THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

LỜI CẢM ƠN



Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của trường

Đại học Bách Khoa, khoa Điện Tử Viễn Thông, nay em đã hoàn thành khoá học của

mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Quý thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã tận tình chỉ bảo em

trong suốt quá trình học tập.

- Quý thầy cô ở các khoa có liên quan đã cung cấp cho em những kiến

thức cần thiết cho một sinh viên.

- Trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện cho em học tập trong

suốt thời gian qua.

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy NGUYỄN

TẤN HƯNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ

án tốt nghiệp này.

Cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ tôi và chia sẽ những khó khăn trong quá

trình thực hiện đồ án này.

Sinh viên thực hiện

VÕ DŨNG

LỜI CAM ĐOAN



Đồ án này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu các

nguồn tài liệu đã học, sách báo chuyên ngành cũng như các thông tin trên mạng mà

theo em là hoàn toàn tin cậy. Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong quá

trình nghiên cứu và tìm hiểu còn gặp nhiều thiếu sót. Em xin cam đoan đồ án này

không giống với bất kỳ công trình nghiên cứu hay đồ án nào trước đây mà em đã

biết.

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2006.

Người thực hiện

VÕ DŨNG

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...........................................................................................A

LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................B

MỤC LỤC.................................................................................................C

BẢNG TỪ VIẾT TẮT..............................................................................F

LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................H

CHƯƠNG1...............................................................................................................1

HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT

TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI...................................................1

1.1 Giới thiệu chương...........................................................................................1

1.2 Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam..............................................1

1.2.1 Truyền dẫn Quốc Tế...............................................................................1

1.2.2 Truyền dẫn Quốc Gia..............................................................................1

1.2.3 Truyền dẫn nội tỉnh.................................................................................2

1.3 Sự phát triển của lưu lượng...........................................................................2

1.4 Xu hướng phát triển hiện nay.......................................................................3

1.5 Mạng truy nhập thế hệ sau............................................................................4

1.6 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động

toàn cầu.................................................................................................................5

Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008......5

1.7 Kết luận chương.............................................................................................7

MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON...........................................8

2.1 Giới thiệu chương...........................................................................................8

2.2 Tổng quang về công nghệ PON.....................................................................8

2.2.1 Bộ tách / ghép quang...............................................................................9

2.2.2 Các đầu cuối mạng PON.......................................................................11

2.2.3 Mô hình PON.........................................................................................11

2.2.4 WDM và TDM PON..............................................................................13

2.3 Kết luận chương...........................................................................................15

CÔNG NGHỆ ETHERNET................................................................................16

3.1 Giới thiệu chương.......................................................................................16

3.2 Tổng quan về Ethernet................................................................................17

3.3 Các phần tử của mạng Ethernet.................................................................18

3.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet..............................................................18

3.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI....................19

3.6 Lớp con MAC Ethernet...............................................................................21

3.6.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet.........................................................21

3.6.2 Sự truyền khung dữ liệu.......................................................................23

3.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD.................23

3.6.2.2 Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu quả mạng cao hơn 24

3.7 Lớp vật lý Ethernet......................................................................................25

3.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO.................25

3.9 Kết luận chương...........................................................................................27

MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON..................27

4.1 Giới thiệu chương.........................................................................................27

4.2 Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON...................27

4.3 Mạng truy cập quang thụ động EPON.......................................................28

4.3.1 Nguyên lý hoạt động..............................................................................28

4.3.2 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control Protocol)

.........................................................................................................................30

4.3.3 EPON với kiến trúc 802........................................................................34

4.3.3.1 Point to Point Emulation................................................................35

4.3.3.2 Share Medium Emulation..............................................................36

4.4 Kết luận chương...........................................................................................37

KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG

TRONG EPON......................................................................................................39

5.1 Giới thiệu chương.........................................................................................39

5.2 Mô hình của EPON......................................................................................39

5.3 Thuật toán Interleaved Polling...................................................................41

5.4 Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại).............................44

5.5 Các thành phần của trể gói..........................................................................46

5.6 Cấp phát băng thông cố định......................................................................47

5.7 Cấp phát băng thông cân đối......................................................................47

5.8 Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên...............................................48

5.9 SLA aware p-DBA.......................................................................................49

5.10 SLA aware Adaptive DBA.........................................................................51

5.11 Kết luận chương.........................................................................................52

GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. 54

6.1 Giới thiệu chương.........................................................................................54

6.2 Giao diện chính của chương trình mô phỏng.............................................54

6.3 Giao diện thể hiện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ OLT đến các

ONU (hướng xuống)...........................................................................................55

6.4 Giao diện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ các ONU đến OLT

(hướng lên)..........................................................................................................56

6.5 Cấp phát băng thông truyền tải theo tỷ lệ lượng bytes có trong hàng đợi

cho từng ONU.....................................................................................................56

6.6 Tỷ lệ cấp phát băng thông cho các ONU....................................................58

6.7 Thuật toán phân bổ băng thông theo tỷ lệ bytes có trong hàng đợi dựa

trên tính ưu tiên của dịch vụ.............................................................................58

6.8 Thuật toán tính toán trễ trong mạng truy nhập quang – EPON..............63

6.9 Kết luận chương...........................................................................................65

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI...............................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................67

PHỤ LỤC.................................................................................................69

BẢNG TỪ VIẾT TẮT

TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT

A-DBA Adaptive Dynamic Bandwidth

Allocation

Cấp phát băng thông thích

ứng dữ liệu

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bội

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access

with Collision Detect

Đa truy nhập cảm nhận

sóng mang có phát hiện

xung đột

DA Destination Address Địa chỉ đích

DCE Data Communication Equipment Thiết bị giao dịch dữ liệu

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị dữ liệu đầu cuối

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

EMS Element Management System Hệ thống quản lý

EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động

Ethernet

FCS Frame Check Sequence Kiểm tra khung tuần tự

FR Frame Relay Công nghệ Frame Relay

FSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy

đủ

FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà

FTTC Fiber To The Curb Sợi quang đến cụm thuê

bao

FTTH Fiber To The Home Sợi quang đến tận nhà thuê

bao

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Hiệp hội các kỹ sư điện và

điện tử thế giới

ID Indentify Destination Chỉ định địa chỉ đích

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Services Digital

Network

Mạng tích hợp dịch vụ số

ITU International Telecommunication

Union

Liên hiệp viễn thông quốc

tế

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic

MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô

MAC Media Access Control Lớp điều khiển truy nhập

phương tiện

MDI Medium Depentdent Interface Giao diện phụ thuộc

phương tiện

MII Medium Indepentdent Interface Giao diện độc lập phương

tiện

MPCP MultiPoint Control Protocol Giao thức điều khiển đa

điểm

MPtP MultiPoint to Point Mô hình điểm đa điểm

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NIC Network Interface Card Card giao tiếp mạng

OLT Optical Line Terminal Kết cuối đường truyền

quang

ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

PC Personal Computer Máy vi tính

PCS Physical Coding Sublayer Lớp con mã hóa vật lý

PDH Plesiochoronous Digital

Hierarchy

Phân cấp số cận đồng bộ

PMA Physical Medium Attachment Lớp con thuộc lớp vật lý

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

POTS Plain Old Telephony System Hệ thống điện thoại kiểu

cũ

PRE Preamble Mào đầu

PtP Point to Point Mô hình điểm-điểm

PtPE Point-to-Point Emulation

PtMP Point-to-Multi-Point Mô hình điểm đa điểm

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

SA Source Address Địa chỉ nguồn

SDH Synchoronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo

không gian

SFD Start of Frame Delimiter Byte xác định sự bắt đầu

khung

SLA-DBA Service Level Agreement

Dynamic Bandwidth Allocation

Cấp phát băng thông động

theo mức dịch vụ cam kết

SBA Static Bandwidth Allocation cấp phát băng thông cố

định

SP-DBA Strict Priority Dynamic

Bandwidth Allocation

Cấp phát băng thông động

theo chế độ ưu tiên

SLA Service Level Agreement Cam kết mức độ dịch vụ

SME Shared Medium Emulation

SONET Synchoronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo

thời gian

WAN Wide Area Network Mạng truy nhập diện rộng

LỜI MỞ ĐẦU



Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20

Gbps. Các mạng liên tỉnh sử dụng các hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622

Mbps và 2,5 Mbps. Vào cuối năm 2004, mạng NGN đã chính thức được đưa vào

khai thác với khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ cả thoại, video và dữ liệu,

nhưng mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển nào đáng kể.Tuy nhiên

mạng truy nhập lại chủ yếu sử dụng cáp đồng, do đó không khai thác hết tính năng

của mạng NGN. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để mạng truy nhập phát triển tương

xứng với mạng đường trục đặc biệt là mạng NGN đồng thời đáp ứng ngày càng

nhiều các dịch vụ mới đòi hỏi băng thông cao cho người dùng. Trong khi đó, với

những ưu điểm vượt trội của mình, EPON (Ethernet Passive Optical Network) đã

tạo ra một sự chuyển biến rõ rệt trong mạng truy nhập. Đây cũng là giải pháp mà đề

tài này đề cập cho mạng truy nhập tại Việt Nam. Nội dung của đề tài này được chia

làm sáu chương theo cơ cấu như sau:

Chương 1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU

HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI.

Chương này cho ta biết một cách tổng quan về mạng truyền dẫn hiện tại của

Việt Nam, phân tích xu hướng phát triển mạng truy nhập trên thế giới dựa trên nhu

cầu về dịch vụ. Trên cơ sở đó, mục đích của chương này là nói lên tính tất yếu phải

nâng cấp mạng truy nhập hiện nay và mạng truy nhập quang thụ động là giải pháp

được lựa chọn.