thiết kế mạng ftth cho khu vực huyện thăng bình với 6000 thuê bao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG CĐ CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN
KHOA TIN HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MẠNG FTTH CHO KHU VỰC HUYỆN THĂNG BÌNH VỚI 6000
THUÊ BAO
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Vũ Anh Quang
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Phước Anh
Lớp :VT02A
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2011
LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày
càng gia tăng. Để đáp ứng được những nhu cầu đó thì đòi hỏi một mạng viễn thông
cần có tốc độ cao, dung lượng lớn, chất lượng tốt. Cùng với sự phát triển của hệ
thống truyền dẫn thì sợi quang ra đời đã chiếm một ưu thế rất lớn về khả năng
truyền dẫn, dung lượng, băng thông, ngày càng đáp ứng đầy đủ các dịch vụ thông
tin băng rộng, đa phương tiện, trở thành nền tảng cho sự phát triển xa lộ thông tin
toàn cầu. Do đó em chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống FTTH cho khu vực huyện
Thăng Bình với 6000 Thuê bao”. Với hy vọng có thể có một nền tảng tương đối về
thiết kế tuyến cáp quang để có thể vận dụng vào sau này sau khi ra trường. Lần đầu
làm đề tài này chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, rất mong có được sự góp ý của
thầy cũng như của tất cả các bạn để lần sau có thể làm được tốt hơn. Xin chân thành
cảm ơn!
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FTTH: Fiber To The Home Đường truyền dẫn cáp quang đến tận nhà

VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG FTTH
1.1 Khái niệm hệ thống FTTH
FTTH là một công nghệ trong nhóm công nghệ FTTx (Fiber to the x). FTTx là một
thuật ngữ nói chung chỉ một kiến trúc mạng sử dụng cáp quang để kết nối viễn
thông tới tại địa điểm sử dụng. Ngoài FTTH còn có các cộng nghệ FTTN (Fiber to
the Node), FTTC (Fiber to the Curb), FTTB (Fiberto the building). FTTH là cấu
trúc thịnh hành nhất trong các FTTx , chiếm hơn 61% cáp quang trên thế giới.
1.2 Cấu hình hệ thống FTTH
1.2.1. Cấu hình dạng điểm nối điểm.
Theo phương án kết nối này, từ nhà cung cấp sẽ dẫn một đường cáp quang
tới tận nhà khách hàng. Đường quang này sẽ chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu
điện và cấp cho khách hàng. Cấu hình này sử dụng dựa trên chuẩn Ethernet.
Ưu điểm: cấu hình đơn giản, rễ lắp giáp, không cần đào tạo chuyên sâu
nhiều, thiết bị có giá thành rẻ, có thể tận dụng những vật tư hiện có. đặc biệt ưu thế
trong giai đoạn đầu của mạng FTTH hay FTTX
Nhược điểm: số lượng thuê bao lớn lên, kiến trúc này không còn phù hợp
nữa bởi việc quản lý đường truyền vật lý thuê bao sẽ rất phức tạp và tốn kém.
1.2.2. Cấu hình dạng điểm đa điểm.
Theo kiến trúc này, tại nhà cung cấp sẽ đặt một thiết bị làm việc theo tiêu
chuẩn PON, còn gọi là OLT. Từ OLT tín hiệu quang sẽ được chia ra thông qua các
bộ chia quang và đến đầu khách hàng. Thông thường OLT làm việc trên một sợi
quang và một card lắp đặt tại OLT sẽ quản lý khoảng 64 thuê bao.
Ưu điểm: kiến trúc đơn giản, dễ quản lý, chi phí đặc biệt tỏ rõ ưu thế khi số
lượng thuê bao cho một khu vực lớn. Việc sử dụng cấu hình cũ là không còn phù
hợp, kiến trúc này được sử dụng trong giai đoạn phát triển của hệ thống FTTH hay
FTTX.
Ngược điểm: thiết bị đầu cuối, vật tư, nguyên liệu có giá thành cao, hơn nữa
kiến trúc này đòi hỏi phải có quá trình đào tạo chuyên sâu cho các đơn vị thực hiện.
1.3 Thiết bị dùng trong hệ thống

1.3.1 Cáp quang
Là thiết bị dẫn từ tủ cáp quang gần nhất về tận mối thuê bao. Đường dây này phải
đạt tiêu chuẫn không gấp khúc, tại một điểm uốn phải có độ cong tiêu chuẫn.
Nguyễn Phước Anh Trang 1
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng nó tạo sự kết nối giữa các thiết
bị. Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc tuy nhiên sợi quang ứng
dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán
sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tán sắc thì ảnh hưởng không đáng
kể. Do đó người ta sử dụng sợi quang ở đây là sợi quang có suy hao nhỏ chủ yếu là
sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652 (theo khuyến nghị G.982).
1.3.2 Bộ chia quang (Splitter)
Splitter là thiết bị thụ động, công dụng của nó là để chia công suất quang từ một sợi
ra nhiều sợi khác nhau.
Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng splitter có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8;
1:16;1:32; 1:64; 1:128.
Hầu hết hệ thống PON có bộ chia splitter là 1:16 và 1:32. Tỉ lệ chia trực tiếp ảnh
hưởng quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn. Tỉ lệ của splitter càng cao
cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do suy hao của bộ
chia splitter 1:N tính theo công thức 10×logN (dB) nên nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng lên
gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên 3 dB.
1.3.3 Bộ chuyển đổi ( Converter ).
Bộ chuyển đổi quang điện (Fiber Optic Media Converter) thực hiện chức năng biến
đổi thông tin truyền dẫn của tín hiệu Ethernet từ CAT5 hoặc các giao thức khác vào
sợi quang. Nó có thể ứng dụng cho khoảng cách truyền từ vài kilomet đến hơn một
trăm kilomet. Sử dụng Bộ chuyển đổi quang điện (Fiber Optic Media Converter) là
một giải pháp kinh tế để đảm bảo tín hiệu quang truyền đi xa.
1.2.4 Modem.
Modem thường có 2 cổng ký hiệu WAN và LAN. Cổng WAN được kết nối đến Bộ

chuyển đổi bằng cáp đồng qua đầu nối RJ45. Cổng LAN được kết nối đến bộ
chuyển mạch cũng bằng cáp đồng qua RJ45.
1.2.5 Đầu nối.
Là nơi kết nối các thiết bị truyền nhận quang. Thường có hai dạng Vuông hoặc
Tròn.
1.2.6 Dây nhảy quang.
Để đấu nối cáp quang vào bảng đấu dây (patch panel) hoặc vào các cổng vào/ra
(input/output) trên các thiết bị truyền nhận quang, người ta thường sử dụng dây nối
quang một đầu có sẵn đầu nối (pigtail) hoặc cả hai đầu có sẵn đầu nối (pathcord).
Nguyễn Phước Anh Trang 2
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang
Hình 1.3 Hình ảnh dây nhảy quang
Nguyễn Phước Anh Trang 3
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang
Chương 2
KHẢO SÁT HỆ THỐNG PON
2.1 Công nghệ PON
Hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị chủ động, tại
thiết bị tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng
như các trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường
truyền. Thiết bị chủ động, có nghĩa là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho
một số thành phần, thường là bộ xử lý, các chíp nhớ…
Với mạng quang thụ động tất cả các thành phần chủ động giữa tổng đài trung
tâm (CO, Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là
các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các dữ liệu trên mạng dựa trên việc phân
tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường
truyền. Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp
dịch vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường
truyền nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho đi
qua hoặc chặn ánh sáng lại… Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác xử lý

tín hiệu nào và từ đó, gần như kéo dài vô hạn thời gian MTBF (Mean Time
Between Failures), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ.
Một hệ thống mạng PON bao gồm các thiết bị kết cuối kênh quang (OLT –
Optical line terminators) đặt tại CO và bộ các thiết bị kết cuối mạng quang (ONT –
Optical network terminals) được đặt tại người sử dụng. Giữa chúng là hệ thống
mạng quang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết bị
ghép / tách thụ động trong hệ thống mạng PON, cáp quang có thể xuất phát từ tổng
đài dịch vụ, đi tới các phân khu truyền dẫn và sau đó kết nối với từng tòa nhà hoặc
các thiết bị dịch vụ có thể ghép / tách tín hiệu từ sợi cáp quang chính, sử dụng các
thiết bị ghép / tách thụ động. Điều này cho phép các phần cáp quang đắt tiền nối từ
tổng đài đi ra có thể được nhiều người sử dụng cùng chia sẻ, từ đó giảm một cách
đáng kể chi phí triển khai các ứng dụng hệ thống cáp quang.
Nguyễn Phước Anh Trang 4
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang
2.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON.
Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng nhà
thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128.
PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet.
PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data và video tốc độ cao.
Khả năng cung cấp băng thông cao.
Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này sẽ
làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng.
Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần và cung cấp
băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và
splitter.
PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợi
quang.
PON có thể hỗ trợ mạng hình cây, sao, bus và ring.
2.3. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON.
2.3.1. OLT.

OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất
một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang. OLT có thể được đặt
ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa.
Một OLT có thể được chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung
2.3.1.1. Phần lõi OLT.
Phần lõi OLT bao gồm:
Nguyễn Phước Anh Trang 5
Phần dịch vụ OLT
Mạng
lõi/metro
V5, E1,
ATM,
FE/GE
Chức
năng
port dịch
vụ
Chức năng OAM Chức năng cấp nguồn
Chức
năng
kết nối
chéo
đươc
số hóa
Chức năng
ghép kênh
truyền dẫn
Phần lõi OLT
Chức năng giao
diện OND

Chức năng giao
diện OND
OND
Phần chung OLT
Hình 2.1 Các khối chức năng OLT
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang
Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng
lõi/metro với phần mạng phối quang ODN.
Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên
mạng phối quang ODN. Ví dụ như dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đển mạng phối
quang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODN
đến mạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền đến mạng
lõi/metro.
Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nối
OLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động. Nó điều khiển
quá trình chuyển đổi quang/điện và điện/quang. Để có thể thực hiện cơ chế chuyển
mạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động splitter thì ở OLT sẽ có
các chức năng giao diện ODN giống như phần mạng phối quang ODN.
2.3.1.2. Phần dịch vụ OLT.
Phần dịch vụ OLT thì có chức năng port dịch vụ. Các port dịch vụ sẽ truyền
ít nhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thời
hai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình độ phân giải cao
(HDTV- high definition TV), game online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU
(tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc
vào cách cấu hình trên mỗi port. Khối TU có nhiều port có thể cấu hình mỗi port
một dịch vụ khác nhau.
2.3.1.3. Phần chung OLT .
Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động,
quản lí và bảo dưỡng (OAM-Operation, Administration and Maintenance). Chức
năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn. Chức năng

OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng cho
tất cả khối OLT. Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cung cấp cho
mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống đang hoạt
động thông qua chức năng sắp xếp.
Nguyễn Phước Anh Trang 6
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang
2.3.2. ONU.
ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phương tiện cần thiết để
phân phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT.
Mô hình các khối chức năng của ONU được mô tả ở hình 2.2.

Hình 2.2 Các khối chức năng ONU
Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.
2.3.2.1. Phần lõi ONU.
Phần lõi ONU gồm:
Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía khách hàng thì
dữ liệu sẽ được ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN thì các dịch
vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ.
Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệu giữa
ODN và khách hàng.
Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điện hay
điện/quang.
2.3.2.2. Phần dịch vụ ONU.
Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng port của user. Chức năng port của user
cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộ thích nghi của chúng là 64
kbps hay n×64 kbps. Chức năng này có thể được cấp bởi một khách hàng hay một
nhóm khách hàng. Nó cũng cung cấp các chức năng chuyển đổi tín hiệu tùy thuộc
giao diện vật lí (ví dụ như rung chuông, báo hiệu, chuyển đổi A/D và D/A).
2.3.2.3. Phần chung ONU.
Nguyễn Phước Anh Trang 7

ONU
Phần lõi ONU Phần dịch vụ ONU
Chức năng giao
diện OND
Chức năng
ghép kênh
truyền dẫn
Chức
năng
ghép
khách
hàng và
dịch vụ
Chức
năng
port
người
sử dụng
Khách
hàng
POTS,
V24/V35,
xDSL,
2B+D
Chức năng
OAM
Chức năng
cấp nguồn
Phần chung OLT
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang

Phần chung ONU bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí
và bảo dưỡng OAM. Chức năng cấp nguồn cung cấp nguồn cho ONU (ví dụ như
chuyển đổi AC thành DC hay ngược lại). Nguồn có thể được cấp tại chỗ hay từ xa.
Nhiều ONU có thể chia sẻ nguồn. ONU có thể hoạt động bằng nguồn dự phòng.
Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển các chức năng hoạt động,
quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối của ONU.
2.3.3. ODN.
Mạng phối quang ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho các kết nối vật lí
từ ONU đến OLT. ODN bao gồm các thành phần sau:
Sợi quang và cáp quang.
Các connector.
Các thiết bị thụ động như splitter.
Mối nối.
2.4. Các chuẩn mạng PON.
Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn
theo phương thức truy nhập TDMA PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON
(Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON) (đặc tính các của chuẩn TDMA PON được
so sánh trong Bảng 1); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy nhập khác
như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMA-PON (Code
Division Multiple Access PON).
2.4.1 APON/BPON
APON/BPON được chuẩn hóa bởi ITU-T. APON (ATM-PON) và BPON
(Broadband PON) là tên khác nhau của kiến trúc TDM-PON dựa trên ITU-T G.983.
Tên BPON phục vụ cho mục đích tiếp thị, còn tên APON thì nói rõ khung ATM
được dùng để truyền trong chuẩn ITU-T G.983. ATM có 53 cell trong đó 5 cell
header và 48 cell tải. Bởi vì kích cỡ cố định, ATM có thể đảm bảo chất lượng dịch
vụ ví dụ như phân bổ băng thông, đảm bảo độ trễ…ATM được thiết kế hỗ trợ cả
thoại và dữ liệu vì thế mà nó phù hợp cho ứng dụng FTTH.
2.4.1.1 Mô tả hệ thống APON/BPON
Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM.

Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s (56 tế bào ATM có khích thước
53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bào quản lý vận hành bảo
dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical layer Operation Administration and
Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh.
B-PON sử dụng giao thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần
thiết cấp cho các ONT. OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa
vào gửi các tế báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT.
2.4.2 GPON
GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network. GPON là sự phát triển của
APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã được chuẩn hóa thành
Nguyễn Phước Anh Trang 8
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang
ITU-T G.984. GPON không phụ thuộc vào ATM, GPON sử dụng lớp con truyền
dẫn hội tụ (GTC- GPON Transmission Convergence), khung GTC có thể đóng gói
các cell ATM. Không giống như APON/BPON, khung GTC có thể đóng gói trực
tiếp các gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GPON (GEM- GPON
Encapsulation Method). Phần tải khung GTC chứa cả ATM và GEM.
2.4.2.1 Mô tả hệ thống GPON.
Kiến trúc GPON thì tương tự APON/BPON đã được mô tả ở phần 2.1.1. Tuy nhiên,
đối với hệ thống GPON thì tốc độ tăng lên đến hàng Gigabit và đồng thời bộ chia
splitter ở đây lên tới 1:128 trong khi đó bộ chia splitter của APON/BPON chỉ có
1:32 và khoảng cách tối đa giữa OLT và ONU lên tới 60 km chứ không phải là 20
km như trong APON/BPON.
Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất cao và do đó
dẫn đến là cũng cần có bộ thu có độ nhạy cao hơn. Điều này có thể được khắc phục
bằng cách sử dụng cơ chế cân bằng công suất. Cơ chế cân bằng công suất hỗ trợ cho
việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng chênh lệch công suất
nhận được ở OLT. Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, sẽ khởi tạo công suất nhỏ
hơn ONU ở xa.
2.4.3 EPON

EPON là từ viết tắt của Ethernet Passive Optical Network. EPON thì tương tự như
mạng quang chủ động Ethernet, nó được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3. Giao thức sử
dụng trong EPON là sự mở rộng của IEEE 802.3 hoạt động tốc độ lên tới Gbps.
EPON sử dụng giao thức điều khiển đa điểm (MPCP-Multipoint control protocol) –
sử dụng lớp con mô phỏng P2P với 2 byte nhãn gói Ethernet và vùng nhận dạng
đường link được số hóa (LLID-Logical link identification).
Nguyễn Phước Anh Trang 9
VIETHANIT Báo cáo hệ thống thông tin quang
CHƯƠNG III
XÂY DỰNG MÔ HÌNH FTTH DỰA TRÊN NỀN PON.
3.1. Ý tưởng thiết kế.
Ở đây ta thiết kế mô hình FTTH cho 6000 thuê bao trong khu vực một huyện gồm
có 20 xã. Vậy nên từ trạm chính của huyện ta sẽ dùng bộ chia để đưa về 20 xã trong
huyện, rồi từ các xã này lại dùng bộ chia để phân về đến từng thuê bao.
3.2 Mô hình chung cua hệ thống
Nguyễn Phước Anh Trang 10