Đề tài: Thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng

EBOOKBKMT.COM Mục lục
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................. ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .....................................................................................................i
LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP .......................................................2
1.1 Sự ra đời .......................................................................................................................2
1.2 Khái niệm.....................................................................................................................2
1.3 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập................................................4
1.4 Các công nghệ truy nhập..........................................................................................5
1.4.1 Phân loại ................................................................................................................5
1.4.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập ..................................................6
1.4 Kết luận chương...........................................................................................................9
CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON ........................ 10
2.1 Mạng thụ động PON................................................................................................ 10
2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động...................................................................... 10
2.1.2 Đặc điểm chính của hệ thống ............................................................................ 10
2.1.3 Kiến trúc mạng quang thụ động PON .............................................................. 11
2.1.5So sánh mạng PON và AON .............................................................................. 14
2.1.6 Các chuẩn mạng PON ........................................................................................ 17
2.1.7 Ưu, nhược điểm mạng PON .............................................................................. 24
2.2 Giới thiệu công nghệ GPON................................................................................... 24
2.3 Kiến trúc mạng GPON............................................................................................ 25
2.3.1 Kết cuối đường quang OLT............................................................................... 25
2.3.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT.................................................................. 26
2.3.3 Mạng phân phối quang ODN ............................................................................ 27
2.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật .......................................................................................... 28
2.4.1 Tốc độ bit ............................................................................................................. 28
2.4.2 Khoảng cách ........................................................................................................ 29
2.4.3 Tỉ lệ chia............................................................................................................... 29
2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON............ 29
2.5.1 Kỹ thuật truy nhập .............................................................................................. 29
2.5.2 Phương thức ghép kênh...................................................................................... 30
2.6 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON ....................................................... 31
2.6.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD. ......................................................... 31
2.6.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC ............................................................................... 32
2.6.3 Cấu trúc khung GTC .......................................................................................... 36

EBOOKBKMT.COM Mục lục
2.7 Phương thức đóng gói dữ liệu................................................................................ 37
2.7.1 Cấu trúc tế bào ATM.......................................................................................... 37
2.7.2 Cấu trúc khung GEM. ....................................................................................... 39
2.8 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động ........................................................ 40
2.8.1 Chuyển mạch bảo vệ .......................................................................................... 40
2.8.2 Bảo mật trong GPON ......................................................................................... 41
2.9 Kết luận chương........................................................................................................ 41
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP GPON DỰA
TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM .............................................................................. 42
3.1 Giới thiệu phần mềm OptiSystem ....................................................................... 42
3.1.1 Giới thiệu chung.................................................................................................. 42
3.1.2 Các ứng dụng của phần mềm OptiSystem....................................................... 42
3.1.3 Các đặc điểm chính của phần mềm OptiSystem............................................. 43
3.2 Thiết kế hệ thống mạng theo chuẩn GPON........................................................ 45
3.2.1 Các thông số thiết lập mạng GPON ................................................................. 45
3.2.2 Sơ đồ hệ thống mạng GPON ............................................................................. 48
3.3 Phân tích mạng truy nhập GPON dựa trên phầm mềm OptiSystem........... 50
3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang ................................................ 50
3.3.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang........................................... 54
3.4 Kết luận chương........................................................................................................ 63
KẾT LUẬN........................................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 65

Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống ...................................................2
Hình 1.2: Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T. .......................................3
Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập. .....................................................4
Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON .............................................. 11
Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON .............................................................................. 12
Hình 2.3: Bộ chia công suất quang ..................................................................................... 13
Hình 2.4: Cấu trúc của WDM-PON.................................................................................... 23
Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT.......................................................................... 25
Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU............................................................................ 26
Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao ....................................................... 27
Hình 2.8: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây............................................................... 29
Hình 2.9: Cấu trúc phân lớp mạng GPON. ........................................................................ 31
Hình 2.10: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC.................................................................. 33
Hình 2.11: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC ................................................ 34
Hình 2.12: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC............................ 36
Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên GTC....................................................................... 36
Hình 2.14: Cấu trúc tế bào ATM......................................................................................... 37
Hình 2.15: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI (a) và NNI (b) ............................... 38
Hình 2.16: Cấu trúc khung và mào đầu GEM ................................................................... 39
Hình 3.1: Giao diện người sử dụng của OptiSystem ........................................................ 42
Hình 3.2: Thiết lập các thông số cho đường xuống .......................................................... 46
Hình 3.3: Thiết lập các thông số cho đường lên................................................................ 47
Hình 3.4: Thiết lập các thông số toàn mạng ...................................................................... 47
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng theo chuẩn GPON ............................................................ 48
Hình 3.6: Cấu trúc khối ONU.............................................................................................. 49
Hình 3.7: Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất. .................. 50
Hình 3.8: Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER .............................. 52
Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ ................................................................................... 52
Hình 3.10: Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát = 1dBm .................................... 54
Hình 3.11: Công suất đo tại đầu vào của ONU 1 khi Pphát = 1dBm ............................. 54
Hình 3.12: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1........................................... 54

Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình vẽ
Hình 3.13: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1 ................................. 55
Hình 3.14: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1 ........................................... 55
Hình 3.15: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong kịch bản 1 ................. 56
Hình 3.16: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 2 với L = 10km.................. 56
Hình 3.20: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 3 với bộ chia 1:16 ............. 58
Hình 3.24: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 với bộ chia 1:16................... 60
Hình 3.25: Công suất đo được tại đầu ra của bộ OLT khi Pphát = 5dBm ..................... 61
Hình 3.26: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 khi Pphát = 5dBm ............... 61
Hình 3.27: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong kịch bản 4 với Pphát = 5dBm.......... 61
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến.......................................................................6
Bảng 1.2: Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập. .....................................................7
Bảng 1.3: So sánh về giá thành các công nghệ.....................................................................8
Bảng 2.1: Bảng so sánh AON và PON về băng thông ..................................................... 15
Bảng 2.2: Bảng so sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng ............................ 16
Bảng 2.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON ..................................................... 20

Luận văn tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber
Line
Đường dây thuê bao bất đối xứng
APON
ATM-Based Passive Optical
Network
Mạng quang thụ động dùng
ATM
ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
BER
Bit Error Rate (The ITU-T uses Bit
Error Ratio)
Tỉ lệ lỗi bít
BPON
Broadband Passive Optical
Network
Mạng quang thụ động băng rộng
CATV Cable Television Truyền hình cáp
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CO Central Office Tổng đài trung tâm
DTV Definition Television Truyền hình kỹ thuật số
DBA Dynamic Bandwidth Alocation Cấp phát băng thông động
EPON Ethernet PON
Mạng quang thụ động chuẩn
Ethernet
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước
FO FiberOptic Sợi quang
FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập dịch vụ đầy đủ
FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà
FTTC Fiber To The Curb Cáp quang đến cụm dân cư
FTTCab FibertotheCabinet Cáp quang kéo tới tủ
FTTN Fiber To The Node Cáp quang đến các node
FTTO Fiber To The Office Cáp quang đến văn phòng
FTTP FibertothePremises Cáp quang kéo tới khách hàng
FTTx
Fibertothex, where x = (H)ome,
(C)urb, (B)uilding, (P)remesis,
etc.
Cáp quang kéo tới x, trong đó x có
thể là Home, Curb, Building,
Premises…
FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến tận nhà
GEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON
GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit
HDTV HighDefinition Television TV độ nét cao
HFC Hybrid Fiber Coaxial
Mạng lai giữa cáp đồng và cáp
quang
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình Internet
ISDN Integrated Services DigitaNetwork Mạng dịch vụ số tích hợp
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ITU
International Telecommunication
Union
Liên minh viễn thông quốc tế
LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ

Luận văn tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt
MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập
MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị
OAM
Operations Administration and
Maintenance
Khai thác quản lí và bảo dưỡng
ODF Optical Distribution Frame Hộp phân phối quang
ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang
OLT Optical Line Terminal/Termination Thiết bị đầu cuối đường dây quang
OMCI
ONT Management Control
Interface
Giao diện điều khiển quản lý thiết bị
đầu cuối mạng
ONT
Optical Network
Terminal/Termination
Thiết bị đầu cuối mạng
ONU Optical Network Unit Thiết bị mạng quang
P2P Point-to-Point Điểm tới điểm
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PLOAM
Physical Layer Operations and
Maintenance
Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật
lý
PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mode phân cực
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp đồng bộ số
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
TDM TimeDivision Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
TDMA Time Division Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
UNI User Network Interface Giao diện người sử dụng mạng
VDSL
Very High Bit Rate Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số tốc độ rất
cao
VoD Video On Demand Video theo yêu cầu
VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức Internet
WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

Luận Văn tốt nghiệp Lời mở đầu
Nguyễn Quang Huy CB110855
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu vực kinh tế, các tổ chức xã hội đã
tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh
và dữ liệu.Bên cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và
phát triển với tốc độ nhanh chóng như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, các
dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ gia tăng
tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu đang ngày càng tăng. Sự phát triển của các loại hình
dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông
rộng, tốc độ truy nhập cao. Vậy nên mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan
trọng để giải quyết các vấn đề trên. Trong đó, mạng truy nhập quang thụ động GPON
(Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy
nhập để làm giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn mạng. Mạng GPON là mạng điểm đến đa
điểm mà không cần có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến
đích, cơ bản thì nó bao gồm sợi quang, và các thiết bị thụ động. Điều này làm tiết kiệm
chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng
quang.
Những năm gần đây Việt Nam cũng đã triển khai mạng truy nhập quang thụ
động GPON đang có nhiều ưu thế. Công nghệ GPON hiện nay là một trong những
công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho việc triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước
trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp
thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng.
Xuất phát từ vị trí, vai trò của mạng truy nhập quang và các công nghệ truy nhập
quang trong sự phát triển chung của hệ thống mạng viễn thông và mong muốn tìm hiểu
mô hình hệ thống GPON nên em đã chọn đề tài “Phân tích và thiết kế mạng truy nhập
GPON dựa trên phần mềm mô phỏng OptiSystem.” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của
mình. Ngoài phần lời mở đầu, nội dung luận văn được chia thành ba chương cụ thể như
sau:
Chương 1: Tổng quang mạng truy nhập .
Chương này trình bày khái niệm mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truy
nhập quang. Những ưu điểm vượt trội của mạng truy nhập.
Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON.
Chương này trình bày kiến trúc mạng quang thụ động PON. Và tìm hiểu sâu
hơn về công nghệ GPON như các tiêu chuẩn kỹ thuật, kỹ thuật truy nhập…
Chương 3: Phân tích và thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phầm
mềm OptiSystem.
Chương này trình bày các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang và phân tích
các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang thông qua phần mềm OptiSystem.

Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan mạng truy nhập
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP
1.1 Sự ra đời
Mạng viễn thông hiện nay được phát triển theo hướng hoàn toàn đa phương tiện
và Internet. Điều này làm cho việc tìm kiếm phương án giải quyết truy nhập băng
thông có giá thành thấp, chất lượng cao đã trở nên rất cấp thiết.
Cùng với sự phát triển của xã hội thông tin, nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông
ngày càng tăng, từ dịch vụ điện thoại đến dịch vụ số liệu, hình ảnh, đa phương tiện.
Việc tích hợp các dịch vụ này vào cùng một mạng sao cho mạng viễn thông trở
nên đơn giản hơn và đang trở thành vấn đề nóng bỏng của nghành viễn thông quốc
tế.
1.2 Khái niệm
Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống.
Theo quan điểm truyền thống, mạng truy nhập hay công trình ngoại vi là toàn
bộ hệ thống thiết bị và đường truyền dẫn nằm giữa tổng đài và thiết bị đầu cuối
của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đến
thuê bao(hình 1.1). Như vậy, mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống là một
trong các loại hình mạng phức tạp nhất trên thế giới, chứa đựng một khối lượng
khổng lồ các đôi dây cáp đồng để kết nối từ tổng đài nội hạt đến các thuê bao.
Hình 1.1 : Mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống
Dịch vụ cơ bản do mạng truyền thống cung cấp là dịch vụ thoại truyền thống
POST(plain old telephone services). Với sự phát triển không ngừng của công
nghệ, mạng cáp đồng nội hạt ngày nay còn có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ
IPTV. Tuy nhiên, mạng truy nhập truyền thống bộc lộ khá nhiều nhược điểm như:
• Hạn chế khả năng cung cấp các dịch vụ mới, đặc biệt là dịch vụ băng thông.
• Chi phí đầu tư lớn, lãng phí thiết bị
• Bán kính phục vụ nhỏ.
Để khắc phục được những nhược điểm trên của mạng truy nhập truyền thống,
nhiều giải pháp ra đời. Ngoài các giải pháp nâng cao năng lực của mạng truy nhập
truyền thống như dùng tổng đài phân tán RLC, dùng bộ cung cấp mạch vòng thuê
bao số DLC, thay đổi đường kính cỡ cáp…còn xuất hiện các công nghệ truy nhập

khác như truy nhập quang, truy nhập quang lai ghép đồng trục, truy nhập vô tuyến.
Như vậy khái niệm mạng truy nhập theo quan điểm truyền thống khôn còn đúng
với tất cả các mạng truy nhập hiện nay
Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU_T
Theo các khuyến nghị của ITU-T, mạng truy nhập hiện được định nghĩa như
trên hình 1.2.Theo đó mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa
giao diện nút dịch vụ(SNI) và giao diện người sử dụng- mạng (UNI).Mạng truy
nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông. Giao diện điều kiển và
quản lý mạng là Q3
Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI,
còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN) thông quan SNI. Về nguyên tắc
không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI. Mạng truy nhập và
nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống mạng quản trị viễn thông (TMN) qua
giao diện Q3.
Hình 1.2: Mạng truy nhập hiện đại dưới quan điểm của ITU-T.
Giao diện nút dịch vụ
Là giao diện ở mặt cắt dịch vụ của mạng truy nhập. Kết nối với tổng đài SNI
cung cấp cho thuê bao các dịch vụ cụ thể. VD: tổng đài có thể kết nối với mạng
truy nhập qua giao diện V5
Giao diện V5 cung cấp chuẩn chung kết nối thuê bao số tới tổng đài số nội hạt.
Giải pháp này có thể mang lại hiệu quả cao do cho phép kết hợp hệ thống truyền
dẫn thuê bao và tiết kiệm card thuê bao ở tổng đài. Hơn nữa phương thức kết nối
này cũng thúc đẩy việc phát triển các dịch vụ băng rộng.

Giao diện người sử dụng- mạng
Đây là giao diện phía khách hàng của mạng truy nhập. UNI phải hỗ trợ nhiều
dịch vụ khác nhau, như thoại tương tự, ISDN băng hẹp và băng rộng và dịch vụ
leased số hay tương tự….
Giao diện quản lý
Thiết bị mạng truy nhập phải cung cấp giao diện quản lý để có thể điều kiển
một cách hiệu quả toàn bộ mạng truy nhập. Giao diện này cần phải phù hợp với
giao thức Q3 để có thể truy nhập mạng TMN và hoàn toàn tương thích với các hệ
thống quản lý mạng mà thiết bị do nhiều nhà sản xuất cung cấp. Hiện nay phần
nhiều các nhà cung cấp thiết bị sử dụng giao diện quản lý của riêng mình thay vì
dùng chuẩn Q3.
1.3 Những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập
Với định nghĩa mạng truy nhập như trên để đạt được cấu trúc như mong muốn
thì mạng truy nhập nói riêng và mạng viễn thông nói chung phải trải qua những
giai đoạn quá độ với nhiều trạng thái khác nhau tương tự với những xuất phát
điểm(mạng truyền số liệu, thoại truyền thống PSTN, mạng di động, mạng di động
nội hạt) và giải pháp sử dụng khác nhau. Hình 1.3 cho chúng ta thấy mốc phát
triển của các dòng thiết bị truy nhập trong mạng viễn thông với xuất phát điểm là
mạng PSTN.
Hình 1.3: Sự phát triển của các dòng thiết bị truy nhập.

1.4 Các công nghệ truy nhập
1.4.1 Phân loại
Có rất nhiều tiêu chí khác nhau để phân loại công nghệ truy nhập. Ở đây, chúng ta
thực hiện phân loại theo hai tiêu chí: dựa trên băng thông và môi trường truyền dẫn.
*Phân loại dựa trên băng thông:
• Truy nhập băng hẹp:
∙ Là truy nhập có tốc độ truy nhập <2Mbps. Ví dụ: truy nhập bằng quay số(dial-
up), công nghệ ISDN băng hẹp (N-ISDN), xDSL băng hẹp (ISDN, SDSL, ADSL
lite)…
• Truy nhập băng rộng:
∙ Là truy nhập có tốc độ truy nhập >2Mbps. Ví dụ: công nghệ xDSL, công nghệ
Moderm cáp (MC), công nghệ truy nhập qua đường dây điện lực (PLC), công
nghệ truy nhập quang, LMDS, Wimax, truy nhập vệ tinh…
*Phân loại dựa trên môi trường truyền dẫn:
• Công nghệ truy nhập hữu tuyến:
∙ Công nghệ modem băng tần thoại, ISDN, xDSL, Ethernet dựa trên cáp đồng
xoắn.
∙ Công nghệ modem cáp CM trên mạng cáp truyền hình cáp CATV.
∙ Công nghệ PLC trên mạng cáp điện
∙ Công nghệ truy nhập quang trên cáp CATV, PLC, PSTN
• Công nghệ truy nhập vô tuyến:
Chúng ta có thể nhìn thấy truy nhập vô tuyến theo quan điểm của IEE (bảng 1.1).
Theo đó căn cứ vào vùng bao phủ hệ thống thiết bị chúng ta có các mạng diện hẹp
PAN với những ví dụ công nghệ như Blutooth, Wireless USB. Các mạng diện nội hạt
với điển hình là công nghệ WLAN với những chuẩn cho lớp vật lý 802.11a,
802.11b,802.11g,802.11n. Tiếp theo là các mạng diện rộng với những cải tiến của
chuẩn 801.11, những mạng truy nhập vô tuyến đa kênh đa điểm, đa kênh đa điểm nội
hạt (MMDS và LMDS) với xuất phát điểm là dùng để quảng bá tín hiệu truyền hình.
Cuối cùng là mạng diện rộng với các thế hệ của điện thoại tế bào và cộng thêm vào đó
hệ thống truy nhập sử dụng vệ tinh.

PAN LAN MAN WAN
Bluetooth
802.15
802.11a
802.11b
802.11g
802.11n
HiperLAN2
802.11
802.16
MMDS
LMDS
2.5G/3G
GSM/GPRS
CDMA/1x/3x
4G
Notebook/PC đến
thiết bị / Máy in /
Bàn phím/ Điện
thoại
Máy tính - Máy
tính và tới
internet
Truy nhập đến km
cuối cùng và cố
định
Các máy cầm tay và
thiết bị PDA đến
Internet
< 1Mbps 2 đến 54 + Mpbs 22+ Mbps 10 đến 384 kbps
Bảng 1.1: Các công nghệ truy nhập vô tuyến.
1.4.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy nhập
Chúng ta có thể thể so sánh các công nghệ truy nhập trên nhiều góc nhìn khác
nhau:
Bảng 1.2: cho chúng ta so sánh chung nhất giữa những công nghệ.
Bảng 1.3: đánh giá về các công nghệ truy nhập trên khía cạnh kinh tế khi triển khai.

Công nghệ Băng thông Ưu điểm Nhược điểm
Tốc độ lên
Tốc độ
xuống
Dial – up
(V90)
33.6 Kb/s 56.6 Kb/s
Phạm vi cung cấp
rộng,
Giá thành rẻ
Tốc độ rất chậm
xDSL
(ADSL)
1.5 Mb/s 8 Mb/s
Tốc độ cao
Độ tin cậy cao
Nhiều chuẩn khác
nhau
Modem cáp Tối đa 10
Mb/s
Tối đa 30
Mb/s
Tốc độ cao
Giá thành rẻ
Chuẩn thông dụng
Cấu trúc và băng tần
phải chia sẻ
IDSN
128 Kb/s 128 Kb/s
Sử dụng rộng rãi
Tương thích với
DSL
Tốc độ chậm
Chi phí rất cao
Khó quản lý giám sát
Vệ tinh
33.6 Kb/s 400 Kb/s
Khả năng ứng
dụng rộng rãi
Tốc độ luồng lên thấp
Chi phí thiết bị cao
Độ tin cậy chưa cao
Ảnh hưởng do các tác
dụng của thời tiết
Vô tuyến di
động
Tùy thuộc
công nghệ
Tùy thuộc
công nghệ
Có khả năng di
động triển khai
dịch vụ nhanh
Nhiều chuẩn công
nghệ
Khó khăn khi triển
khai trên diện rộng
Vô tuyến cố
định
Tùy thuộc
công nghệ
Tùy thuộc
công nghệ
Tốc độ cao
Nhiều cấp độ ứng
dụng.
Chi phí thiết bị cao.
Phạm vi ứng dụng
hạn chế.
Phụ thuộc vào cự ly
và anten
Cáp quang
Lớn ( cỡ
Gbps)
Lớn (cỡ
Gbps)
Tộc độ cao.
Chất lượng kết nối
cao
Giá thành đắt
PLC 18 Mb/s 45 Mb/s
Có mặt ở khắp nơi
trên đường dây
điện lực
Chưa có chuẩn chung
Bảng 1.2: Đánh giá chung về các công nghệ truy nhập.

Công nghệ Băng thông Ưu điểm Nhược điểm
Tốc độ lên
Tốc độ
xuống
Dial – up
(V90)
33.6 Kb/s 56.6 Kb/s
Phạm vi cung cấp
rộng,
Giá thành rẻ
Tốc độ rất chậm
xDSL
(ADSL)
1.5 Mb/s 8 Mb/s
Tốc độ cao
Độ tin cậy cao
Nhiều chuẩn khác
nhau
Modem cáp Tối đa 10
Mb/s
Tối đa 30
Mb/s
Tốc độ cao
Giá thành rẻ
Chuẩn thông dụng
Cấu trúc và băng tần
phải chia sẻ
IDSN
128 Kb/s 128 Kb/s
Sử dụng rộng rãi
Tương thích với
DSL
Tốc độ chậm
Chi phí rất cao
Khó quản lý giám sát
Vệ tinh
33.6 Kb/s 400 Kb/s
Khả năng ứng
dụng rộng rãi
Tốc độ luồng lên thấp
Chi phí thiết bị cao
Độ tin cậy chưa cao
Ảnh hưởng do các tác
dụng của thời tiết
Vô tuyến di
động
Tùy thuộc
công nghệ
Tùy thuộc
công nghệ
Có khả năng di
động triển khai
dịch vụ nhanh
Nhiều chuẩn công
nghệ
Khó khăn khi triển
khai trên diện rộng
Vô tuyến cố
định
Tùy thuộc
công nghệ
Tùy thuộc
công nghệ
Tốc độ cao
Nhiều cấp độ ứng
dụng.
Chi phí thiết bị cao.
Phạm vi ứng dụng
hạn chế.
Phụ thuộc vào cự ly
và anten
Cáp quang
Lớn ( cỡ
Gbps)
Lớn (cỡ
Gbps)
Tộc độ cao.
Chất lượng kết nối
cao
Giá thành đắt
PLC 18 Mb/s 45 Mb/s
Có mặt ở khắp nơi
trên đường dây
điện lực
Chưa có chuẩn chung
Bảng 1.3: So sánh về giá thành các công nghệ

Hiện trạng và hướng phát triển
Rất nhiều tài liệu công nhận rằng xu hướng phát triển của mạng truy nhập bao
gồm hai hướng cơ bản:
Thứ nhất là cung cấp cho khách hàng băng thông gần như không hạn chế đó
chính là xu hướng phát triển các công nghệ quang thụ động
Thứ 2 là cung cấp cho người dùng kết nối mọi lúc mọi nơi với tốc độ có thể
thỏa mãn những ứng dụng cơ bản đó chính là các truy nhập vô tuyến với các thế hệ từ
2 đến 4.
Phát triển của truy nhập vô tuyến hội tụ đến 4G
Để tiến đến thế hệ thứ 4 mạng truy nhập vô tuyến sẽ hội tụ lại từ hai hướng:
Hướng 1: Từ các hệ thống cá nhân, nội hạt, thành phố (với những đại diện điển
hình WLAN và Wimax).
Hướng 2: Từ phía các diện rộng ( với các đại diện là GSM, IMT2000,
WCDMA).
1.4 Kết luận chương
Trong chương 1, em đã giới thiệu các quan điểm khác nhau về mạng truy nhập,
những giai đoạn phát triển của mạng truy nhập cũng như phân loại mạng truy nhập
theo băng thông và môi trường truyền dẫn.
Xu hướng phát triển của mạng truy nhập trong tương lai tuy có nhiều quan điểm khác
nhau nhưng đều thống nhất hướng tới công nghệ truy nhập theo mạng thế hệ sau NGN
với tiêu chí truy nhập mọi lúc, mọi nơi và không hạn chế tốc độ.

Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON
2.1 Mạng thụ động PON
2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động
Mạng quang thụ động PON là một mạng quang không có các phần tử điện phụ
hay thiết bị quang điện tử. PON là công nghệ sử dụng các bộ chia quang (Splitter) để
nối tới rất nhiều thiết bị đầu cuối mạng quang. Như vậy, trong PON sẽ bao gồm: Sợi
quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc, chính nhờ vào
cấu trúc như thế mà PON có những ưu điểm đặc trưng như:
- Không yêu cầu cung cấp nguồn điện nên không ảnh hưởng của lỗi nguồn.
- Tạo thành đường truyền thông suốt giữa tổng đài và thuê bao. Làm cho cấu trúc
mềm dẻo hơn vì nó chỉ phụ thuộc vào dạng tín hiệu. Và việc sử dụng linh kiện
thụ động sẽ làm tăng độ tin cậy của hệ thống.
- Chi phí cho khai thác vận hành và bảo dưỡng nhỏ.
- Đối với cấu trúc mạng PON, công suất quang sẽ quyết định số bộ chia quang.
Tín hiệu có băng tần càng lớn, công suất quang càng nhỏ thì mức thu giảm, vì
vậy khả năng chia kênh sẽ bị giảm so với trường hợp tín hiệu băng hẹp. Cho
nên để tăng băng tần hệ thống phải áp dụng các công nghệ truyền dẫn tiên tiến
như kĩ thuật thu kết hợp hay kĩ thuật ghép bước sóng.
2.1.2 Đặc điểm chính của hệ thống
• 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 topo hình cây, sao, bus và ring.

2.1.3Kiến trúc mạng quang thụ động PON
Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang,
ONU/ONT. OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất
cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang. Tín hiệu từ OLT sẽ
đến các splitter quang. Splitter quang được sử dụng để phân chia công suất từ một sợi
duy nhất đến x người sử dụng (x có thể là 32, 64 hoặc 128, điều đó phụ thuộc vào hệ
số chia của splitter) trên một khoảng cách tối đa là 20 km. Để thu được tín hiệu từ
OLT, tại phía người sử dụng cần có các bộ ONU/ONT.
Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON

Từ mô hình chung ở trên, mạng PON còn được triển khai dưới các dạng kiến
trúc như sau:
Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON
Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:
 OLT: Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office. Nó là thành
phần quan trọng nhất trong hệ thống GPON, cung cấp các giao diện truy nhập
PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu
phía đường lên.
 ONU: Đây là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng. Nó là điểm cuối của mạng
quang FTTH. ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON thành
các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại
được sử dụng tại thuê bao.
 ONT: Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là điểm cuối cùng của ODN.
 ODN: Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT. Cụ thể,
hệ thống phân phối quang ODN bao gồm các thành phần sau đây:
- Măng xông quang
- Dây nhảy quang

- Hộp phối quang ODF
- Splitter (bộ chia/ghép quang). Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia công
suất quang. Dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở
đầu ra. Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức là
không phải cấp nguồn. Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia. Hệ số
chia càng lớn thì suy hao càng lớn. Với hệ số chia là 1:2 thì suy hao khoảng 3
dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB. Suy hao này chính là
suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý. Hình 2.3 cho biết
nguyên lý chung của bộ chia công suất quang. Giả sử tại đầu vào có 3 bước
sóng λ1 ở đường xuống, λ2, λ3 ở đường lên, với bộ chia công suất có hệ số chia
là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào là λ2và bước sóng ra là
λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước sóng ra là λ1.
Hình 2.3: Bộ chia công suất quang
2.1.4 Các chuẩn PON
ITU-TG983
APON (ATM Pasive Optical Network) Mạng quang thụ động ATM. Đây là
chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên.Từng được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng
thương mại trên nền ATM.
BPON( Broadband PON) là chuẩn trên nền APON. Được bổ xung để hỗ trợ cho
WDM ghép kênh phân chia theo bước sóng, cấp phát băng thông đường lên rộng và
lớn hơn, tính chọn lọc cao. Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn gọi là OMCI,
giữa OLT và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp hỗn hợp, cụ thể :
• G983.1 : Năm 1998, trình bày về lớp vật lý cưa hệ thống APON/BPON.
• G983.2 : Năm 1999, đặc tính của giao diện điều kiển và quản lý ONT.
• G983.3 : Thông quan năm 2001, đặc tính mở rộng cung cấp những dịch vụ
thông qua phân bổ bước sóng.

• G983.4 : Thông qua năm 2001, mô tả những cơ chế cần thiết để hỗ trợ phan
bổ băng tần động trong các ONT của cùng một mạng PON.
• G983.5 : Thông qua năm 2002, xác định những cơ chế chuyển mạch bảo vệ
cho BPON.
• G983.6 : Thông qua năm 2002, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều
kiển cần thiết cho quản lý những chức năng chuyển mạch tại ONT.
• G983.7 : Thông qua năm 2001, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều
kiển cần thiết cho quản lý những chức năng DBA tại ONT.
ITU-T984
GPON ( Gigabit PON) là một sự phát triển của chuẩn BPON. Nó hỗ trợ tốc độ cao
hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp giao thức ( ATM, GEM, Ethrenrt)
• G 984.1 : mô tả những đặc tính chung của hệ thống GPON như là kiến trúc,
tốc độ bít, bảo vệ và bảo mật
• G984.2 : Xác định những thông số của GPON tại tốc độ lên là ( 155Mb/s,
622Mb/s, 1,5 Gb/s, 2,5Gb/s), xuống là (1,5Gb/s và 2,5Gb/s)
• G983.4 : Mô tả những đặc tính về khung hội tụ truyền dẫn của GPON, bản tin,
phương pháp xác định khoảng, hoạt động, giám sát, những chức năng bảo dưỡng và
bảo mật.
IEEE 802.3ah
EPON hay GEPON ( Ethernet PON) là một chuẩn IEEE để sử dụng Ethernet
cho dữ liệu gói.
Trong các giải pháp mạng PON, giải pháp EPON được hỗ trợ và phát triển
nhanh nhất. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chọn giải pháp này để làm mạng truy nhập
và truyền tải lưu lượng Metro (MEN) để cung cấp đa dịch vụ. Tuy nhiên cơ chế duy trì
và phục hội mạng của giải pháp EPON còn chậm nên chỉ có thể áp dụng cho mạng có
quy mô vừa và nhỏ.
2.1.5So sánh mạng PON và AON
Mạng quang chủ động AON (Active Optical Network) là kiến trúc mạng điểm -
điểm. Thông thường mỗi thuê bao có một đường cáp quang riêng chạy từ thiết bị trung
tâm (Access Node) đến thuê bao.
Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật PON và
AON. Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ xem xét một số thông số quan trọng như băng
thông, khả năng điều khiển luồng, khoảng cách…

 Về băng thông
Ngày càng có nhiều dịch vụ viễn thông yêu cầu tốc độ cao như IPTV, VOD,
Conference meeting… Do đó băng thông là một vấn đề vô cùng quan trọng. Bảng 2.1
dưới đây sẽ cho ta cái nhìn khái quát hơn về băng thông đáp ứng được giữa 2 công
nghệ này.
AON PON Đánh giá
Băng thông tối đa cho một thuê bao
Rộng
Với mỗi một thuê bao
sử dụng riêng một
đường cáp quang thì
băng thông có thể nằm
trong khoảng từ
100Mbps đến 1Gbps
(đối với hộ gia đình
hoặc một công ty).
Hợp lý
Các chuẩn của mạng PON
được nghiên cứu rộng rãi
cho phép băng thông cấp
phát đến các port tại OLT
là giống nhau.
AON ưu thế hơn
Công nghệ AON tốt hơn, băng
thông tối đa của mỗi thuê bao là
lớn hơn. Bởi vì đối với các
doanh nghiệp thì băng thông
thường lớn hơn các thuê bao
của hộ gia đình, nếu sử dụng
PON thì không thể điều khiển
sự khác nhau này.
Điều chỉnh băng thông
Đơn giản
Khi một node truy
nhập được cấu tạo từ
các module thì người
ta có thể nâng cấp
được băng thông cho
một thuê bao nào đó
bằng cách can thiệp
vào phần cứng.
Khó khăn
Để điều chỉnh băng thông
của một thuê bao thì rất
khó vì nó phụ thuộc vào
cấu trúc của mạng PON.
Điều này có thể được cải
tiến trong tương lai nếu
cấu trúc mạng PON có cấu
hình dự phòng n +1.
AON tốt hơn
Công nghệ mạng AON tốt hơn
bởi vì nó dễ dàng nâng cấp hơn.
Bảng 2.1: Bảng so sánh AON và PON về băng thông

 Về lưu lượng
AON PON Đánh giá
Sự phát triển băng thông hiện thời
Đơn giản
Có thể điều tiết lưu lượng
tại các node truy nhập
thông qua các switch dưới
sự quản lý của hệ thống
điều khiển mạng.
Khó khăn
Vì mạng PON tại phía nhà
cung cấp dịch vụ sử dụng
công nghệ ghép kênh theo
bước sóng và trong quá
trình truyền nhận lại sử
dụng các splitter cho nên
việc điều khiển băng
thông là khó khăn.
AON chiếm ưu thế
Các hiện tượng trễ, jitter và các nhiễu khác trong quá trình truyền
Thấp
Đều sử dụng sợi quang
nên những hiện tượng này
là không đáng kể.
Thấp Như nhau
Sự xung đột tại các node truy nhập
Thấp
Thuê bao tại một node
truy nhập, sử dụng giao
diện quang và mật độ thuê
bao tại các card giao diện
tương đối thấp so với
OLT sử dụng trong mạng
PON nên khi có sự cố
xảy ra thì các thuê bao bị
ảnh hưởng ít hơn.
Cao
Tại OLT, một splitter
quang chia giao diện
người dùng ra làm 32 hay
64 tín hiệu. Một subrack
thường cung cấp nhiều
giao diện thuê bao nên khi
xảy ra sự cố thì thường có
nhiều thuê bao chịu ảnh
hưởng.
AON ít xung đột hơn
Số lượng thuê bao sử
dụng mạng AON chịu
ảnh hưởng của sự cố
đường truyền ít hơn so
với mạng PON.
Bảng 2.2: Bảng so sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng

2.1.6Các chuẩn mạng PON
Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: Nhóm 1 bao gồm các chuẩn
theo phương thức ghép kênh TDM PON như là APON, BPON, EPON, GPON; Nhóm
2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy nhập khác như: WDM-PON và CDMA-
PON.
2.1.6.1 BPON
Mạng quang thụ động băng rộng BPON được chuẩn hóa trong chuỗi các
khuyến nghị G.938 của ITU-T. Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các khối
chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu đường lên và
đường xuống, giao thức truy nhập đường lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếp
quản lý và điều khiển ONT và DBA.
Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào
ATM. Một khung đường xuống có tốc độ 155Mbit/s hoặc 622 Mbit/s và một tế bào
quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong
kênh. PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM. Ngoài ra các tế bào
PLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thông đường lên và
các bản tin OAM.
Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo
(VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống của
mình. Mỗi một kênh gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bit từ mào đầu. Từ mào
đầu mang thông tin về thời gian bảo vệ, mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tín
hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu. Chiều dài của từ
mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT. Các ONT thực hiện
gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT. BPON 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 đường lên bởi dữ liệu của ONT. OLT dừng định kỳ việc truyền
đường lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt động hệ
thống. Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu
nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia. OLT xác định
khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định
thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc đáp. Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị
trễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT.

2.1.6.2 EPON
EPON được chuẩn hóa bởi IEEE 802.3. Trong EPON dữ liệu đường xuống
được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet. Các khung EPON có cấu trúc tương tự
như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác
định điểm bắt đầu của khung được thay đổi để mang trường nhận dạng kênh logic
nhằm xác định duy nhất một ONU MAC. Trong đường lên, các ONU phát các khung
Ethernet trong các khe thời gian đã được phân bổ. ONU sử dụng giao thức điều khiển
đa điểm PDU để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi
bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU. Các bản tin “Gate” bao gồm thông
tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU.
OLT cũng định kỳ gửi các bản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băng
thông hay không. Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát trong
đường lên. Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON để thực
hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông. Do không có cấu trúc khung thống nhất
đối với đường xuống và đường lên, do vậy trong cấu trúc của EPON, các khe thời gian
và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON. OLT và các ONU duy trì
các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns. Mỗi một MPCPDU mang theo
một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng. Tốc độ
truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s.
2.1.6.3 GPON
GPON được xây dựng dựa trên BPON và EPON. Mặc dù GPON hỗ trợ truyền
tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu
hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đóng gói GPON. GEM
là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701 ngoại trừ
việc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp
các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM.
GPON sử dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai đường xuống và đường lên.
Khung đường xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin
GEM và/hoặc các tế bào ATM. PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt
băng thông cho ONT gửi dữ liệu trong khung đường lên tiếp theo. Khung đường lên
bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT. Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào
đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong BPON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp
các yêu cầu băng thông của các ONT. Ngoài ra, các PLOAM và các yêu cầu băng
thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm đường lên khi có yêu cầu từ OLT.

Đặc tính B-PON G-PON E-PON
Tổ chức chuẩn hóa
FSAN và ITU-T
SG 15
(G.983 series)
FSAN và ITU-T
SG 15
(G.983 series)
IEEE 802.3
(802.3ah)
Tốc đọ dữ liệu
155.52 Mbit/s
hướng lên 155,52
hoặc 622,08Mbit/s
hướng xuống
Lên tới 2,488 Gbit/s
cả 2 hướng
1 Gbit/s cả 2 hướng
Tỷ lệ
chia(ONUs/PON)
1:64 1:64 1:64**
Mã đường truyền Scramble NRZ Scramble NRZ 8B/10B
Số lượng sợi quang 1 hoặc 2 1 hoặc 2 1
Bước sóng
1310nm cả 2 hướng
hoặc 1490nm
xuống & 1310nm
lên
1310nm cả 2 hướng
hoặc 1490nm
xuống & 1310nm
lên
1490nm xuống &
1310nm lên
Cự ly tối đaOLT-
ONU
20km (10-20) km (10-20) km
Chuyển mạch bảo
vệ
Có hỗ trợ Có hỗ trợ Không hỗ trợ
Khuôn dạng dữ liệu ATM GEM và ATM
Không( sử dụng
trực tiếp các khung
Ethernet)
Hỗ trợ TDM Quan ATM
Trực tiếp( qua
GEM hoặc ATM0
hoặc CES
CES
Hỗ trợ thoại Qua ATM
Qua TDM hoặc
VoIP
VoIP
QoS Có (DBA) Có (DBA) Có (ưu tiên 802.1Q)
Sửa lỗi hướng tới
trước FEC
Không RS (255,239) RS (255,239)
Mã hóa bảo mật AES-128 AES-128, 192, 256 Không
OADM PLOAM và ATM
GTC và
ATM/GEM OAM
802.3ah Ethernet
OAM
Bảng 2.3: So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON
2.1.6.4 GEPON
Trong tháng 6 năm 2004, công nghệ Ethernet được khuyến nghị dùng cho mạng
truy nhập và có tên là IEEE 802.3ah. Nó được coi là một hệ thống mạng truy nhập
quang tốc độ cao. Do đây là hệ thống mạng PON được tối ưu cho công nghệ Ethernet
nên có tên thường gọi là EPON. Ngoài ra nó còn có thêm tiền tố G là viết tắt của
“Gigabit” nên còn gọi là GEPON.

Một hệ thống GEPON với tỷ lệ chia là 32 có thể cung cấp một băng thông đối
xứng là trên 30 Mbps cho mỗi khách hàng. Băng thông này là đủ để cung cấp các dịch
vụ yêu cầu băng thông lớn như các ứng dụng video cũng như các ứng dụng thoại và
data. Thậm chí với đồng thời 3 luồng video nộ nét cao với dung lượng mỗi luồng là 6
đến 7 Mbps (tổng cộng là 18 đến 21Mbps) thì vẫn còn đủ dung lượng cho VoIP và
truy cập internet. Dung lượng dành riêng cho VoIP thông thường chỉ khoảng 64k trên
một kênh thoại trong khi truy cập internet tốc độ cao thường giới hạn ở các mức
512kbps, 1Mbps, 2Mbps, 4Mbps. Băng thông tổng cộng cho cả 3 dịch vụ chỉ khoảng
25Mbps, do đó GEPON là một công nghệ mạng truy nhập lý tưởng cho việc hỗ trợ đa
dịch vụ hiện có và trong tương lai.
Hiện tại, chuẩn GEPON cũng đang được phát triển để có thể hỗ trợ băng thông
tối đa lên tới 10GB và tỉ lệ chia sẻ trên một sợi quang là 1:64.
GEPON có các đặc điểm chính sau đây:
- PON topology
- Tốc độ truyền tối đa 1,25Gbps trên một đường quang và tốc độ tới từng user có
thể thay đổi tùy theo tỷ lệ chia (trên 30Mbps/1 user khi có tỷ lệ chia là 1:32)
- Tín hiệu được gửi và nhận bằng các khung Ethernet.
Trong hệ thống PON, mục đích của việc chia sẻ đường quang cũng như thiết bị
tại phòng máy trung tâm là vì lý do kinh tế. Thêm vào đó, việc gửi và nhận các tín hiệu
bằng khung Ethernet, làm cho hệ thống mạng trở lên đơn giản và giá thành thấp.
Công suất và dạng sóng của tín hiệu quang được điều chế ở lớp vật lý. Có 2
chuẩn cơ bản là 1000 BASE-PX10 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 10km và
1000 BASE-PX20 dùng để truyền với khoảng cách tối đa 20km. Bước sóng truyền
trên sợi quang được quy định dựa trên khuyến nghị ITU-T G.983.3 là 1490nm cho
đường xuống và 1310nm cho đường lên, và ta có thể cung cấp thêm dịch vụ truyền
hình quảng bá trên bước sóng 1550nm. Số lượng đầu chia tối đa không được quy định
trong IEEE 802.3ah vì nó phụ thuộc vào suy hao của tín hiệu quang trên thực tế, và
thông thường số lượng đầu chia là 32. GEPON cung cấp 2 octet (16 bit) cho thành
phần định danh liên kết logic (LLID - Link logic ID) và 15 bit dành cho mỗi một địa
chỉ MAC. Vì vậy có thể có hơn 30.000 bộ ONU được sử dụng trong một mạng PON.
Đặc điểm chính của GEPON đó là dữ liệu được truyền nhận bằng các khung Ethernet
có kích thước thay đổi tới 1518 octets. Với dữ liệu downstream, OLT sẽ broadcast
khung Ethernet đến tất cả các ONU trong một mạng PON.

Tuy nhiên phần LLID bao gồm thông tin địa chỉ nhờ đó chỉ có ONU được đánh
địa chỉ mới tiếp nhận khung dữ liệu có địa chỉ MAC của nó, các ONU sẽ loại bỏ
những khung mà không đánh địa chỉ tương ứng với chúng. Ngoài ra việc truyền dữ
liệu upstream dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) để
tránh xung đột dữ liệu giữa các ONU. OLT phân phối một cửa sổ truyền dẫn được gọi
là cổng ứng với một ONU. Khi một ONU nhận được một khung cổng, nó sẽ truyền các
khung dữ liệu với tốc độ 1 Gbit/s trong suốt khe thời gian được đăng ký bởi cổng.
Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) quản lý các cổng được cấp cho mỗi ONU, cổng
được yêu cầu từ ONU và được dùng để phát hiện và đăng ký các ONU với mạng PON.
Do đó mỗi ONU chỉ có thể nhận tín hiệu có địa chỉ ứng với địa chỉ duy nhất của nó
nên một thành phần định danh sẽ được gửi kèm ở đầu khung Ethernet.
2.1.6.5 WDM-PON
WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phân
chia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDM. OLT sử dụng
một bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng P2P. Mỗi một ONU có
một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng có một bộ lọc
cho mỗi ONU.
Nhiều phương thức khác nhau đã được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU
như là:
Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước sóng ONU.
Dùng các laser điều chính được.
Cắt phổ tín hiệu
Các phương thức thụ động mà theo đó OLT cung cấp tín hiệu sóng mang tới
các ONU.
Sử dụng tín hiệu đường xuống để điều chỉnh bước sóng đầu ra của laser ONU
Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như hình 2.1. Trong đó WDM-PON có
thể được sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng dụng VDSL và các
điểm truy nhập vô tuyến từ xa. Các bộ thu WDM-PON sử dụng kỹ thuật lọc quang
màng ống dẫn sóng (AWG). Một AWG có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc
ngoài trời.

Hình 2.4: Cấu trúc của WDM-PON.
Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu
theo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet…) tùy theo yêu
cầu về băng thông của khách hàng. Tuy nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON là
chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác
nhau.
2.1.6.6 CDMA-PON
Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trong
các ứng dụng PON. Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗi ONU sử
dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của khách
hàng. CDMA PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông.
CDMA PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trải trên
cùng một kênh thông tin. Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa và nhận
dạng thông qua bộ giải mã. Phần lớn công nghệ ứng dụng trong giải mã. Phần lớn
công nghệ ứng dụng trong CDMA PON tuân theo phương thức trải phổ chuỗi trực
tiếp. Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0, 1 (tương ứng với mỗi tín hiệu) được mã
hóa thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ cao hơn.
Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho kí tự của nó. Để khôi phục lại dữ
liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ để tách
lấy tín hiệu của mỗi ONU. Ưu điểm chính của CDMA PON là cho phép truyền tải lưu
lượng cao và có tính năng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác. Tuy nhiên, một trở
ngại lớn trong CDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế sao
cho đảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N). Với hệ thống CDMA-PON
không có bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các bộ chia, bộ
xoay vòng, các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8. Trong khi đó
với bộ khuyếch đại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặc cao hơn. Bên cạnh đó các bộ

thu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và giá thành tương đối cao. Chính vì
những nhược điểm này nên hiện tại CDMA-PON chưa được phát triển rộng rãi.
2.1.7Ưu, nhược điểm mạng PON
 Ưu điểm
- Sử dụng các thiết bị thụ động nên không cần cấp nguồn, giá thành rẻ.
- Giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành.
- Tốc độ download và upload cao.
- Giảm chi phí sợi quang và giảm chi phí các thiết bị cho phép nhiều người dùng
chia sẻ chung một sợi.
 Nhược điểm
- Giới hạn băng thông cho các thuê bao vì splitter chia đều băng thông.
- Giới hạn vùng phủ sóng: Tối đa là 20 km, phụ thuộc vào số lượng splitter (càng
nhiều splitter thì khoảng cách truyền càng giảm).
- Khó dự đoán giá thành khi có thuê bao phát sinh.
- Khi có OLT mới cần lắp đặt thì giá thành đối với mỗi thuê bao có kết nối đến
OLT đó sẽ tăng lên cho đến khi các port của OLT lấp đầy.
2.2 Giới thiệu công nghệ GPON
GPON định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984. GPON được mở rộng từ chuẩn
BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói
lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. Thêm nữa, chuẩn cho phép lựa chọn
tốc độ bit của đường lên và đường xuống. Phương thức đóng gói GPON - GEM cho
phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép
chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và
video. GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn giao thức lớp 2
(ATM, GEM, Ethernet). Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới
nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khả năng tương thích lớn
hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị.
Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT và
thiết bị kết cuối mạng ONU hay ONT được nối với nhau qua mạng phân phối quang
ODN. Quan hệ giữa OLT và ONU là quan hệ một - nhiều, một OLT sẽ kết nối với
nhiều ONU.

2.3 Kiến trúc mạng GPON.
Cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, bộ chia quang Splitter và
các sợi quang. Sợi quang được kết nối với các OLT đi tới bộ chia quang Splitter, tại bộ
chia quang chia ra các sợi khác và các sợi phân nhánh này được kết nối với ONU.
Hệ thống GPON bao gồm các thành phần sau đây:
 OLT: Thiết bị kết nối cáp quang tích cực lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ,
thường được đặt tại các trạm đài.
 ONT: Thiết bị kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho
trường hợp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH).
 ONU: Thiết bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho
trường hợp kết nối quang tới các tòa nhà, tới các vỉa hè hoặc các node (FTTB,
FTTC, FTTN).
 Bộ chia/ ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép tín hiệu quang từ
nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi
quang vật lý. Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và
các điểm truy nhập quang (AP). Bộ chia/ghép quang có hai loại, một đặt tại nhà
trạm viễn thông, sử dụng các tủ kiểu indoor, loại kia sẽ là loại thiết bị được bọc
kín có thể mở ra khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông.
 FDC: Tủ phối quang.
 FDB: Hộp phân phối quang loại nhỏ.
2.3.1 Kết cuối đường quang OLT
Kết cuối đường quang OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các
giao diện được chuẩn hoá. OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các
chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính:
Chức năng giao diện cổng dịch vụ; chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tán
quang. Các khối OLT chính được mô tả trong hình 2.5.
Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT
Chức năng
kết nối chéo
Khối kết nối chéo Khối dịch vụ
Dịch vụ
thích nghi
Dịch vụ
thích nghi
Chức năng
PON TC
Chức năng
PON TC
Chức năng
giao diện ODN
Chức năng
giao diện ODN
Khối lõi PON

 Khối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN
và chức năng PON TC. Chức năng của PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển
truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU. Mỗi PON TC có thể lựa
chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM và Dual.
 Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông giữa
khối lõi PON và phần dịch vụ. Các công nghệ sử dụng cho đường này phụ
thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác. OLT
cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn
(ATM, GEM hoặc Dual).
 Khối dịch vụ (Service shell): Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện
dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON.
2.3.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT
Hầu hết các khối chức năng của ONU/ONT tương tự như các khối chức năng
của OLT. Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt
động ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo có thể được bỏ qua. Thay vào đó là
chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng. Cấu hình
tiêu biểu của ONU được thể hiện trong hình 2.6. Sơ đồ các khối chức năng ONU. Mỗi
PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai.
Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU
Khối dịch vụ
Dịch vụ
thích nghi
Dịch vụ
thích nghi
Chức năng
PON TC
Chức năng
PON TC
Chức năng
giao diện ODN
Chức năng
giao diện ODN
Khối lõi PON
Lựa chọn
Ghép và giải
ghép dịch vụ

2.3.3 Mạng phân phối quang ODN
Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng
thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao.
Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao
 Bộ tách/ghép quang: Mạng GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu
quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại kết hợp các tín hiệu
quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi. Thiết bị này được gọi là bộ
tách/ghép quang.
Các bộ tách/ghép được đặc trưng bằng các tham số sau đây:
- Suy hao chia: Là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép
tính theo dB.
- Suy hao xen: Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này
thông thường khoảng 0.1dB đến 1dB.
- Suyên âm: Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị rò từ một đầu vào khác.
Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều
hướng khoảng từ 40 đến 50 dB.
 Mạng cáp quang thuê bao: Được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp
sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT. Mạng cáp quang thuê bao
được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:
- Cáp quang gốc (Feeder Cable): Xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay
còn gọi chung là CO) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).

- Điểm phân phối sợi quang (DP): Là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc. Trên thực
tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ
cáp quang phối.
- Cáp phối quang (Distribution Optical Cable): Xuất phát từ điểm phối quang
(DP) tới các điểm truy nhập mạng AP (Access Point) hay từ các tủ phối quang
tới các tập điểm quang.
- Cáp quang thuê bao (Drop Cable): Xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP)
hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao.
- Điểm quản lý quang FMP (Fiber Management Point): Được sử dụng cho xử lý
sự cố và phát hiện đứt đường.
2.4Các tiêu chuẩn kỹ thuật
2.4.1 Tốc độ bit
Tốc độ truyền dẫn:
- 1244,16 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên.
Các thông số kỹ thuật khác:
- Bước sóng: 1480 - 1500nm đường xuống và 1260 - 1360nm đường lên.
- Đa truy nhập đường lên: TDMA.
- Cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwith Allocation).
- Loại lưu lượng: Dữ liệu số.
- Khung truyền dẫn: GEM.
- Dịch vụ: Dịch vụ đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS).
- Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: Tối đa 1:128
- Giá trị BER lớn nhất: 10-12
- Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc +2
đến +7dBm (20km ODN).
- Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10km và 20km ODN).
- Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-T Rec. G.652.

- Suy hao tối đa giữa các ONU:15dB.
- Cự ly cáp tối đa: 20Km với DFB laser luồng lên, 10Km với Fabry-Perot.
2.4.2 Khoảng cách
Khoảng cách logic: Là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ
khoảng vật lý. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km.
Khoảng cách vật lý: Là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT.
Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10 km và 20 km.
2.4.3 Tỉ lệ chia
Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia
lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ
lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong
các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng.
2.5Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON
2.5.1 Kỹ thuật truy nhập
Hình 2.8: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây
Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay
là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). TDMA là kỹ thuật phân chia băng
tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể
được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào
phương thức chuyển giao đang sử dụng. Hình 2.8 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA
trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đường lên trong khe thời
gian riêng biệt. Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc
thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian. Số liệu đường xuống cũng được gửi
trong những khe thời gian xác định.

Mạng GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể
hoạt động trên cùng một bước sóng và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu
lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triển
khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo
dưỡng. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt dễ
dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng.
Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về
đồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu. Xung đột này sẽ xảy ra
nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời
điểm. Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép. Phía đầu xa không
thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit và suy
giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng. Tuy nhiên các vấn đề
trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON.
2.5.2 Phương thức ghép kênh
Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng. Các hệ thống
GPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian. Đây là giải
pháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng. Nó được thực hiện nhờ sử dụng
những sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống. Sự phân cách vật lí của các
hướng truyền dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏ
vấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truyền dẫn. Điều này cho phép tăng được quỹ
công suất trong mạng. Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm
dẻo hơn và làm tăng độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách sử
dụng những bộ ghép kênh theo bước sóng trên một hoặc hai sợi. Khả năng mở rộng
này cho phép phát triển dần dần những dịch vụ mới trong tương lai. Hệ thống này sẽ
sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thu như nhau cho hai hướng nên chi phí
cho những phần tử quang - điện sẽ giảm.
Nhược điểm chính của phương thức này là cần gấp đôi số lượng sợi, mối hàn và
connector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấp đôi. Tuy
nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm và
trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống.

2.6 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON
Lớp hội tụ truyền dẫn
(Transmission convergence)
Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn
(TC adaption sub- layer)
Phân lớp đóng khung GTC
(GTC framing sub- layer)
Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý (Physical Media Dependence)
Hình 2.9:Cấu trúc phân lớp mạng GPON.
2.6.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD.
Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý quản lý các thông tin về tốc độ, phương tiện vật lý
và phương thức truyền cũng như mã hóa đường dây và bước sóng hoạt động.
 Tốc độ tín hiệu: Tốc độ đường truyền là các tốc độ bội số của 8 kHz. Hệ thống
được chuẩn hóa sẽ có các tốc độ (đường xuống/đường lên) như sau:
- 1244,16 Mbps / 155,52 Mbps.
- 1244,16 Mbps / 622,08 Mbps.
- 1244,16 Mbps / 1244,16 Mbps.
- 2488,32 Mbps / 155,52 Mbps.
- 2488,32 Mbps / 622,08 Mbps.
- 2488,32 Mbps / 1244,16 Mbps.
- 2488,32 Mbps / 2488,32 Mbps.
Các thông số này tương đương với với các thông số trong mạng quang để đạt
được tỉ lệ lỗi bit BER ≥ 10-10 trong trường hợp điều kiện suy hao và tán sắc đường
truyền lớn nhất do ảnh hưởng bởi môi trường và yếu tố thời gian.
 Phương tiện vật lý và phương thức truyền.
Tín hiệu được truyền ở cả đường lên và đường xuống bằng phương tiện truyền
dẫn. Việc truyền dẫn song hướng được thực hiện bằng cách ghép kênh theo bước sóng
WDM để truyền trên một sợi quang hoặc truyền đơn hướng trên hai sợi quang.
 Tốc độ bit.
Tốc độ đường xuống: Tốc độ bit tín hiệu từ OLT tới ONU là 1244,16 Mbps
hoặc 2488.32 Mbps. Khi OLT và đầu xa đang hoạt động ở tốc độ danh định (đường
lên/ đường xuống) của nó thì tốc độ này được theo dõi bởi một đồng hồ lớp 1 với độ

chính xác 1 × 1011. Khi đầu xa hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường
xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 4.6 × 106. Khi OLT hoạt động
ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với
độ chính xác 3.2 × 105.
Tốc độ đường lên: Tốc độ bit tín hiệu từ ONU tới OLT là 155,52 Mbps, 622,08
Mbps, 1244,16 Mbps hoặc 2488,32 Mbps. Khi đang ở trạng thái hoạt động và được
cấp quyền, ONU sẽ phát tín hiệu với độ chính xác bằng độ chính xác của tín hiệu thu
được ở đường xuống. ONU sẽ không phát tín hiệu khi không đang ở trạng thái hoạt
động hoặc không được cấp quyền.
 Mã hóa đường dây.
Mã hóa đường lên và đường xuống sử dụng mã NRZ. Phương thức ngẫu nhiên
hóa không được định nghĩa trong lớp phụ thuộc vật lý. Quy định sử dụng mức logic
quang là: Phát mức cao cho bit 1, phát mức thấp cho bit 0.
 Bước sóng hoạt động.
- Đường xuống: Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử
dụng một sợi quang là 1480-1500 nm. Dải bước sóng hoạt động cho đường
xuống trong hệ thống sử dụng hai sợi quang là 1260nm - 1360 nm.
- Đường lên: Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260nm -1360 nm.
2.6.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC
Lớp GTC bao gồm hai phân lớp: Phân lớp đóng khung GTC và phân lớp tương
tích hội tụ truyền dẫn. Trong Hình 2.10, phần ATM, GEM, OAM và PLOAM trong
phân lớp đóng khung GTC được phân biệt theo vị trí trong một khung tín hiệu GTC.
Chỉ có phần OAM mang thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng được kết cuối tại
phân lớp đóng khung GTC để lấy các thông tin điều khiển cho phân lớp này vì thông
tin trong phần OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC. Thông tin vận
hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM được xử lý tại khối PLOAM trong
phân lớp này. Các gói tin dịch vụ SDU trong phần ATM và GEM được chuyển thành
từ gói tin giao thức PDU của phần ATM và GEM tại mỗi phân lớp thích ứng hội tụ
tương ứng. Ngoài ra các PDU còn bao gồm dữ liệu kênh OMCI, được xem xét ở phân
lớp hội tụ này và được trao đổi với thực thể giao diện điều khiển và quản lý ONU.
Khối điều khiển cấp phát băng tần động (DBA control) là khối chức năng
chung, có trách nhiệm cấp phát băng tần động cho toàn bộ các ONU.

Hình 2.10: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC
Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU không cần thiết phải có cả 2 chế độ hỗ trợ
giao thức ATM hay GEM. Việc nhận dạng chế độ nào đang được yêu cầu ngay khi cài
đặt hệ thống. ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thông qua bản tin
Serial_Number. Nếu OLT có thể giao tiếp với một trong số các chế độ mà ONU đưa ra
thì nó sẽ tiến hành thiết lập kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI) và
thiết bị ONU sẽ xuất hiện trong mạng. Nếu OLT không hỗ trợ chế độ hoạt động mà
ONU đưa ra thì ONU sẽ được xếp vào hàng đợi nhưng sẽ được thông báo không tương
thích với hệ thống đang hoạt động.
OAM và PLOAM: quản lý các chức năng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD
và các lớp GTC.
OMCI: cung cấp hệ thống quản lý đồng bộ các lớp cao hơn (lớp dịch vụ)
Kênh PLOAM bao gồm các thông tin được dành riêng chỗ trong khung GTC.
Kênh này được dùng cho tất cả các thông tin quản lý GTC và PMD khác không được
gửi qua kênh OAM.
Kênh OMCI được dùng để quản lý các lớp dịch vụ nằm trên lớp GTC. GTC
cung cấp 2 lựa chọn về giao diện truyền tải cho lưu lượng quản lý này là ATM và
GEM. Chức năng GTC cung cấp phương tiện để cấu hình các kênh tùy chọn này sao
cho đáp ứng được khả năng của thiết bị bao gồm nhận dạng luồng giao thức truyền tải
(VPI/VCI hoặc Port-ID).

2.6.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC
Hai chức năng chính của lớp hội tụ truyền dẫn mạng GPON (GTC) chính là
điều khiển truy nhập phương tiện và đăng kí ONU.
 Điều khiển truy nhập phương tiện.
Lớp GTC thực hiện điều khiển truy nhập cho lưu lượng đường lên. Về cơ bản
các khung dữ liệu đường lên sẽ chỉ ra vị trí lưu lượng đường lên sẽ được phép truyền
trong các khung đường lên đã được đồng bộ với các khung đường xuống.
Hình 2.11: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC
Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện trong hệ thống GTC được minh
họa trong hình 2.11, OLT gắn các con trỏ (pointer) vào khối điều khiển vật lý đường
xuống PCBd, con trỏ này cho biết thời gian ONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ
liệu. Với cách này, chỉ một ONU có thể truy nhập phương tiện tại thời điểm bất kì,
không có xung đột trong quá trình truyền. Các con trỏ trong các byte thông tin cho
phép OLT điều khiển phương tiện hiệu quả tại băng tần cố định 64 kbit/s. Tuy nhiên
một số OLT có thể chọn cách thiết lập các giá trị cho con trỏ tại các tốc độ lớn hơn và
thực hiện điều khiển băng tần bằng cơ chế động.
 Đăng ký ONU.
Việc đăng kí ONU được thực hiện trong thủ tục discovery tự động. Có hai
phương thức đăng kí ONU. Trong phương thức A, số serial của ONU được đăng ký tại

OLT qua hệ thống quản lý (NMS hoặc EMS). Trong phương thức B, số serial của
ONU không được đăng kí tại OLT qua hệ thống quản lý.
2.6.2.2 Các chức năng của các phân lớp trong hệ thống GTC
Phân lớp đóng khung GTC thực hiện ba chức năng sau:
 Ghép kênh và phân kênh: Các thành phần PLOAM, ATM và GEM được ghép
kênh vào khung TC đường xuống tùy theo thông tin về ranh giới trong tiêu đề
của khung. Mỗi thành phần được trích ra từ một đường lên tùy theo chỉ thị
trong tiêu đề.
 Tạo tiêu đề và giải mã: Tiêu đề khung TC được tạo và định dạng trong khung
đường xuống. Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã.
 Chức năng định tuyến nội bộ dựa trên Alloc-ID: Định tuyến dựa trên Alloc-ID
được thực hiện đối với dữ liệu đến từ bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM và
GEM.
2.6.2.3 Phân lớp thích ứng GTC và giao diện với các thực thể lớp trên
Phân lớp thích ứng bao gồm 3 bộ thích ứng phân lớp hội tụ: Bộ thích ứng hội tụ
truyền dẫn ATM (ATM TC adapter), bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC
adapter) và bộ thích ứng giao diện điều khiển quản lý ONU (OMCI adapter). Các bộ
thích ứng hội tụ ATM và GEM xem xét các PDU của phần ATM và GEM trong phân
lớp đóng khung GTC và ánh xạ các PDU vào từng phần. Các bộ thích ứng cung cấp
giao diện sau đây cho các thực thể lớp trên:
 Giao diện ATM.
Phân lớp đóng khung GTC và bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM liên kết
với nó cung cấp các giao diện ATM chuẩn theo tiêu chuẩn ITU-T Rec. I.432.1 cho
các dịch vụ ATM. Các thực thể lớp ATM thường có thể được sử dụng như là các
ATM client.
 Giao diện GEM.
Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM có thể được cấu hình để tương thích các
khung vào nhiều loại giao diện truyền khung khác nhau. Các bộ thích ứng còn nhận
dạng các kênh OMCI theo tên kênh ảo/tên đường ảo (VPI/VCI) đối với ATM và theo
Port-ID đối với GEM. Bộ thích ứng OMCI có thể trao đổi dữ liệu kênh OMCI cho các
bộ thích ứng ATM TC và GEM TC. Bộ thích ứng OMCI nhận dữ liệu từ các bộ thích
ứng TC này và truyền nó tới thực thể OMCI và chuyển dữ liệu từ thực thể OMCI tới
các bộ thích ứng TC này.

2.6.3 Cấu trúc khung GTC
 Cấu trúc khung đường xuống.
Hình 2.12: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC.
Khung có chiều dài 125s cho cả tốc độ dữ liệu 1244,16 Mbps và 2488,32 Mbps
do đó khung dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1244,16 Mbps và dài 38880 byte
trong hệ thống tốc độ. Chiều dài của PCB đường xuống là như nhau cho cả hai tốc độ
và phụ thuộc vào số lượng cấu trúc cấp phát đối với mỗi khung.
 Cấu trúc khung đường lên.
Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên GTC
Độ dài khung bằng độ dài của khung đường xuống đối với các loại tốc độ. Mỗi
khung bao gồm các truyền dẫn cho một hoặc nhiều ONU. BWmap (ánh xạ băng tần)
thực hiện sắp xếp các truyền dẫn này. Trong quá trình cấp phát băng tần theo sự điều
khiển của OLT, ONU có thể phát từ 1 tới 4 loại tiêu đề PON và dữ liệu người dùng.
Các loại tiêu đề đó như sau:
- Tiêu đề lớp vật lý đường lên (PLOu).
- Quản lý vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý đường lên (PLOAMu).
- Chuỗi định mức công suất đường lên (PLSu).
- Báo cáo băng tần động đường lên (DBRu).
- Tiêu đề khung đường lên GTC chỉ ra chi tiết nội dung của các tiêu đề này.

2.7 Phương thức đóng gói dữ liệu
GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM và GEM. Các ONU và OLT
có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM hoặc GEM.
Phương thức đóng gói dữ liệu GPON sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng
GPON. GEM cung cấp khả năng thông tin kết nối định hướng tương tự ATM. GPON
cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng khác nhau. Khách hàng ATM
được sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả hai đường lên và xuống. Khách hàng
TDM được sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM. Các gói dữ liệu
bao gồm cả các khung Ethernet cũng được sắp xếp sử dụng thủ tục đóng gói GEM.
GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh
nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng. Lưu lượng dữ liệu bao
gồm các khung Ethernet, các gói tin IP, IPTV, VoIP và các loại khác giúp cho truyền
dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản. GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả cao
trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thông cho phép trên kênh truyền
dẫn.
2.7.1 Cấu trúc tế bào ATM
Theo khuyến nghị của I.113 chuẩn ITU-T thì tế bào được hiểu như sau: “Tế bào
là một khối thông tin có chiều dài cố định. Mỗi tế bào được xác định bởi một nhãn ứng
với lớp ATM”.
Hình 2.14: Cấu trúc tế bào ATM
Tế bào ATM có phần mào đầu dài 5 byte còn lại phần tải tin dài 48 byte. Tổng
cộng chiều dài của tế bào ATM là 53byte. Tùy theo vai trò chức năng cũng như dữ liệu
lưu trữ trong phần tải tin của tế bào ATM mà nó được chia ra thành nhiều loại khác
nhau.
- Tế bào rỗng (idle cell): Tế bào này dùng để chèn/tách bởi lớp vật lý và chỉ xuất
hiện trong lớp vật lý. Nó xuất hiện tại miền biên giữa lớp ATM và lớp vật lý, nó
có nhiệm vụ đảm bảo tương thích giữa luồng tốc độ tế bào với tốc độ truyền
dẫn vật lý.

- Tế bào hợp lệ (valid cell): Là các tế bào có phần mào đầu hợp lệ, không bị lỗi
hoặc đã được khắc phục lỗi do đã thông qua cơ chế kiểm soát lỗi mào đầu HEC.
- Tế bào lỗi (invalid cell): Là các tế bào có phần mào đầu bị lỗi hoặc không thể
khắc phục lỗi bởi cơ chế HEC. Nó sẽ bị hủy tại lớp vậy lý.
- Tế bào dịch vụ (assigned cell): Là tế bào được sử dụng để cung cấp dịch vụ cho
các ứng dụng của lớp ATM.
- Tế bào vô định (unassigned cell): Là các tế bào không phải là tế bào dịch vụ. Tế
bào dịch vụ và tế bào chưa gán được truyền từ lớp vật lý lên trên lớp ATM.
Ở đây, tế bào được đề cập là tế bào được sử dụng trong lớp ATM. Cấu trúc tế
bào tại giao tiếp UNI khác với cấu trúc tế bào tại giao tiếp NNI trong việc sử dụng 4
bit từ bit 5 đến bit 8 của octet thứ nhất phần mào đầu. Tại giao tiếp NNI, các bit này là
một phần của trường VPI, trong khi đó tại giao tiếp UNI nhóm bit này tạo nên một
trường mới độc lập gọi là trường GFC. Hình 2.15 dưới đây mô tả cấu trúc tế bào tương
ứng với hai giao tiếp UNI và NNI.
Hình 2.15: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI (a) và NNI (b)
 GFC (điều khiển luồng chung).
Gồm 4 bit thực hiện chức năng điều khiển cách truy nhập vật lý do tồn tại các
thiết bị truyền dẫn khác nhau của môi trường truyền dẫn như cáp quang, cáp đồng trục,
cáp đồng… mỗi loại môi trường truyền dẫn phải có các thủ tục truy nhập khác nhau
thích hợp. Đối với mạng ATM, giá trị GFC không áp dụng cho giao tiếp NNI nên nó
chỉ có ý nghĩa logic đối với điểm cuối ATM, nghĩa là thực hiện việc kiểm soát đầu
cuối kết nối vào mạng.
 Giá trị nhận dạng đường ảo kênh ảo VPI và VCI.
Hai giá trị này quan trọng và có ý nghĩa nhất trong phần mào đầu của tế bào. Cả
hai giá trị này giúp xác định đường truyền cho chặng kế tiếp của tế bào. Các giá trị này

Đề tài: Thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng

Đề tài: Thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Ähnlich wie Đề tài: Thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng

Ähnlich wie Đề tài: Thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng (20)

Mehr von Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864

Mehr von Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864 (20)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

Đề tài: Thiết kế mạng truy nhập GPON dựa trên phần mềm mô phỏng