Giả sử thiết bị OLT trong thiết kế PON có các thông số nhƣ bảng 3.2. Bảng 3. 1 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị OLT trong PON. Thông số Đơn vị Truyền 2 chiều trên cùng một sợi quang Bộ phát OLT Bƣớc sóng hoạt động nm 1480-1500 Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 68 Mã đƣờng dây NRZ Công suất khởi tạo tối thiểu (PTx1) dBm 0 Công suất khởi tạo tối đa (PTx1) dBm +7 Bộ thu ONU Độ nhạy tối thiểu (S2) dBm -24 Khoảng cách truyền tối đa km 20 Giả sử thiết bị ONU trong thiết kế BPON có các thông số nhƣ bảng 3.3. Bảng 3. 3 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị ONU trong mạng PON. Thông số Đơn vị Truyền 2 chiều trên cùng một sợi quang Bộ phát ONU Bƣớc sóng hoạt động nm 1260-1360 Mã đƣờng dây NRZ Công suất khởi tạo tối thiểu (PTx2) dBm 0 Công suất khởi tạo tối đa (PTx2) dBm +7 Bộ thu OLT Độ nhạy tối thiểu (S1) dBm -24 Khoảng cách truyền tối đa km 20 Trong thiết kế FTTH thì có 2 hƣớng down và up, ở hƣớng down thì tƣơng ứng tín hiệu đi từ thiết bị OLT đến thiết bị ONU do đó bộ phát OLT (trong thiết bị ONU) có công suất khởi tạo tƣơng ứng thông số trong bài toán số 2 (đã trình bày ở phần 3.2.2) là công suất phát PTx1 và bộ thu OLT (trong thiết bị ONU) có độ nhạy tối thiểu thì tƣơng ứng thông số trong bài toán số 2 là độ nhạy S1; ở hƣớng up thì tƣơng ứng tín hiệu đi từ thiết bị ONU đến thiết bị OLT do đó bộ phát ONU (trong thiết bị ONU) có công suất khởi tạo tƣơng ứng trong bài toán số 2 là công suất phát PTx2 và bộ thu ONU (trong thiết bị OLT) thì tƣơng ứng thông số trong bài toán số 2 là độ nhạy S1. Chương 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng PON SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 69 Với các thông số của các thiết bị đã có sẵn cùng với ý tƣởng của các bài toán thiết kế ta đi viết chƣơng trình thiết kế FTTH. Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 70 Chƣơng 4: CHƢƠNG TRÌNH THIẾT KẾ 4.1. Giới thiệu chƣơng trình  Mục đích của chương trình Chƣơng trình thiết kế đƣợc viết để minh họa cho 2 bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ quang thụ động đã đƣợc trình bày ở chƣơng 3. Chƣơng trình giúp cho bài toán thiết kế đƣợc rõ ràng và thực tế hơn. Chƣơng trình có thể đƣợc dùng cho việc khảo sát thiết kế hệ thống FTTH. Các thông số nhập vào chƣơng trình đã đƣợc giới hạn trong một khoảng giá trị để hệ thống sau khi thiết kế hoạt động tƣơng đối tốt.  Ngôn ngữ lập trình của chương trình Chƣơng trình thiết kế đƣợc viết với ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual Studio.Net. Với khả năng đồ họa và giao diện mạnh, gọn nhẹ, dễ sử dụng đồng thời dễ dàng lập trình với cơ sở dữ liệu nên Microsoft Visual Studio.Net đƣợc sử dụng là ngôn ngữ lập trình cho chƣơng trình thiết kế bài toán FTTH đã trình bày ở chƣơng 3. Cơ sở dữ liệu của chƣơng trình là Microsoft Access 2003.  Cách sử dụng chương trình Để sử dụng chƣơng trình này bạn phải cài Microsoft Visual Studio.Net vào máy tính của bạn, nếu bạn muốn hiệu chỉnh và cải tiến chƣơng trình ở mức độ cao hơn. Còn chỉ để sử dụng bạn chỉ cần chạy file .exe và bạn cần có thƣ viện Framework 1.1.  Hạn chế của chương trình Chỉ thiết kế đƣợc hệ thống với một OLT. Chỉ xét chủ yếu ở một hƣớng down trong khi mạng PON có 2 hƣớng down và up. 4.2. Hƣớng dẫn thực hiện chƣơng trình Khi chạy chƣơng trình giao diện sẽ xuất hiện nhƣ hình 4.1. Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 71 Hình 4. 1: Giao diện chính của chƣơng trình Nếu ta muốn vào chƣơng trình của bài toán thì ta nhấp “TIẾP TỤC”. Khi đó giao diện sẽ xuất hiện nhƣ hình 4.2. Hình 4. 2 : Giao diện của chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý Nếu không nhập số liệu vào ô “Số thuê bao” mà nhấp nút “THỰC HIỆN” thì chƣơng trình hiện ra bảng thông báo nhƣ trên hình 4.3. Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 72 Hình 4. 3 : Giao diện xuất hiện bảng thông báo khi không nhập vào số thuê bao Nếu ta nhập số liệu vào ô “Số thuê bao” thì nó sẽ tính toán ra kết quả. Giả sử ta nhập vào số thuê bao là 1000, chọn splitter 1:32. Tính toán: Số splitter sử dụng: S = N/32 = 1000/32 = 31.25 Nếu chia dƣ thì kết quả số splitter S sử dụng tăng thêm 1 do đó số splitter sử dụng trên thực tế là 12. Kết quả: Số OLT cần dùng: 32. Số splitter cần dùng: 32. Số sợi quang sử dụng từ OLT và splitter: 32. Số sợi quang sử dụng từ splitter đến ONT: S × tỉ lệ bộ chia của splitter = 32 × 32 = 1024. Kết quả giống nhƣ tính toán sẽ xuất hiện trên giao diện ở hình 4.4. Hình 4. 4 : Giao diện kết quả chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 73 Nếu ta chọn nút “THOÁT” thì chƣơng trình sẽ tự động thoát khỏi chƣơng trình. Nếu ta chọn nút “THIẾT KẾ” thì sẽ xuất hiện giao diện nhƣ hình 4.5. Hình 4. 5 : Giao diện chƣơng trình thiết kế FTTH dựa trên công nghệ quang thụ động Nếu chọn “TRỞ VỀ” thì ta sẽ trở về giao diện trƣớc đó. Nếu chọn “THIẾT KẾ MẠNG PON THEO CHUẨN ITU-T” sẽ vào giao diện chƣơng trình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T nhƣ hình 4.6. Hình 4. 6 : Giao diện cơ sở dữ liệu của chƣơng trình thiết kế mạng PON chuẩn theo ITU-T Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 74 Bạn hãy để lấy số liệu, nếu không bạn có thể tự nhập số liệu. Sau đó nhấp nút thực hiện để nó thực hiện tính toán, tiếp theo nhấp nút kết luận để nó hiển thị kết quả. Kết quả này là dựa trên sự tính toán với các giả thiết hiển thị trên giao diện 4.6. Số ONU: 64.  Bộ chia splitter: 1:64  Suy hao splitter As: 18 dB.  Down (OLT đến ONU). o Công suất phát PTx1: 6 dBm. o Độ nhạy S1: -24 dBm. o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng down α1: 0.3 dB/km.  Up (từ ONU đến OLT) o Công suất phát PTx2: 7 dBm. o Độ nhạy S2: -24 dBm. o Suy hao sợi quang ở bƣớc sóng up α2: 0.4 dB/km.  Chiều dài sợi quang L: 20 km.  Suy hao do thiết bị Atb: 5 dB  Loại điều chế: NRZ Tính toán: Tính công suất thu ở hƣớng down: PRx1 = PTx1 – As – A1 × L - Atb = 6 – 18 – 0.25 × 20 – 5 = -23 dBm Mà độ nhạy S1 = -24 dBm Vậy PRx1 ≥ P1 (thõa) (1) Tính công suất thu ở hƣớng up: PRx2 = PTx2 – As – A2 × L - Atb = 7 – 18 – 0.4 × 20 – 5 = -24 dBm Mà độ nhạy S2 = -24 dBm Vậy PRx2 ≥ S2 (thõa) (2) Thõa (1) và (2) thì ta có mô hình thiết kế là GPON xuất hiện nhƣ trên giao diện hình 4.7. Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 75 Hình 4. 7 : Giao kết quả chƣơng trình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T Nếu không thõa một trong 2 điều kiện thì ta nhấn nút “TIẾP TỤC” để sang giao diện chƣơng trình hình 4.8 giải quyết vấn đề tại sao không thể thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU- T. Hình 4. 8 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất phát Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 76 Nếu bạn nhập thông số vào ô “Giới hạn công suất ngõ ra bão hòa của bộ khuếch đại Pout (dBm)” , sau đó nhấn nút “THỰC HIỆN” nó sẽ kết quả nhƣ hình 4.9. Hình 4. 9 : Giao diện kết quả tính toán khi sử dụng bộ khuếch đại để tăng công suất phát. Kết quả hiện trên hình 4.9 là dựa trên sự tính toán:  Suy hao splitter As: 18 dB.  Công suất phát PTx: 4 dBm.  Độ nhạy S: -24 dBm.  Suy hao sợi quang A (α): 0.3 dB/km.  Suy hao do thiết bị Atb: 5 dB. Công suất thu đƣợc ở ONU là: PRx = PTx – As – α×L - Atb = 4 - 18 – 0.3×20 – 5 = -25 dBm Độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại là: Gmin = S - PRx = -24 – (-25) = 1 dB Độ lợi tối đa của bộ khuếch đại là: Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 77 Gmax = Pout - PTx =10 – 4 = 6 dBm Khoảng cách truyền tối đa từ OLT đến ONU sau khi đặt bộ khuếch đại là: 𝐿𝑚𝑎𝑥 = Gmax – S + PTx − As − Atb α = 6 − (−24) + 4− 18− 5 0.3 = 36.6666 km Nếu muốn thoát thì nhấn nút “THOÁT” nếu nhấn nút “TIẾP TỤC” thì ta sẽ vào giao diện nhƣ hình 4.10. Hình 4. 10 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho splitter. Nếu bạn nhập thông số vào 2 ô “Khoảng cách từ trạm phát đến splitter Ls (km)” và ô “Giới hạn công suất ngõ ra bão hòa của bộ khuếch đại Pout (dBm), sau đó nhấn nút “THỰC HIỆN” thì kết quả sẽ xuất hiện nhƣ hình 4.11. Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 78 Hình 4. 11 : Giao diện kết quả của chƣơng trình thiết kế PON sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho splitter. Kết quả hiện trên hình 4.11 là dựa trên sự tính toán:  Suy hao splitter As: 18 dB.  Công suất phát PTx: 3 dBm.  Độ nhạy S: -24 dBm.  Suy hao sợi quang A (α): 0.3 dB/km.  Suy hao do thiết bị Atb: 5 dB. Công suất thu đƣợc ở ONU là: PRx = PTx – As – α×L - Atb = 3 - 18 – 0.3×20 – 5 = -26 dBm Độ lợi tối thiểu của bộ khuếch đại là: Gmin = S - PRx = -24 – (-26) = 2 dB Độ lợi tối đa của bộ khuếch đại là: Gmax = Pout – Pin = Pout – (PTx – α×Ls – Atb) = 10 – (3 – 0.3×15 -5) = 16.5 dBm Chương 4: Chương trình thiết kế SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 79 Suy hao tối đa của splitter là: Asmax = PTx – α×L - Atb + Gmax - S = 3 – 0.3×20 -5 + 16.5 – (-24) = 32.5 dB Tra bảng suy hao ta có N = 2048. Nhƣng vì tỉ lệ bộ chia luôn là chẵn và là bội của 4 nên ta chọn Nmax = 2048 nên ta có tỉ lệ bộ chia 1:N là 1:2048. Phụ lục SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 80 PHỤ LỤC Phụ lục A: Mã hóa 8B/10B Đây là thuật toán mã dữ liệu để truyền dẫn, cứ 8 bit dữ liệu thì chuyển thành 10 bit truyền dẫn. Mã hóa 8B/10 hỗ trợ truyền liên tục với số bit 1 và bit 0 cân bằng và phát hiện các lỗi truyền dẫn. 20% dữ liệu đƣợc thêm vào overhead để mã hóa dữ liệu, bên cạnh đó còn có các phần khác. Tổng cộng phần overhead chiếm 25% dữ liệu truyền đi. Trong EPON tốc độ dữ liệu là 1 Gbps, việc mã hóa 8B/10B thêm vào tốc độ tăng lên 1.25 Gbps. Tiến trình mã hóa Dữ liệu A B C D E F G H Mã hóa a b c d e i f g h j 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 Khi nó mã hóa nó thêm vào 2 bit, bit thêm vào này thì thay đổi để đảm bảo rằng số bit 1 và bit 0 xấp xỉ bằng nhau. Thủ tục mã hóa cung cấp sự cân bằng của bit 1 và bit 0 đƣợc truyền. Phụ lục B: Suy hao của thiết bị Suy hao do thiết bị bao gồm suy hao vƣợt mức của splitter, suy hao do chỗ treo sợi quang, suy hao do conector, suy hao do sự lão hóa các thiết bị, sự thay đổi nhiệt độ hay nhiễu do môi trƣờng bao gồm các phần tử đi vào conector… Bên dƣới hình 3.2 trình bày một ứng dụng cụ thể để thấy rõ suy hao trong truyền dẫn FTTH. Ví dụ nhƣ trong EPON với bộ chia 1:32. Công suất phát 1 mW, tốc độ bit 1.25 Gbps truyền bƣớc sóng 1490 nm ở hƣớng down. Công suất thu đƣợc là -24 dBm trong đó:  Suy hao do bộ chia splitter 1: 32 là 15.05 dB.  Suy hao vƣợt mức (Excess Loss) của splitter là 0.3 dB, với suy hao vƣợt mức Pex(dB) = -10 log (tổng công suất ở ngõ ra / công suất ở ngõ vào)  Suy hao do 3 chỗ treo sợi quang 3 × 0.07 = 0.21 dB, trong đó mỗi chỗ nối suy hao 0.07 dB.  Suy hao do 3 conector 3 × 0.5 = 1.5 dB, với 1 conector suy hao 0.5 dB.  Suy hao do link margin 3 dB, còn gọi là hệ số an toàn dự phòng cho ảnh hƣởng sự lão hóa các thiết bị, sự thay đổi nhiệt độ hay nhiễu do môi trƣờng bao gồm các phần tử đi vào conector.  Suy hao do sợi quang 2.5 dB, với suy hao trung bình là 0.25 dB/km và truyền 10 km. Vậy ta có thể thấy ở đây suy hao do thiết bị = 0.3 + 0.21 + 1.5 + 3 = 5.01 dB Phụ lục SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 81 Hình 3. 3 : Mô tả sợi quang kéo từ OLT đến nhà thuê bao. Trong thiết kế ở đây ta chọn suy hao do thiết bị là 5 dB. Tài liệu tham khảo SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] CEDRIC F. LAM , Passive Optical Networks Principles and Practice, October 2007. [2] Paul E. Green Jr, Fiber To The Home The New Empowerment, Wiley, 2006. [3] Ching-Hung Chang, Dynamic Bandwidth Allocation MAC Protocols for Gigabit- capable Passive Optical Networks, July 2008. [4] ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005. [5] ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G- PON): Transmission convergence layer, 02/2004. [6] ITU-T Recommendation G.982, Optical Acess Networks to support services up to the ISDN primary rate or equivalent bit rates, 1996. [7] Steve Gorshe, Introduction to Passive Optical Networks (PON), White Paper, October 2006. [8] Glen Kramer, Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time (IPACT): A Dynamic Bandwidth Distribution Scheme in an Optical Access Network, July 2001. [9] ZTE, IP DSLAM MSAN, 2006. [10] Huan Song, Long-Reach Passive Optical Networks, 2009. [11] Leo Spiekman, David Piehler, Pat Iannone, Ken Reichmann, Han-Hyub Lee, Semiconductor Optical Amplifiers for FTTx, 2007. [12] Darren P. Shea and John E. Mitchell, Long-Reach Optical Access Technologies, University College London. [13] Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006. Từ viết tắt SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 83 TỪ VIẾT TẮT ADSL Asymmetric digital subscriber line APD Avalanche photodiodes APON ATM-passive optical network ATM Asynchronous transfer mode BOH Burst overhead BPON Broadband passive optical network CO Centre office CRC Cyclic redundancy check DBA Dynamic bandwidth allocation DBA Dynamic bandwidth allocation DBRu Dynamic bandwidth report upstream EMS Element management system EPON Ethernet passive optical network FCS Frame check sequence FEC Forward error correction FSAN Full service access network FTTB Fiber to the building FTTC Fiber to the curb FTTH Fiber to the home GEM GPON encapsulation method GEM G-PON encapsulation mode GPON Gigabit-capable passive optical network GTC G-PON transmission convergence HEC Header error control IEEE Institute of electrical and electronics engineers IPACT Interleaved polling with adaptive cycle time ITU-T International telecommunication union – telecommunication standardization LLID Logical link identifier MAC Medium access control MIB Management information base MPCP Multi-point control protocol MPCPDU Multi-point control protocol data unit NMS Network management system OAM Operation, Administration and maintenance Từ viết tắt SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 84 ODN Optical distribution network OLT Optical line terminal OMCC ONT management and control channel OMCI ONT management and control interface ONT Optical network terminal ONU Optical network unit OSI Open system interconnect P2MP Point-to-multi-point P2P Point-to-point PCBd Physical control block downstream PDU Protocol data units PHY Physical layer PLI Payload length indicator PLOAM Physical layer OAM PLOAMu Physical layer operations administration and maintenance upstream PLOu Physical layer overhead upstream PLSu Power leveling sequence upstream PMD Physical medium dependent PON Passive optical networks POTS Plain old telephone service PTI Payload type indicator QoS Quality of service RTD Round-trip delay RTT Signal round trip time SFD Start frame delimiter SLA Service level agreement SLD Start LLID delimiter TDM Time division multiplexing VCI Virtual Channel Identifier VPI Virtual path identifier WDM Wavelength division multiplexer