Công nghệ epon trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.71 MB, 142 trang )
..
bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------
Nguyễn Hà thanh
công nghệ epon trong hệ thống
mạng truy nhập quang ftth
LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC
Ngành: kỹ thuật ®iƯn tư
Hµ NéI 2009
bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------
NGuyễn Hà Thanh
công nghệ epon trong hệ thống
mạng truy nhập quang ftth
Chuyên Ngành: kỹ thuật điện tử
LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC
người hướng dẫn khoa học:
TS. phạm ngoc nam
Hà Néi – 2009
-i-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
LỜI CẢM ƠN
Trong hai năm cao học tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tôi đã
được học hỏi những kiến thức q báu từ các thầy, cơ giáo. Tơi vơ cùng biết
ơn sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy, các cô trong thời gian học tập và
thực hiện luận văn này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn của mình tới TS. Phạm Ngọc Nam, người đã
định hướng và trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thiện luận văn này.
Học viên
Nguyễn Hà Thanh
Nguyễn Hà Thanh
-2-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân dưới sự
hướng dẫn của TS Phạm Ngọc Nam. Nội dung luận văn không sao chép của bất
kỳ luận văn nào.
Nếu có gì sai phạm tơi sẽ chịu hồn tồn trách nhiệm.
Học viên
Nguyễn Hà Thanh
Nguyễn Hà Thanh
-3-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................. 2
MỤC LỤC ............................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................... 8
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ XU THẾ MẠNG
BĂNG RỘNG ..................................................................................................... 13
1.1 Tình hình thực tế và nhu cầu băng rộng trên thế giới ................................... 13
1.2 Tình hình thực tế và nhu cầu băng rộng ở Việt Nam ................................... 16
1.3 Xu thế phát triển ............................................................................................ 18
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MẠNG TRUY NHẬP QUANG ............................. 21
2.1. Khái niệm mạng truy nhập quang (FTTx) .................................................. 21
2.2 Các dạng kiến trúc mạng truy nhập quang ................................................... 23
2.2.1 Hệ thống đường quang trực tiếp ........................................................ 23
2.2.2 Hệ thống đường quang dùng chung ................................................... 24
2.3 Tổng quan các yếu tố kỹ thuật trong PON .................................................... 26
2.3.1 Sợi quang............................................................................................ 26
2.3.2 Các chuẩn sợi quang .......................................................................... 33
2.3.3 Bộ chia/ghép quang ............................................................................ 34
2.4 Cấu trúc của PON .......................................................................................... 36
2.4.1 Optical line terminal - OLT ............................................................... 37
2.4.2 Optical network unit – ONU (ONT) .................................................. 38
Nguyễn Hà Thanh
-4-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
2.5 Phân chia phổ so với phân chia thời gian...................................................... 39
2.5.1 WDMA PON...................................................................................... 39
2.5.2 TDM PON .......................................................................................... 40
2.5.3 Thu phát chế độ burst ......................................................................... 41
2.6 Mạng truy nhập TDMA PON ....................................................................... 43
2.6.1 ATM PON .......................................................................................... 43
2.6.2 Ethernet PON ..................................................................................... 45
2.6.3 GFP PON - GPON ............................................................................. 47
2.6.4 So sánh giữa BPON/GPON và EPON ............................................... 48
2.7 Cấu trúc chuẩn EPON ................................................................................... 49
2.7.1 Mơ hình các lớp trong chuẩn EPON .................................................. 49
2.7.2 Ngun tắc hoạt động của chuẩn EPON ............................................ 54
2.8 Thiết kế hệ thống PON ................................................................................. 80
2.8.1 Các tiêu chuẩn thiết kế ....................................................................... 80
2.8.2 Quỹ công suất đường truyền .............................................................. 83
CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH TRIỂN KHAI THỰC TẾ .......................................... 91
3.1 Phân tích ưu nhược điểm và lựa chọn công nghệ ......................................... 91
3.2 Mơ hình triển khai thực tế ............................................................................. 94
3.2.1 Hiện trạng mạng viễn thơng của VTC ............................................... 94
3.2.2 Mơ hình triển khai tổng thể ................................................................ 94
3.2.3 Mơ hình triển khai dự án trong giai đoạn đầu tại Hà Nội .................. 96
3.2.4 Phương án kỹ thuật .......................................................................... 100
3.2.5 Hệ thống thiết bị ............................................................................... 107
3.2.6 Mơ hình cung cấp dịch vụ cho các khách hàng phổ thông .............. 109
3.3 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị ............................................................................. 114
3.3.1 Hệ thống thiết bị trung tâm .............................................................. 114
3.3.2 Thiết bị truyền dẫn ........................................................................... 118
Nguyễn Hà Thanh
-5-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
3.3.3 Hệ thống thiết bị mạng truy nhập quang.......................................... 119
3.3.4 Thiết bị truy nhập sau ONU cho khách hàng phổ thông ................. 120
3.3.5 Bộ chia quang................................................................................... 123
3.3.6 Cáp quang......................................................................................... 123
3.4 Thiết kế mạng logic với các thiết bị thực tế ................................................ 125
3.4.1 Dịch vụ Internet ............................................................................... 128
3.4.2 Dịch vụ VPN layer 2 ........................................................................ 129
3.4.3 Dịch vụ thoại IP ............................................................................... 130
3.4.4 Dịch vụ IPTV ................................................................................... 134
3.4.5 Hệ thống giám sát và quản trị mạng ................................................ 136
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 139
Nguyễn Hà Thanh
-6-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AGC
Auto Gain Control
Tự động điều khiển khuếch đại
AON
Active Optical Network
Mạng quang chủ động
BER
Bit Error Ratio
Tỷ lệ lỗi bit
BPON
Mạng quang thụ động băng rộng
BRAS
Broadband Passive Optical
Network
Broadband Remote Access Server
CRC
Cyclic redundancy check
Kiểm tra lỗi dư thừa
Thiết bị tập trung thuê bao băng rộng
CSMA Carrier Sense Multiple Access
/CD
with Collision Detect
DBA
Dynamic bandwidth allocation
Đa truy nhập cảm nhận sóng mang với
phát hiện va chạm
Cấp phát băng thông động
EFM
Ethernet in the First Mile
Ethernet cho mạng truy cập
EPON
Ethernet Passive Optical Network
Mạng quang thụ động Ethernet
FCS
Frame check sequence
Kiểm tra tuần tự khung
Fiber to the
Home/Curb/Building/Node
GMII Gigabit media independent
interface
GPON Gigabit-capable Passive Optical
Network
IPTV IP Television
Mạng truy nhập quang đến hộ gia
đình/vỉa hè/tịa nhà/node mạng
Giao diện gigabit độc lập phương tiện
truyền dẫn
Mạng quang thụ động gigabit
LAN
Local Area Network
Mạng nội vùng
LLC
Logical link control
Điều khiển liên kết logic
LLID
Logical link ID
ID kết nối logic
LTE
Logical topology emulation
Giả lập topo logic
MAC
Media access control
Điều khiển truy nhập phương tiện
MDI
Medium dependent interface
MPCP
Multi-Point Control Protocol
Giao diện phụ thuộc phương tiện truyền
dẫn
Giao thức điều khiển đa điểm
NOC
Network Operator Center
Phòng máy trung tâm
OAM
Hoạt động, quản trị và duy trì
ODN
Operation, administration, and
maintenance
Optical Distribution Network
OLT
Optical line terminal
Thiết bị kết cuối đường quang
FTTx
Truyền hình IP
Mạng phân phối quang
Nguyễn Hà Thanh
-7-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
ONT
Optical network terminal
Thiết bị kết cuối mạng quang
ONU
Optical network unit
Đơn vị mạng quang
P2MP
Point to multiple point
Điểm tới đa điểm
P2P
Point to Point
Điểm tới điểm
PCS
Physical coding sublayer
Lớp con mã hóa vật lý
PMA
Physical medium attachment
Thành phần gắn với môi trường vật lý
PMD
Physical medium dependent
Thành phần phụ thuộc môi trường vật lý
PON
Passive Optical Network
Mạng quang thụ động
RS
Reconciliation sublayer
Lớp con điều hợp
RTT
Round-trip time
Thời gian gửi nhận gói tin
SBS
Stimulated Brillouin scattering
Tán xạ kích thích Brillouin
SCB
Single copy broadcast
Cổng quảng bá đơn
SFM
Single Fiber mode
Sợi quang đơn mode
SPD
Start of packet delimiter
Điểm bắt đầu gói
SRS
Stimulated Raman scattering
Tán xạ kích thích Raman
TDM
Time Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia thời gian
VoD
Video on Demand
Truyền hình theo yêu cầu
VoIP
Voice over IP
Thoại IP
VPN
Virtual private network
Mạng riêng ảo
VLAN Virtual LAN
WDM
Mạng LAN ảo
Wavelength-division multiplexing Ghép kênh phân chia bước sóng
Nguyễn Hà Thanh
-8-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Thống kê thuê bao băng rộng trên thế giới .......................................... 14
Hình 1.2 Tình hình phát triển của FTTH trên thế giới ........................................ 15
Hình 2.1 So sánh tốc độ của các cơng nghệ mạng truy cập ................................ 23
Hình 2.2 Mạng truy cập quang Điểm – Điểm ..................................................... 24
Hình 2.3 Mạng quang chủ động (AON) và mạng quang thụ động (PON) ......... 25
Hình 2.4 Cấu trúc sợi quang tiêu biểu................................................................. 27
Hình 2.5 Các hiệu ứng của ánh sáng ứng với góc tới khác nhau ........................ 28
Hình 2.6 Sợi quang đa mode (a) và sợi quang đơn mode (b). ............................ 30
Hình 2.7 Suy hao theo bước sóng của các chuẩn sợi quang ............................... 33
Hình 2.8 Bộ ghép 8x8 được tạo từ nhiều bộ ghép 2x2 ....................................... 35
Hình 2.9 Cấu trúc cơ bản của PON ..................................................................... 37
Hình 2.10 OLT có khả năng phục vụ bốn mạng PON khác nhau ...................... 38
Hình 2.11 PON sử dụng một sợi quang .............................................................. 41
Hình 2.12 Minh họa vấn đề gần xa trong TDMA PON- hình chụp mức cơng suất
tín hiệu nhận được từ 4 ONU .............................................................................. 42
Hình 2.13 So sánh phần mào đầu của khung Ethernet và cell ATM .................. 46
Hình 2.14 Mối liên hệ giữa mơ hình các lớp của IEEE 802.3 với mơ hình tham
chiếu OSI ............................................................................................................. 51
Hình 2.15 Truyền dẫn downstream trong EPON ................................................ 55
Hình 2.16 Truyền dẫn upstream trong EPON ..................................................... 57
Hình 2.17 Các quá trình và thành phần tham gia vào quá trình cấp phát băng
thơng. ................................................................................................................... 61
Hình 2.18 Cấp phát khe thời gian tuần tự (a) và đường ống (b) ......................... 62
Hình 2.19 Mối quan hệ giữa khe thời gian tìm kiếm và cửa sổ tìm kiếm .......... 67
Nguyễn Hà Thanh
-9-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
Hình 2.20 Áp dụng trễ ngẫu nhiên trong quá trình tìm kiếm để tránh xung đột
liên tục ................................................................................................................. 69
Hình 2.21 Q trình tìm kiếm có và khơng có va chạm REGISTER_REQ ....... 69
Hình 2.22 Đo thời gian truyền dữ liệu ............................................................... 70
Hình 2.23 Tính dự đốn thời gian tới khi OLT và các ONU sử dụng các điểm
tham chiếu thời gian GATE khác nhau. .............................................................. 73
Hình 2.24 Tính dự đốn thời gian đến khi OLT và các ONU sử dụng các điểm
tham chiếu nhãn thời gian REGISTER_REQ khác nhau. .................................. 75
Hình 2.25 Mơ hình logic truyền dữ liệu trong EPON ......................................... 76
Hình 2.26 Định dạng phần mào đầu khung trong EPON. .................................. 78
Hình 2.27 Vị trí của trường SLD phụ thuộc vào vị trí byte chẵn lẻ ................... 79
Hình 2.28 Thanh ghi dịch tạo CRC-8 ................................................................. 79
Hình 2.29 Phân bố dự trữ công suất cho các thành phần tổn hao khác nhau ..... 84
Hình 2.30 Suy hao sợi quang theo bước sóng..................................................... 85
Hình 2.31 Các suy hao trong một liên kết FTTH cơ bản giữa OLT và ONU .... 86
Hình 2.32 Tổn hao công suất quang của các thành phần khác nhau trong đường
kết nối FTTH bước sóng 1310nm ....................................................................... 87
Hình 2.33 Các tổn hao quang của các thành phần khác nhau trong liên kết FTTH
1490nm ................................................................................................................ 89
Hình 3.1 Mơ hình mạng cung cấp đa dịch vụ ..................................................... 96
Hình 3.2 Mơ hình triển khai mạng FTTx tại Hà Nội .......................................... 99
Hình 3.3 Phân bố phạm vi cung cấp dịch vụ của các phịng máy..................... 103
Hình 3.4 Phương án sử dụng switch cho FTTB ................................................ 111
Hình 3.5 Phương án sử dụng cơng nghệ xDSL cho FTTB/FTTC .................... 112
Hình 3.6 Phương án sử dụng CMTS cho FTTB/FTTC .................................... 114
Hình 3.7 Mơ hình đấu nối mạng thực tế ........................................................... 126
Hình 3.8 Topo logic mạng thực tế .................................................................... 127
Nguyễn Hà Thanh
-10-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
Hình 3.9 Mơ hình cung cấp dịch vụ Internet .................................................... 129
Hình 3.10 Mơ hình cung cấp dịch vụ VPN layer 2 ........................................... 130
Hình 3.11 Mơ hình cung cấp thoại IP trên hạ tầng mạng riêng ........................ 132
Hình 3.12 Mơ hình cung cấp dịch vụ thoại IP trên hạ tầng mạng Internet ....... 133
Hình 3.13 Sơ đồ đấu nối vật lý của mơ hình thoại IP trên nền mạng Internet.. 134
Hình 3.14 Mơ hình vật lý cung cấp dịch vụ IPTV ............................................ 134
Hình 3.15 Mơ hình logic cung cấp dịch vụ IPTV ............................................. 136
Hình 3.16 Mơ hình logic của hệ thống giám sát và quản trị mạng ................... 137
Nguyễn Hà Thanh
-11-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thống kê tình hình phát triển Internet Viêt Nam [nguồn:VNNIC] ..... 18
Bảng 2.1 Khoảng cách hoạt động của các loại sợi quang đa mode cho các ứng
dụng tới 10GigE .................................................................................................. 33
Bảng 2.2 Các tham số hoạt động của các sợi quang đơn mode 1310 nm và
1550nm ................................................................................................................ 33
Bảng 2.3 Các chuẩn sợi quang của ITU-T .......................................................... 34
Bảng 2.4 Các loại PMD EPON ........................................................................... 53
Bảng 2.5 Bảng tính cho tính tốn dự trữ cơng suất FTTH bước sóng 1310nm .. 88
Bảng 2.6 Bảng tính cho việc tính tốn quỹ cơng suất đường truyền FTTH
1490nm ................................................................................................................ 89
Nguyễn Hà Thanh
-12-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện tại trong lĩnh vực viễn thông, bên cạnh sự phát triển bùng nổ của các công
nghệ mới cho hệ thống mạng truy nhập không dây, hệ thống mạng truy cập có dây
cũng đang chứng kiến một sự thay đổi mạnh mẽ sau những năm thống trị của hệ thống
mạng truy cập bằng cáp đồng với sự nổi lên của hệ thống mạng truy cập bằng cáp
quang.
Cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật cho phép triển khai các ứng dụng
quang ngày càng dễ dàng với giá thành hạ, hệ thống cáp quang đang dần lấn sân sang
hạ tầng mạng truy cập. Với các ưu thế vượt trội của mình về băng thơng , cự ly truyền
dẫn, bảo mật… hệ thống truy cập bằng cáp quang đang là một xu thế tất yếu và đang
được sự quan tâm đầu tư rất lớn của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng..
Đã có rất nhiều cơng ty và tổ chức nghiên cứu các công nghệ truyền dẫn cho
mạng truy cập quang. Một trong số những công nghệ đang được ứng dụng rộng rãi và
chiếm được ưu thế trong mạng truy cập bằng cáp quang đó là chuẩn EPON do tổ chức
IEEE phát triển và chuẩn hóa.
Với mục đích nghiên cứu áp dụng cơng nghệ mới vào hạ tầng mạng truy cập tại
Việt Nam nhằm thay thế các công nghệ mạng truy cập trên cáp đồng đã trở nên lạc
hậu, không đáp ứng được nhu cầu băng thông của các dịch vụ mới, luận văn “Công
nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH” được chia thành 3 chương
cơ bản sau:
• Chương 1: Tổng quan về mạng truy cập băng rộng, các nhu cầu thách thức và
xu hướng phát triển của mảng dịch vụ này
• Chương 2: Trình bày tồn bộ các vấn đề về hệ thống mạng truy nhập quang, các
khái niệm, các chuẩn công nghệ với trọng tâm là chuẩn Ethernet PON.
• Chương 3: Giới thiệu mơ hình triển khai thực tế hệ thống mạng FTTH sử dụng
công nghệ EPON tại VTC Telecom
Nguyễn Hà Thanh
-13-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ XU
THẾ MẠNG BĂNG RỘNG
Mạng truy nhập băng rộng tuy mới ra đời trong vịng 20 năm trở lại đây nhưng
đã có những phát triển vượt bậc cả về công nghệ lẫn số lượng thuê bao. Nó trờ thành
một trào lưu của xã hội. Các công nghệ giành cho mạng truy nhập băng rộng phát triển
mạnh mẽ trên cả hai lĩnh vực có dây và khơng dây. Số lượng th bao băng rộng ln
ln có sự tăng trưởng bùng nổ. Động lực cho sự phát triển vượt bậc này xuất phát từ
nhu cầu về các dịch vụ trực tuyến tăng lên không ngừng của người dùng.
1.1 Tình hình thực tế và nhu cầu băng rộng trên thế giới
Trong nhiều năm, thị trường châu Á Thái Bình Dương ln dẫn đầu về truy cập
băng rộng với hai đầu tầu là Nhật Bản và Hàn Quốc.
Đến cuối quý 3 năm 2007, tổng số thuê bao băng rộng trên toàn thế giới đã đạt
đến con số 328,7 triệu thuê bao. Trong số này, khu vực châu Á Thái Bình Dương vẫn
khẳng định vị trí dẫn đầu của mình với 124,7 triệu thuê bao internet tốc độ cao.
Với con số thuê bao 328,7 triệu này, tăng trưởng dịch vụ internet tốc độ cao đã
đạt được 24,9 % trong quý 3 năm 2007 so với cùng kì năm 2006. Riêng khu vực
EMEA (châu Âu, Trung đông và châu Phi), tốc độ tăng trưởng là cao nhất với 32,42%.
Tuy vậy, tổng số thuê bao băng rộng của cả khu vực này vẫn đứng sau khu vực châu Á
Thái bình dương khi chỉ đạt con số 113,1 triệu thuê bao. Khu vực châu Mĩ đứng cuối
cùng với khoảng 90,9 triệu thuê bao băng rộng [Nguồn: Point Topic].
Nguyễn Hà Thanh
-14-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
Hình 1.1 Thống kê thuê bao băng rộng trên thế giới
Châu Á vẫn đang dẫn đầu với tổng số thuê bao băng rộng chiếm đến 38 % so
với thế giới. Trong khi đó Tây Âu có mức tăng trưởng thuê bao rất nhanh: 31% trong
năm 2007 (trong khi mức tăng trưởng năm 2006 là 28 %). Tuy nhiên, xu hướng tăng
trưởng nhanh này cũng sẽ nhanh chóng nhường lại vị thế cho các khu vực, quốc gia
khác như Trung Quốc, Ấn Độ. Với tốc độ tăng trưởng như vậy tình trạng bão hòa sẽ
sớm xảy ra ở khu vực châu Âu trong một thời gian không xa nữa.
Xét về mật độ sử dụng Internet tốc độ cao tại mỗi quốc gia, đến nay Hàn Quốc
đã đánh mất vị thế đứng đầu của mình. Hà Lan, Đan Mạch và Thụy Sĩ đã vượt qua con
số kỉ lục do Hàn Quốc lập ra trước đó. Cùng lúc, Pháp và Anh cũng qua mặt của Mĩ và
Nhật Bản về mật độ thuê bao băng rộng so với dân số.
Về mặt công nghệ, DSL vẫn tiếp tục giữ vị trí thống trị trong lĩnh vực băng
rộng, chiếm 2/3 số thuê bao thị trường toàn cầu. Modem cáp và modem FTTH (Fiber
To The Home) có tốc độ phát triển hàng năm tổng cộng đạt 27,2%, riêng DSL phát
triển hơn 42%.
Theo dự đoán của Dittberner Associates, trong thập kỷ tới, FTTX sẽ tăng tốc
mạnh và chiếm 52,8% doanh thu Internet toàn cầu (khoảng 12 tỷ USD); riêng Trung
Nguyễn Hà Thanh
-15-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
Quốc sẽ chiếm tới 75% thị trường châu Á, và chiếm 25% doanh thu toàn cầu về
FTTH. Cho đến nay, nhiều nhà khai thác lớn trong khu vực như China telecom,
Chungwa Telecom, Telstra, NTT, City Telecom Hong Kong đều đang khẩn trương
kéo cáp quang cho các thuê bao băng rộng, thay thế cáp đồng ADSL trước đây.
Với yêu cầu về dịch vụ băng rộng ngày càng tăng (Internet tốc độ cao, IP TV...)
thị trường sẽ khơng cịn sự thống trị của DSL nữa mà chuyển sang FTTH. Hầu hết các
nhà khai thác lớn ở Hàn Quốc, Nhật Bản đã và đang nhiệt tình với các kế hoạch
chuyển khách hàng từ DSL sang FTTH. Theo Mark Sue, phân tích gia của RBC
Capital Markets dự đốn, cho tới hết năm 2007 có khoảng 14 triệu đường kết nối
FTTH trên toàn thế giới, tăng 140% so với năm 2004.
Hình 1.2 Tình hình phát triển của FTTH trên thế giới
Theo bảng thống kê chính thức đầu tiên này về thứ hạng triển khai FTTH của
các nước trên thế giới, 21,1 % số hộ dân ở Hồng Kơng được lắp đặt FTTH, sau đó là
Hàn Quốc với 19,6 % và Nhật Bản với 16,3 %. Các nước Bắc Âu chiếm ba vị trí tiếp
theo, với Thụy Điển 7,2 % số hộ dân tiếp cận FTTH, Đan Mạch 2,9 % và Na Uy 2,5
Nguyễn Hà Thanh
-16-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
%. Đài Loan, Italy, Trung Quốc, Hà Lan và Mỹ là những nước còn lại trong số 11
nước đứng đầu với tỉ lệ triển khai FTTH từ 1,4 đến 1 % trên tổng số hộ dân.
Còn theo số lượng thuê bao, ở Trung Quốc đã có khoảng 14 triệu đường truyền
sợi quang so với 9,6 triệu ở Nhật Bản, 1,7 triệu ở Mỹ.
1.2 Tình hình thực tế và nhu cầu băng rộng ở Việt Nam
Thị trường viễn thông Việt Nam hiện nay đang ngày càng trở nên sôi động bởi
sự đa dạng của các dịch vụ kéo theo một số lượng lớn các thuê bao. Đứng đầu thị phần
viễn thông (Internet) hiện nay gồm có ba đại gia là VNPT, Viettel và FPT, sau đó là
các nhà cung cấp khác như: EVN Telecom, SPT….nhưng thực sự vẫn chưa có một
nhà cung cấp nào thực sự đảm bảo được chất lượng dịch vụ để đáp ứng được nhu cầu
ngày càng cao của người sử dụng.
Từ năm 2004 đến nay, có thể nói tốc độ tăng trưởng dịch vụ Internet Việt Nam
ln ở mức phi mã - cao hơn 250%. Năm 2007 được đánh giá là một năm thị trường
viễn thông Việt Nam có những biến động mạnh mẽ. Tính đến hết năm 2007, tổng số
thuê bao Internet tại Việt Nam đã đạt trên dưới 1 triệu thuê bao, ước tính đã có từ
21%-22% dân số sử dụng Internet [Nguồn: Báo Lao Động số 9 ngày 11/01/2008].
Năm 2007, thuê bao Internet băng rộng ở Việt Nam tiếp tục tăng trưởng chóng mặt,
gấp hai lần so với năm ngối. Cơng ty Điện tốn và Truyền số liệu (VDC) tăng 460500 ngàn thuê bao Internet băng rộng mới trong năm 2007, nâng tổng số thuê bao của
VDC lên tới 760 ngàn, chiếm khoảng 54% thị phần Internet cả nước. Tốc độ phát triển
thuê bao Internet băng rộng của FPT Telecom năm nay cũng tăng ấn tượng 80%, thêm
130 ngàn thuê bao mới, đưa tổng số thuê bao Internet lên 300 ngàn đến thời điểm này
và trở thành ISP đứng thứ hai về thị phần với 17,2%. Trong 11 tháng đầu năm 2007,
Viettel đã tăng thêm 120 ngàn thuê bao Internet băng rộng mới, nhiều hơn tổng số thuê
bao ISP này có được kể từ khi mở dịch vụ Internet từ năm 2002 đến hết năm 2006.
Viettel hiện có 230.000 thuê bao Internet, dự kiến sẽ đạt 250.000 thuê bao vào cuối
Nguyễn Hà Thanh
-17-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
năm 2007. Số thuê bao của EVN Telecom cho biết thuê bao Internet băng rộng của
ISP này năm 2007 tăng khoảng 80%, có khoảng 60 ngàn thuê bao.
Cho đến thời điểm này, thị trường Interrnet băng rộng thực chất vẫn là cuộc
chơi tay ba của VNPT, Viettel và FPT Telecom. Con số thông kê cho thấy 3 nhà cung
cấp dịch vụ này chiếm tới 96% thị phần dịch vụ Internet băng rộng, các nhà khai thác
còn lại như NetNam,SPT, EVN Telecom chỉ chiếm vẻn vẹn 4% thị phần. VNPT đang
có 810.000 thuê bao ADSL. Dự kiến đến hết năm 2008, kế hoạch VNPT sẽ đạt khoảng
1,7 triệu thuê bao ADSL. Như vậy, VNPT đang là nhà cung cấp dịch vụ ADSL có thị
phần lớn nhất hiện nay. Trong khi đó, cho đến thời điểm này, FPT Telecom vẫn đang
giữ vị trí thứ 2 trên thị trường Internet băng rộng với hơn 300.000 thuê bao. Mục tiêu
mà nhà khai thác này đưa ra đến hết năm 2008 sẽ đạt được khoảng 450.000 thuê bao
ADSL. Với số thuê bao hiện nay, FPT Telecom đang bị Viettel đuổi sát nút với mức
chênh nhau khoảng 50.000 thuê bao.
Sự phát triển phi mã của thị trường internet băng thông rộng cho thấy nhu cầu
của thị trường internet về băng thông rộng là rất lớn để có thể sử dụng được các tiện
ích của mạng Internet. Internet đã trở thành một nhu cầu tất yếu để cung cấp thông tin,
công cụ làm việc và phương tiện giải trí cho mọi người dân. Hơn nữa cơ cấu dân số
chuyển dịch theo hướng công nghệ và tri thức hố tạo ra nhu cầu khơng ngừng tăng
lên đi kèm với yêu cầu về công nghệ, đặc biệt là Internet tốc độ cao. Nhu cầu lớn là
động lực thúc đẩy thị trường lên cao và nó sẽ cịn tiếp tục phát triển. Hiện nay, quan
trọng nhất, người sử dụng mong muốn ở các nhà dịch vụ đó là chất lượng, tốc độ truy
cập. Theo điều tra của Alcatel - Lucent đối với 300 người sử dụng Internet tại Hà Nội,
Thành phố Hồ Chí Minh gồm các đối tượng sử dụng Internet tại quán cà phê, sử dụng
tại công sở và sử dụng băng thông rộng tại nhà, 72 - 75% người sử dụng Internet tại
quán cà phê và công sở có ý định đăng ký sử dụng Internet băng thơng rộng tại nhà.
Rõ ràng, tại Việt Nam, nhu cầu về Internet băng rộng rất lớn.
Theo thống kê của Bộ Kế hoạch Đầu tư, hai thành phố - hai trung tâm kinh tế
lớn nhất cả nước chiếm tới 52% số lượng doanh nghiệp thành lập mới và 50% số vốn
Nguyễn Hà Thanh
-18-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
đăng ký của cả nước. Dân số tại Hà Nội là 3,4 triệu dân, có khoảng 784,000 hộ gia
đình, trong đó có 2,17 triệu người trong độ tuổi lao động, chiếm 64% dân số Hà Nội.
Hiện nay, Hà Nội có khoảng 54 khu dân cư mới xây dựng, 488 cao ốc phục vụ cho văn
phịng, trong đó có hơn 35,000 căn hộ và khoảng 8,000 căn hộ trống [Nguồn:
Vietnamnet Bridge ngày 22/01/08].
Dân số tại Thành phố Hồ Chí Minh là khoảng 6,1 triệu người, trung bình mỗi
tháng có khoảng hơn 1,000 doanh nghiệp mới thành lập. Như vậy, so với tổng số
khoảng hơn 100,000 doanh nghiệp hiện tại ở Thành phố Hồ Chí Minh, mỗi năm sẽ có
khoảng 14-15% doanh nghiệp mới thành lập có nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn
thông. Những con số trên cho thấy thị trường viễn thông vẫn rất tiềm năng, Internet
Việt Nam sẽ còn phát triển khi nhà nước, DN và người dân cùng hợp sức để phát triển
dịch vụ này, tương lai của Internet Việt Nam cịn ở phía trước...
Với cơ chế này, Việt Nam có thể nghĩ đến chuyện sẽ có khoảng 6-7 triệu thuê
bao Internet băng rộng vào năm 2010 và đây sẽ là thị trường tiềm năng cho các dịch
vụ khác, nhất là các dịch vụ nội dung.
Bảng 1.1 Thống kê tình hình phát triển Internet Việt Nam [nguồn: VNNIC]
Số lượng TB
Số người
quy đổi
sử dụng
Số người
sử dụng
Internet
2.334.634
Tỷ lệ dân
Tổng băng
số sử
thông quốc tế
dụng
kết nối với
internet
Việt Nam
2.86%
Tổng số
Tổng số
địa chỉ IP
thuê bao
đã cấp
băng rộng
658Mbps
133.632
4.275
Tháng 9/2003
603.641
Tháng 9/2006
3.860.264 14.006.747 16.85%
6.325Mbps
798.464
375.069
Tháng 9/2007
4.914.466 17.546.488 20.85%
12.115Mbps
3.799.808
1.036.883
1.3 Xu thế phát triển
Nguyễn Hà Thanh
-19-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
Xu hướng công nghệ trên thế giới với dịch vụ viễn thơng là sự tích hợp đa dịch
vụ: Internet, thoại, truyền hình và các dịch vụ gia tăng tên một đường dây thuê bao tới
khách hàng. Việc tích hợp các dịch vụ vào cùng một mạng truyền dẫn sẽ giảm chi phí
đầu tư cho từng dịch vụ. Hiện tại, ở Việt Nam việc cung cấp các dịch vụ này đến từng
thuê bao đang được thực hiện trên các hạ tầng mạng truy nhập khác nhau: mạng truyền
hình, mạng điện thoại. Việc ra đời của giao thức truyền dẫn mạng TCP/IP đã là cuộc
cách mạng cho Internet thế giới phát triển. Do hạn chế của các công nghệ cáp đồng, sự
phát triển của công nghệ truyền dẫn quang đã giải quyết vấn đề về băng thơng tới từng
hộ gia đình và doanh nghiệp. Có thể nói băng thơng truyền dẫn đã trở thành vô hạn đối
với các dịch vụ khi truyền dẫn bằng công nghệ truyền dẫn quang. Mạng truy nhập
quang FTTX đã trở thành xu thế xây dựng hạ tầng mạng viễn thông hiện tại và tương
lai trên thế giới bởi nó đã giải quyết được mọi vấn đề của một mạng viễn thông: về
chất lượng truyền dẫn, độ rộng băng thơng của từng th bao, tích hợp được mọi dịch
vụ hiện tại và tương lai chỉ trên một sợi cáp. Bằng một sợi cáp quang có thể đưa truyền
hình tương tự, truyền hình số, truyền hình có độ phân giải cao HD, IPTV, Internet
băng thông rộng, thoại truyền thống, thoại IP và các dịch vụ khác mà không phải lo
lắng đến băng thông truyền dẫn. Tuy nhiên, do chi phí các thiết bị quang cịn tương đối
cao so với các công nghệ sử dụng cáp đồng truyền thống nên hệ thống FTTX tùy theo
nhu cầu khách hàng có thể sẽ được sử dụng trực tiếp như mạng truy nhập tới thuê bao
(FTTH) hoặc như mạng truyền dẫn cho xDSL (FTTN).
Đứng trước xu thế phát triển của công nghệ và tiềm năng của thị trường viễn
thông các công ty viễn thơng trong nước cũng khơng nằm ngồi xu thế phát triển này,
họ đều đang ráo riết nghiên cứu thử nghiệm mạng FTTx. Người tiên phong trong việc
ra dịch vụ FTTx là công ty FPT, đã đưa dịch vụ FTTH vào khai thác từ năm cuối năm
2006, phục vụ chủ yếu các đối tượng có yêu cầu cao về Internet do chi phí lắp đặt đầu
cuối và cước th bao cịn cao.
Như vậy có thể thấy tiềm năng phát triển của hạ tầng mạng truy nhập quang tại
Việt Nam là rất lớn. Các nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam đều coi đây là một sự thay
Nguyễn Hà Thanh
-20-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
thế hồn hảo cho cơng nghệ truy cập cáp đồng hiện tại. Đã có nhiều nhà cung cấp dịch
vụ đã cho thử nghiệm thậm chí đã đưa vào kinh doanh. Tuy nhiên do đây là một công
nghệ mới với nhiều khái niệm tiêu chuẩn khác nhau dẫn đến sự phức tạp, chồng chéo
trong nghiên cứu đầu tư dẫn đến hạn chế tốc độ áp dụng và triển khai hạ tầng mạng
này của các nhà cung cấp dịch vụ mạng.
Nguyễn Hà Thanh
-21-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MẠNG TRUY NHẬP QUANG
Như đã phân tích trong chương đầu, có thể thấy rằng nhu cầu về băng thông
mạng truy cập của khách hàng tăng lên liên tục cùng với các dịch vụ mới liên tục phát
triển. Đây chính là động lực cho sự phát triển của công nghệ mạng băng rộng. Từ công
nghệ dial-up tốc độ vài chục kbps đến công nghệ xDSL vài chục Mbps, giờ đây nhu
cầu về băng thơng đã có thể lên tới hàng trăm Mbps. Điều này làm cho các công nghệ
truy nhập trên cáp đồng trở lên lạc hậu và khơng thể đáp ứng được.
Từ vai trị chủ chốt trong các hệ thống truyền dẫn mạng trục, mạng metro với
các ưu điểm về độ ổn định, băng thông, bảo mật của mình giờ đây cáp quang đã vươn
chiếm lĩnh cả lĩnh vực mạng truy nhập. Rất nhiều các công ty, tổ chức đã tập trung
nghiên cứu và cho ra đời các tiêu chuẩn và thiết bị cho hệ thống mạng truy nhập
quang. Trong số đó, chuẩn EPON do IEEE chuẩn hóa đã và đang chiếm ưu thế và đã
được triển khai thực tế tại nhiều nước.
Chương này giới thiệu về mặt kỹ thuật của hệ thống mạng truy nhập quang và
các chuẩn mạng truy nhập quang phổ biến trên thế giới đồng thời tập trung vào chuẩn
EPON với các ưu điểm, tham số kỹ thuật, nguyên tắc hoạt động và cách thức triển khai
của nó.
2.1. Khái niệm mạng truy nhập quang (FTTx)
Trước đây các hệ thống mạng thông tin được sử dụng chủ yếu là cáp đồng, ứng
dụng cho các dịch vụ có lưu lượng thấp. Việc sử dụng cáp đồng có những lợi ích như
chi phí rẻ, khả năng lắp đặt và triển khai đơn giản. Tuy nhiên cáp đồng có những hạn
chế cố hữu về cơng nghệ như băng thông nhỏ, khả năng chống nhiễu kém, suy hao lớn,
phạm vi truyền dẫn ngắn.
Công nghệ truyền dẫn bằng cáp quang đã khắc phục hoàn toàn các nhược điểm
này. Truyền dẫn bằng cáp quang không bị nhiễu do truyền tín hiệu bằng ánh sáng, suy
Nguyễn Hà Thanh
-22-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
hao nhỏ, phạm vi truyền dẫn gấp hàng chục lần so với cáp đồng. Một ưu điểm nổi bật
của cáp quang mà chưa một loại thiết bị truyền dẫn nào có đó là băng thơng. Băng
thơng của cáp quang có thể lên tới hàng trăm GHz đáp ứng được hoàn tồn nhu cầu
truyền dẫn của con người. Cơng nghệ truyền dẫn cáp quang đã ra đời được khá lâu
song việc ứng dụng vào thực tế vẫn còn bị hạn chế do gặp khó khăn về giá thành, nhu
cầu thực tế cũng như những khó khăn trong q trình thi cơng.
Đến những năm gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ đã làm cho việc
sản xuất cáp quang trở nên dễ dàng, giá thành của cáp quang cũng như các thiết bị đấu
nối cáp quang giảm xuống, làm cho cáp quang được sử dụng một cách rất rộng rãi.
Hầu hết các hệ thống mạng lõi, mạng đường trục của các mạng thông tin hiện nay đều
sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn.
Thực tế tại Việt Nam cũng như trên thế giới, các mạng lõi mạng đường trục hầu
hết sử dụng đường cáp quang, tuy nhiên mạng truy cập vẫn chủ yếu sử dụng cáp đồng.
Mạng cáp quang truy cập vẫn còn nhỏ lẻ và mới chỉ được triển khai chủ yếu ở các
nước có nền cơng nghệ thông tin phát triển như Mỹ, Hàn Quốc, Nhật Bản ...
Với sự bùng nổ về nhu cầu băng thông hiện nay, việc triển khai một hệ thống
mạng truy nhập sử dụng cáp quang đến từng hộ gia đình, khu đơ thị hoặc các tòa nhà
văn phòng, chung cư là một xu thế tất yếu. Đây chính là hệ thống mạng FTTX- (Fiber
To The Home/Curb/Building/MDU). Điều này cũng thể hiện xu hướng của các nhà
cung cấp dịch vụ hiện nay là triển khai việc lắp đặt cáp quang đến càng gần thuê bao
càng tốt.
Nguyễn Hà Thanh
-23-
Công nghệ EPON trong hệ thống mạng truy nhập quang FTTH
Hình 2.1 So sánh tốc độ của các cơng nghệ mạng truy nhập
2.2 Các dạng kiến trúc mạng truy nhập quang
Tín hiệu quang được phân phối từ nhà cung cấp dịch vụ qua một hệ thống mạng
phân phối (ODN – Optical Distribution Network). Tại điểm cuối của mạng này, các
thiết bị gọi là thiết bị đầu cuối quang (ONT – Optical Network Terminal hay còn gọi là
ONU – Optical Network Unit) sẽ chuyển đổi các tín hiệu quang này thành tín hiệu
điện.
Sau thiết bị đầu cuối quang này, tùy vào u cầu và khả năng về kinh phí đầu
tư, có thể đưa trực tiếp tín hiệu đến từng thuê bao hoặc thông qua một mạng phân phối
khác như sử dụng DSLAM, CMTS để đưa tín hiệu đến các thuê bao.
Hệ thống mạng truy nhập sử dụng cáp quang được chia thành 2 loại cơ bản là
hệ thống đường quang trực tiếp (điểm tới điểm - P2P) và hệ thống đường quang dùng
chung (điểm tới đa điểm - P2MP).
2.2.1 Hệ thống đường quang trực tiếp
Trong hệ thống đường quang trực tiếp (P2P – Point to Point) mỗi sợi quang sẽ
kết nối tới chỉ một khách hàng. Vì sợi quang là sử dụng riêng rẽ, nên cấu hình mạng
Nguyễn Hà Thanh
