Đồ án điệnt tử viễn thông - Đề tài: "THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG " - HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG doc

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THÔNG II
_____________

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
HỆ: HOÀN CHỈNH KIẾN THỨC ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Đề tài:
THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ
MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG
Mã số đề tài: 09407360001

Sinh viên thực hiện: HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN
MSSV: 407360001
Lớp: Đ07VTH1
Giáo viên hƣớng dẫn: Thạc sĩ ĐỖ VĂN VIỆT EM


TPHCM – 2009







HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự Do – Hạnnh Phúc
o0o o0o
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2009
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC
( Dành cho ngƣời hƣớng dẫn )
1. Tên đề tài tốt nghiệp:

Mã đề tài:
2. Họ tên sinh viên thực hiện: Lớp:
Ngày sinh: MSSV:
3. Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện:
Số trang: Số chƣơng (phần):
Số bảng số liệu: Số hình vẽ:
Số tài liệu tham khảo: Phần mềm sử dụng:
Hiện vật (sản phẩm phần mềm, phần cứng):
4. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp:
4.1. Nội dung thực hiện:


4.2. Kết quả sản phẩm:


4.3. Khả năng áp dụng:


4.4. Hình thức trình bày:


5. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp:

6. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ 
7. Đánh gía chung: Điểm số : /10 ; Điểm chữ:
Xác nhận của Bộ môn/Khoa Giáo viên hƣớng dẫn





HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
o0o o0o
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2009
PHIẾU NHẬN XẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC
( Dành cho ngƣời đọc duyệt )
1. Tên đề tài tốt nghiệp:

Mã đề tài:
2. Họ tên sinh viên thực hiện: Lớp:
Ngày sinh: MSSV:
3. Tổng quát về số liệu các kết quả thực hiện:
Số trang: Số chƣơng:
Số bảng số liệu: Số hình vẽ:
Số tài liệu tham khảo: Phần mềm sử dụng:
Hiện vật (sản phẩm phần mền, phần cứng):

4. Những ƣu điểm chính của đồ án tốt nghiệp:
4.1. Nội dung thực hiện:

4.2. Kết quả sản phẩm:

4.3. Khả năng áp dụng:

4.4. Hình thức trình bày:

5. Những thiếu sót chính của đồ án tốt nghiệp:


6. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ 
7. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc Hội đồng:
a)




b)

c)

8. Đánh giá chung: Điểm số: /10 ; Điểm chữ:
( Ghi chú: Trong trƣờng hợp thay đổi điểm chấm giáo viên phải ký tên xác nhận ).
Xác nhận của Bộ môn/Khoa Giáo viên đọc duyệt

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi đến:
 Ba mẹ và gia đình người đã hỗ trợ không những về vật chất mà
còn là tinh thần và là nguồn động viên rất lớn của em trong suốt
quá trình học tập.
 Các quý thầy cô của trường Học viện Công nghệ Bưu chính viễn
thông cơ sở tại Tp.HCM nói chung và các thầy cô khoa Điện tử -
Viễn thông nói riêng những người đã giảng dạy truyền đạt
những kiến thức bổ ích cho em trong suốt 2 năm học qua.
 Thầy Đỗ Văn Việt Em_người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình
hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành
luận án tốt nghiệp này.
 Các bạn đồng lớp Điện tử - Viễn thông niên khóa 2007 – 2009
đã hỗ trợ, động viên nhau trong quá trình học tập cũng như
trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp này.

Một lần nữa em chân thành cảm ơn!
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2009
Sinh viên thực hiện
HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN





LỜI MỞ ĐẦU
Các kĩ thuật trong thông tin quang có thể cung cấp giải pháp ứng dụng cho hiện tại và

tƣơng lai. Thông qua sự phát triển của sợi quang thì kiến trúc mạng viễn thông cũng ngày
càng phát triển mạnh mẽ, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu có dung lƣợng lớn. Một số
thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lƣợng băng thông cao, truyền dẫn dài, đáng
tin cậy.
Những năm gần đây, việc gia tăng dung lƣợng mạng truyền dẫn cùng với việc phát triển
các ứng dụng và dịch vụ mới đến khách hàng đã tạo ra hiện tƣợng gọi là thắt cổ chai trong
mạng truy nhập. Không nghi ngờ gì nữa mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng
trong vấn đề truyền dẫn. Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là
một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tƣợng thắt
cổ chai. Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà không 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 dƣỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng đƣợc
kiến trúc mạng quang.
Hiện nay có 2 mạng PON đƣợc chuẩn hóa tùy theo kĩ thuật lớp 2 đƣợc sử dụng là ITU-T
and IEEE. Chuẩn PON đầu tiên dựa vào ATM nhƣ là APON và BPON và dựa vào giao thức
đóng gói GFP đƣợc biết nhƣ là GPON. Thứ 2 là chuẩn IEEE 802.3ah nổi lên nhƣ là một ứng
cử viên đầy hứa hẹn cho mạng truy nhập băng rộng ở thế hệ kế tiếp, đó là EPON.
Luận án tốt nghiệp này đƣợc trình bày gồm 4 chƣơng với nội dung nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON (Passive Optical
Network). Chƣơng này giới thiệu về mạng PON, các thành phần cơ bản trong mạng
PON và phân loại các loại PON.
Chƣơng 2: Tìm hiểu FTTH (Fiber to the home). Chƣơng này tìm hiểu cụ thể các
loại PON chuẩn theo ITU-T: APON/BPON, GPON và EPON, sau đó giới thiệu muốn
mở rộng mạng PON chuẩn này bằng cách sử dụng bộ khuếch đại quang nhƣ thế nào?
Chƣơng 3: Mô hình thiết kế và bài toán thiết kế FTTH. Chƣơng này nêu ra mô
hình thiết kế, bài toán thiết kế FTTH dựa trên công nghệ mạng quang thụ động PON
theo chuẩn ITU-T và hƣớng mở rộng của mạng PON.
Chƣơng 4: Chƣơng trình thiết kế. Giới thiệu chƣơng trình thiết kế. Áp dụng Visual
basic. Net để giải quyết chƣơng trình.
Do thời gian nghiên cứu không nhiều và quá trình thiết kế chắc chắn không tránh khỏi

một số thiếu sót nhất định. Mong đƣợc sự góp ý phê bình quý báu của quý thầy cô để sau này
em tiếp tục nghiên cứu sâu hơn.



Tp.HCM, ngày 01 tháng 10 năm 2009
Sinh viên thực hiện
HỒNG ĐẶNG NGỌC ÂN

i

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
CHƢƠNG 1
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON 1
1.1. Giới thiệu mạng quang thụ động PON 1
1.1.1. Công nghệ PON 1
1.1.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON 1
1.2. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 2
1.2.2. OLT 4
1.2.2.1. Phần lõi OLT 4
1.2.2.2. Phần dịch vụ OLT 5
1.2.2.3. Phần chung OLT 5
1.2.3. ONU 5
1.2.3.1. Phần lõi ONU 5
1.2.3.2. Phần dịch vụ ONU 6
1.2.3.3. Phần chung ONU 6
1.2.4. ODN 6

1.2.4.1. Sợi quang và cáp quang 6
1.2.4.2. Splitter 7
1.3. Tại sao PON lại phát triển 8
1.4. Phân loại PON 9
Chƣơng 2
TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME 11
2.1. APON/BPON 11
2.1.1. Mô tả hệ thống APON/BPON 12
2.1.2. Kiến trúc phân lớp APON/BPON 13
2.1.3. Khung truyền dẫn APON/BPON 13
2.1.4. Bƣớc sóng trong APON 16
2.1.5. Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ 17
2.2. GPON 18
2.2.1. Mô tả hệ thống GPON 18
2.2.2. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC) 19
2.2.3. Khung truyền dẫn GPON 20
2.2.3.1. Cấu trúc khung down 20
2.2.3.2. Cấu trúc khung up 24
2.2.3.3. Ánh xạ lƣu lƣợng vào tải GTC 28
2.2.4. Sắp xếp giao thức GPON 30
2.2.5. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON 32
2.2.6. Bảo mật 33
2.2.7. Sửa lỗi FEC 33
2.3. EPON 34

ii

2.3.1. Kiến trúc tầng Ethernet và EPON 34
2.3.2. Lớp phụ thuộc môi trƣờng vật lí PMD của EPON 36
2.3.3. Hoạt động burst mode và Loop Timing trong EPON 36

2.3.4. Khung Ethernet 37
2.3.5. Giao thức điều khiển đa điểm 37
2.3.5.1. Ranging trong EPON 38
2.3.5.2. Hoạt động Gate và Report 38
2.3.5.4. Khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm 40
2.3.5.5. Tự động khám phá ONU 41
2.3.5.6. Mô phỏng P2P trong EPON 42
2.3.6. So sánh EPON và GPON 45
2.4. SuperPON 46
2.5. Phân bổ băng tần 47
2.5.1. Phƣơng pháp phân bổ băng tần cố định 47
2.5.2. Mô tả hoạt động phân phối băng tần động cơ bản 48
2.5.3. IPACT 49
2.5.4. Phân phối băng thông tối thiểu đƣợc đảm bảo 52
2.5.5.3. Phân bổ băng thông động 40
2.5.5.7. Mã hóa và bảo vệ 45
2.6. Chức năng hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong mạng quang thụ động PON 53
2.6.1. Quản lí mạng cơ bản 54
2.6.2. Các chức năng quản lí 55
2.6.2.1. Quản lí thực thi 55
2.6.2.2. Quản lí cấu hình 55
2.6.2.3. Quản lí kế toán 55
2.6.2.4. Quản lí lỗi 55
2.6.2.5. Quản lí bảo mật 56
2.6.3. Hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng trong FTTH 57
2.7. Ứng dụng 58
2.7.1. Trên thế giới 58
2.7.2. Tại Việt Nam 59
Chƣơng 3
MÔ HÌNH THIẾT KẾ VÀ BÀI TOÁN THIẾT KẾ FFTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ

MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON 61
3.1. Ý tƣởng mô hình thiết kế 61
3.2. Bài toán thiết kế 62
3.2.1. Bài toán 1
Thiết kế FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON 62
3.2.2. Bài toán 2
Tính công suất thu đƣợc ở OLT và ONU và so sánh với độ nhạy của thiết bị sau đó đƣa ra
kết luận có thiết kế đƣợc FTTH dựa trên mô hình chuẩn ITU-T của mạng PON không?62
3.2.3. Bài toán 3
Sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất phát của OLT trong mô hình thiết kế
FTTH dựa trên mạng PON 64
3.2.4. Bài toán 4

iii

Sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao do tỉ lệ bộ chia splitter gây nên trong mô hình
thiết kế FTTH dựa trên mạng PON 65
3.3. Giả sử một số thiết bị OLT và ONU 67
Chƣơng 4
CHƢƠNG TRÌNH THIẾT KẾ 69
4.1. Giới thiệu chƣơng trình 69
4.2. Hƣớng dẫn thực hiện chƣơng trình 69
PHỤ LỤC 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81
TỪ VIẾT TẮT 82


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 : Mô hình hệ thống mạng PON [1]. 2
Hình 1. 2 : Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng
[9]. 3
Hình 1. 3 : Các khối chức năng OLT [6]. 4
Hình 1. 4 : Các khối chức năng ONU [6]. 5
Hình 1. 5 : Đặc tuyến suy hao của sợi quang [1]. 7
Hình 1. 6 : Các loại splitter 8
Hình 1. 7 : Việc triển khai sợi quang trong mạng truy nhập [10] 9
Hình 2. 1 : Mô hình hệ thống BPON [1], [10] 11
Hình 2. 2 :Kiến trúc phân lớp APON/BPON 13
Hình 2. 3 : Cấu trúc khung download và up load của APON 16
Hình 2. 4 : Kế hoạch phân bổ bƣớc sóng của ITU-T G.983.3 17
Hình 2. 5 : Kiến trúc chuyển mạch bảo vệ đƣợc đƣa ra trong ITU-T G.983.1 18
Hình 2. 6 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON [5] 20
Hình 2 .7 : Khung down GTC [5] 20
Hình 2. 8 : Mô tả chi tiết khung down GTC 21
Hình 2. 9 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU [5] 22
Hình 2. 10 : Khung up GTC [5] 24
Hình 2 .11 : Mô tả chi tiết khung up GTC [1] 25
Hình 2. 12 : Các cell ATM ở hƣớng up lên [5] 27
Hình 2. 13 : Các khung GEM ở hƣớng up lên [5] 27
Hình 2. 14 : Báo cáo DBA ở hƣớng up lên [5] 27
Hình 2. 15 : Cấu trúc header vả khung GEM [5] 28
Hình 2. 16 : Cơ chế trạng thái mô tả GEM [5] 29
Hình 2. 17 : Ánh xạ và phân đoạn dữ liệu của user thành tải GEM [5] 30
Hình 2. 18 : Ghép dữ liệu khẩn cấp sử dụng thủ tục phân khung GEM [5] 30
Hình 2. 19 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 1 : Thủ tục đăng kí số serial cho ONU mới [1]
31
Hình 2. 20 : Thủ tục sắp xếp GPON giai đoạn 2 : Thủ tục đo độ trễ [1] 32

Hình 2. 21 : Ví dụ khung down cho tốc độ 2.488 Gbps [5] 33
Hình 2. 22 : Ví dụ khung up lên [5] 34
Hình 2. 23 : Kiến trúc lớp P2P Ethernet và lớp P2MP EPON [1] 35
Hình 2. 24 : Khuôn dạng khung Ethernet chuẩn. 37
Hình 2. 25 : Thủ tục sắp xếp EPON [1]. 38
Hình 2. 26 : Hoạt động Gate của EPON [1] 39
Hình 2. 27 : Hoạt động Report của EPON 40
Hình 2. 28 : Khuôn dạng của khối dữ liệu giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU 41
Hình 2. 29 : Thủ tục dò tìm tự động trong EPON 41
Hình 2. 30 : Các ONU không thấy lƣu lƣợng trực tiếp với nhau mà phải thông qua OLT 42
Hình 2. 31 : Mô phỏng P2P trong EPON 43

v

Hình 2. 32 : Nhãn khung MAC trong EPON 44
Hình 2. 33 : Mô phỏng hoạt động OLT quảng bá lƣu lƣợng và ONU truyền P2P trong EPON
45
Hình 2. 34 : MAC P2P và quảng bá trong EPON 45
Hình 2. 35 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt sau bộ OLT 47
Hình 2. 36 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại đặt gần splitter để bù suy hao cho splitter 47
Hình 2. 37 : Phân bổ khe thời gian cố định [3] 48
Hình 2. 38 : Mô hình phân bổ băng tần động cơ bản [1] 48
Hình 2. 39 : Các bƣớc thuật toán polling [3] 52
Hình 2. 40 : Các bƣớc của giao thức phân bổ băng thông tối thiểu 53
Hình 2. 41 : Các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và mối quan hệ của chúng [13]
54
Hình 2. 42 : Các tiến trình quản lí lỗi [13] 56
Hình 2. 44 : Bảng cập nhật xếp hạng sử dụng FTTH ở châu Á 58
Hình 2. 43 : OLT khởi tạo loop-back điều khiển từ xa [13] 58
Hình 3. 1 : Mô hình thiết kế mạng PON 61

Hình 3. 2 : Minh họa khoảng cách truyền cần tăng và vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài
toán muốn tăng công suất phát 64
Hình 3. 4 : Minh họa vị trí của bộ khuếch đại trong trong bài toán bù suy hao cho splitter 66
Hình 3. 5 : Lƣu đồ giải thuật của bài toán số 2, 3 và 4 Error! Bookmark not defined.
Hình 4. 1: Giao diện chính của chƣơng trình 71
Hình 4. 2 : Giao diện của chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý 71
Hình 4. 3 : Giao diện xuất hiện bảng thông báo khi không nhập vào số thuê bao 72
Hình 4. 4 : Giao diện kết quả chƣơng trình thiết kế hệ thống dựa vào số thuê bao nhập tùy ý 72
Hình 4. 5 : Giao diện chƣơng trình thiết kế FTTH dựa trên công nghệ quang thụ động 73
Hình 4. 6 : Giao diện cơ sở dữ liệu của chƣơng trình thiết kế mạng PON chuẩn theo ITU-T. 73
Hình 4. 7 : Giao kết quả chƣơng trình thiết kế mạng PON theo chuẩn ITU-T 75
Hình 4. 8 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để tăng công suất
phát 75
Hình 4. 9 : Giao diện kết quả tính toán khi sử dụng bộ khuếch đại để tăng công suất phát. 76
Hình 4. 10 : Giao diện thiết kế mạng PON có sử dụng bộ khuếch đại quang để bù suy hao cho
splitter. 77
Hình 4. 11 : Giao diện kết quả của chƣơng trình thiết kế PON sử dụng bộ khuếch đại quang để
bù suy hao cho splitter 78


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. 1 : Liệt kê suy hao của các bộ chia splitter tƣơng ứng. 8
Bảng 1. 2 : Mô tả sự khác nhau của APON/BPON, GPON và EPON. 10

Bảng 2. 1 : Tốc độ down và up của APON/BPON. 12

Bảng 3. 1 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị OLT trong PON. 67

Bảng 3. 2 : Liệt kê các thông số giả sử thiết bị ONU trong mạng PON. 68
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 1
THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ
MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG
Chƣơng 1: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ
ĐỘNG PON
Chƣơng này giới thiệu về mạng quang thụ động PON, các thành phần cơ bản của mạng
quang thụ động PON và phân loại các loại PON.
1.1.
Giới thiệu mạng quang thụ động PON
1.1.1. Công nghệ PON
PON là từ viết tắt của Passive Optical Network tạm dịch là mạng quang thụ động.
Công nghệ mạng quang thụ động PON còn đƣợc hiểu là mạng công nghệ quang truy nhập
giúp tăng cƣờng kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và ngƣời sử
dụng. Công nghệ PON đƣợc biết tới đầu tiên đó là TPON (Telephony PON) đƣợc triển khai
vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) đƣợc chuẩn hóa dựa
trên nền ATM. Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet
PON (EPON) và Gigabit PON (GPON), có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho
các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới ngƣời sử
dụng đầu cuối. Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON (Wavelength
Division Multiplexer PON).
Trong công nghệ PON, tất cả thành phần active giữa tổng đài CO (Central Office) và
ngƣời sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều
hƣớng các traffic trên mạng dựa trên việc phân chia năng lƣợng tới các điểm đầu cuối trên
đƣờng truyền chính vì vậy mà ngƣời ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động (PON).
Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động PON là một dạng
của mạng truy nhập quang. Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến khách hàng. Nó đƣợc đặt
gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lƣợng lớn. Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng
khác nhau do nhiều lí do khác nhau và PON là một trong những dạng đó. So với mạng truy

nhập cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu nhƣ không giới hạn băng thông (hàng THz). Việc
triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tƣơng lai.
1.1.2. Đặc điểm chính của hệ thống PON
 Đặc trƣng 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.
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 2
 Trong hệ thống PON băng thông đƣợc 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 lƣợng 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.
1.2.
Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON
1.2.1. Mô hình hệ thống


Một hệ thống mạng PON biểu diễn trên hình 1.1 bao gồm các thiết bị kết cuối đƣờng
quang (OLTs – Optical line terminators) đặt tại trạm trung tâm (CO- Central Office) và bộ các
thiết bị kết cuối kênh quang (ONUs – Optical network units) đƣợc đặt ở phía ngƣời sử dụng.
Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang (ODN – Optical distribution network) bao
gồm cáp quang, các thiết bị ghép/tách thụ động.

OLT đƣợc kết nối đến mạng lõi/metro thông qua giao tiếp (hình 1.2):
ODN

Mạng
lõi/
metro
Sợi quang

OLT
Central
Office
Splitter
Splitter
Splitter
Splitter
Sợi quang
ONU
ONU
ONU
ONU
ONU
ONU
ONU
ONU
ONU
Hình 1. 1 : Mô hình hệ thống mạng PON [1].
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 3
 V5: giao tiếp này nối đến mạng PSTN/ISDN.
 E1: giao tiếp với mạng DDN.
 FE/GE và ATM: giao tiếp với mạng IP/ATM.

Hình 1. 2 : Giao diện kết nối OLT đến mạng lõi và giao diện kết nối ONU đến khách hàng [9].
Giao diện kết nối đến các thiết bị của khách hàng gồm có các loại sau (hình 1.2):
 POTS (Plain Old Telephone Service): là hệ thống điện thoại tƣơng tự chỉ gửi một
tín hiệu tƣơng tự trên mỗi cặp dây, mỗi tín hiệu riêng biệt này đƣợc coi là một
kênh. Sử dụng POTS và modem để gửi tín hiệu tƣơng tự cung cấp một kênh
64kbit/s. Modem và đƣờng dây điện thoại truyền thống khá phù hợp cho mục đích
sử dụng Internet để gửi thƣ điện tử. Tuy nhiên, nếu chúng ta cần gửi và nhận một
khối lƣợng dữ liệu lớn thì sẽ mất khá nhiều thời gian.
Dịch vụ POTS có những đặc điểm sau đây:
o Các đƣờng dây hiện thời chỉ sử dụng hai cặp dây xoắn.
o Tín hiệu trên cáp nối chặng cuối là tín hiệu tƣơng tự.
o Cần modem để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tƣơng tự.
 xDSL: cung cấp kết nối xDSL băng thông cao khả năng tối đa lên 50Mbps, với
yêu cầu khoảng cách cáp đồng khoảng 500m và tối đa đến 1000m.
 FE (Fast Ethernet): cung cấp các dịch vụ tốc độ lên tới 100Mbps cho khách hàng.
 2B+D: cung cấp 2 kênh B có tốc độ mỗi kênh là 64 kbps đƣợc dùng cho thoại, fax,
truyền dữ liệu và truy cập Internet; 1 kênh D có tốc độ 16 kbps đƣợc dùng để
truyền tín hiệu điều khiển.
 V.24/V.35: nối vào các thiết bị.
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 4
1.2.2. OLT
OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất một
giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang. OLT có thể đƣợc đặt ở bên trong
tổng đài hay tại một trạm từ xa.
Sơ đồ khối chức năng của OLT đƣợc mô tả ở hình 1.3.

Một OLT có thể đƣợc chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.
1.2.2.1. Phần lõi OLT
Phần lõi OLT bao gồm:

 Chức năng kết nối chéo đƣợc số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi/metro
với phần mạng phối quang ODN.
 Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trên mạng
phối quang ODN. Ví dụ nhƣ dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đển mạng phối quang ODN
thì nó có nhiệm vụ là truyền còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODN đến mạng
lõi/metro thì nó phải đƣợc ghép kênh trƣớc khi truyền đến mạng lõi/metro.
 Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trƣờng truyền dẫn quang kết nối OLT với
một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động. Nó điều khiển quá trình
chuyển đổi quang/điện và điện/quang. Để có thể thực hiện cơ chế chuyển mạch bảo vệ
và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động splitter thì ở OLT sẽ có các chức năng
giao diện ODN giống nhƣ phần mạng phối quang ODN.
V5, E1,
ATM,
FE/GE
Mạng
lõi/metro
ODN

Chức năng
port dịch vụ

Chức năng
OAM
Chức năng cấp
nguồn

Chức năng
ghép kênh
truyền dẫn

Chức
năng
kết nối
chéo
đƣợc
số hóa

Phần lõi OLT
Phần dịch vụ OLT
Phần chung OLT
Chức năng
giao diện ODN
Chức năng
giao diện ODN

Hình 1. 3 : Các khối chức năng OLT [6].
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 5
1.2.2.2. Phần dịch vụ OLT
Phần dịch vụ OLT thì có chức năng port dịch vụ. Các port dịch vụ sẽ truyền ít nhất tốc độ
ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều dịch vụ
khác nhau ví dụ nhƣ dịch vụ truyền hình độ phân giải cao (HDTV- high definition TV), game
online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU (tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port
có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc vào cách cấu hình trên mỗi port. Khối TU có nhiều port có thể
cấu hình mỗi port một dịch vụ khác nhau.
1.2.2.3. Phần chung OLT
Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo
dƣỡng (OAM-Operation, Administration and Maintenance). Chức năng cấp nguồn chuyển đổi
nguồn ngoài thành nguồn mong muốn. Chức năng OAM cung cấp các phƣơng tiện để điều
khiển hoạt động, quản lí và bảo dƣỡng cho tất cả khối OLT. Trong điều khiển nội bộ, một

giao diện có thể đƣợc cung cấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập
đến hệ thống đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp.
1.2.3. ONU
ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phƣơng tiện cần thiết để phân phối các
dịch vụ khác nhau đƣợc điều khiển bởi OLT. Mô hình các khối chức năng của ONU đƣợc mô
tả ở hình 1.4.

Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.
1.2.3.1. Phần lõi ONU
Phần lõi ONU gồm:
POTS,
V24/V35,
xDSL,
2B+D
Khách
hàng
ODN

Chức năng
port user

Chức năng
OAM
Chức năng cấp
nguồn
Chức năng giao
diện ODN

Chức năng
ghép kênh

truyền dẫn

Chức
năng
ghép
khách
hàng và
dịch vụ
Phần lõi ONU
Phần chung ONU
Phần dịch vụ ONU

Hình 1. 1 : Các khối chức năng ONU [6].
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 6
 Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía khách hàng thì dữ
liệu sẽ đƣợc ghép trƣớc khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN thì các dịch vụ sẽ
tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ.
 Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệu giữa
ODN và khách hàng.
 Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điện hay
điện/quang.
1.2.3.2. Phần dịch vụ ONU
Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng port của user.
Chức năng port của user cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộ thích
nghi của chúng là 64 kbps hay n×64 kbps. Chức năng này có thể đƣợc cấp bởi một khách
hàng hay một nhóm khách hàng. Nó cũng cung cấp các chức năng chuyển đổi tín hiệu tùy
thuộc giao diện vật lí (ví dụ nhƣ rung chuông, báo hiệu, chuyển đổi A/D và D/A).
1.2.3.3. Phần chung ONU
Phần chung ONU bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động, quản lí và bảo

dƣỡng OAM. Chức năng cấp nguồn cung cấp nguồn cho ONU (ví dụ nhƣ chuyển đổi AC
thành DC hay ngƣợc lại). Nguồn có thể đƣợc cấp tại chỗ hay từ xa. Nhiều ONU có thể chia sẻ
nguồn. ONU có thể hoạt động bằng nguồn dự phòng.
Chức năng OAM cung cấp các phƣơng tiện để điều khiển các chức năng hoạt động, quản
lí và bảo dƣỡng cho tất cả khối của ONU.
1.2.4. ODN
Mạng phối quang ODN cung cấp môi trƣờng truyền dẫn quang cho các kết nối vật lí từ
ONU đến OLT.
ODN bao gồm các thành phần sau:
 Sợi quang và cáp quang.
 Các connector.
 Các thiết bị thụ động nhƣ splitter.
 Mối nối.
1.2.4.1. Sợi quang và cáp quang
Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng nó tạo sự kết nối giữa các thiết bị.
Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc tuy nhiên sợi quang ứng dụng trong
mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách
truyền tối đa chỉ là 20 km và tán sắc thì ảnh hƣởng không đáng kể. Do đó ngƣời ta sử dụng
sợi quang ở đây là sợi quang có suy hao nhỏ chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652
(theo khuyến nghị G.982).
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 7

Hình 1. 2 : Đặc tuyến suy hao của sợi quang [1].
Nhìn vào đặc tuyến suy hao của sợi quang ở hình 1.5 ta thấy ở bƣớc sóng 1310 nm thì suy
hao sợi quang ở khoảng 0.4 dB/km và ở bƣớc sóng 1490 nm thì suy hao sợi quang ở khoảng
0.3 dB/km.
Các loại cáp quang sử dụng trong mạng PON:
 Cáp gốc (cáp phân bổ từ OLT đến splitter): thƣờng là loose-tube – loại cáp này thì
đƣợc khuyến nghị ứng dụng ở hầu hết mạng PON.

 Cáp phối (cáp phân bổ từ splitter đến dây drop): có thể sử dụng cáp loose-tube hoặc
ribbon.
 Dây drop (kéo đến nhà thuê bao).
1.2.4.2. Splitter
Thành phần đƣợc nhắc chủ yếu trong mạng PON là splitter. Splitter là thiết bị thụ động,
công dụng của nó là để chia công suất quang từ một sợi ra nhiều sợi khác nhau.
Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng splitter có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8;
1:16;1:32; 1:64; 1:128. Hình 1.6 sử dụng một splitter có tỉ lệ chia lớn nhƣ 1:32 hay 1:64 hay
có thể sử dụng splitter nhiều lớp với lớp thứ nhất sử dụng splitter 1:2 và lớp thứ 2 sử dụng 2
splitter 1:4.
Hầu hết hệ thống PON có bộ chia splitter là 1:16 và 1:32. Tỉ lệ chia trực tiếp ảnh hƣởng
quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn. Tỉ lệ của splitter càng cao cũng có nghĩa là
công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do suy hao của bộ chia splitter 1:N tính theo
công thức 10×logN (dB) nên nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng lên gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên 3
dB.

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 8

Dựa vào các bộ chia nhƣ là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16;1:32; 1:64; 1:128 ta có suy hao tƣơng ứng
liệt kê ở bảng 1.1.
Bảng 1. 1 : Liệt kê suy hao của các bộ chia splitter tƣơng ứng.
Số port
Suy hao splitter (dB)
2
3
4
6
8
9

16
12
32
15
64
18

1.3. Tại sao PON lại phát triển
Trong FTTH nếu dựa vào mạng quang chủ động thì sợi quang sẽ đƣợc kéo từ trạm trung
tâm đến nhà thuê bao. Đây là kiểu kiến trúc đơn giản sử dụng kĩ thuật P2P nhƣng chi phí để
kéo một sợi quang từ trạm trung tâm đến nhà khách hàng là vô cùng đắc đỏ. Ta giả sử có N
thuê bao với khoảng cách truyền L tính từ trạm trung tâm CO thì ta cần có 2N bộ thu phát và
N×L chiều dài sợi quang (ở đây giả sử rằng sợi quang truyền 2 hƣớng) (hình 1.7a). Để giảm
Splitter
Splitter
Splitter
Splitter
OLT
ONU
ONU
ONU
ONU

ONU
OLT
ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

(a)
(b)
Hình 1. 3 : Các loại splitter
(a) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:32 hay 1:64
(b) Sử dụng Splitter có tỉ lệ bộ chia 1:2 và hai splitter có tỉ lệ bộ chia 1:4.

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 9
việc triển khai sợi quang, ta có thể sử dụng trạm chuyển mạch từ xa; điều này làm giảm việc
sử dụng chiều dài sợi quang nhƣng lại tăng số bộ thu phát lên thành 2N+2 bởi có thêm một
liên kết thêm vào mạng (hình 1.7b). Thêm vào đó, trạm chuyển mạch từ xa này thì cần nguồn
điện để hoạt động. Một trong những chi phí cao nhất của mạng là cung cấp và duy trì nguồn
điện hoạt động trong mạng. Do đó, việc thay thế trạm chuyển mạch từ xa này thành splitter thì
sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí bởi splitter hoạt động mà không cần cấp nguồn. Mạng PON tối
ƣu bộ thu phát quang, trạm trung tâm và triển khai sợi quang. Bộ thu phát trong mạng PON
chỉ còn N+1và sợi quang triển khai có độ dài L (hình 1.7c). Bởi những lợi ích của nó vừa tiết
kiệm chi phí vừa dễ triển khai nên mạng PON phát triển rất nhanh chóng trong mạng truy
nhập.

Hình 1. 7 : Việc triển khai sợi quang trong mạng truy nhập [10]

1.4. Phân loại PON
Xét về kĩ thuật thì mạng PON có thể chia làm 2 loại: thứ nhất là dựa vào kĩ thuật ghép
kênh phân chia theo thời gian sử dụng ở hƣớng down và kĩ thuật truy cập ghép kênh theo thời
gian ở hƣớng up thì ta có các loại nhƣ sau APON/BPON (ATM PON/Broadband PON,
GPON(Gigabit PON) và EPON(Ethernet PON); thứ hai dựa vào kĩ thuật ghép kênh theo bƣớc
sóng thì ta có WDM PON. Trong đồ án tốt nghiệp này chủ yếu nghiên cứu về ATM/BPON,
GPON và EPON.
Bảng 1.2 mô tả sự khác nhau của BPON, GPON và EPON để ta có cái nhìn khái quát về 3
loại mạng PON này sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng kế tiếp.
Chương 1: Tìm hiểu công nghệ mạng quang thụ động PON
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 10
Bảng 1. 2 : Mô tả sự khác nhau của APON/BPON, GPON và EPON.
Thông số
APON/BPON
GPON
EPON
Tốc độ bit
Down: 155, 622, 1244
Mbps
Up: 155, 622 Mbps
Down: 155, 622, 1244,
2488 Mbps
Up: 155, 622, 1244
Mbps
Down và up: 1250
Mbps
Khoảng cách
Tối đa: 20 km

Tối đa: 60 km
Tối đa: 20 km
Quỹ suy hao
10-25 / 10-28 / 15-30
dB
5-20 / 10-25 / 13-28 / 15-
30 dB
5-21 / 10-26 dB
Bộ chia
Tối đa: 1:64
Tối đa: 1:128
Tối đa lớn hơn 1:16

Bƣớc sóng
Down:1480-1500nm
Up: 1260-1360 nm
Cung cấp tín hiệu video
ở 1550 nm
Down:1480-1500nm
Up: 1260-1360 nm
Cung cấp tín hiệu video
ở 1550 nm
Down:1480-1500nm
Up: 1260-1360 nm
Cung cấp tín hiệu video
ở 1550 nm
Giao thức
Cell ATM
Khung GEM
Khung Ethernet

Dịch vụ
Ethernet, TDM, POTS
Ethernet, TDM, POTS
Ethernet


Chương 2: Tìm hiểu Fiber to the home
SVTH: Hồng Đặng Ngọc Ân Lớp: Đ07VTH1 Trang 11
Chƣơng 2: TÌM HIỂU FIBER TO THE HOME
Chƣơng này sẽ mô tả cụ thể các loại APON/BPON, GPON, EPON nhƣ sử dụng kĩ thuật
gì, cấu trúc khung của từng loại, gồm có các thủ tục gì nó hoạt động ra sao theo chuẩn ITU-T
và cách mở rộng mạng PON bằng cách sử dụng bộ khuếch đại ra sao trong superPON.
2.1.
APON/BPON
APON/BPON đƣợc chuẩn hóa bởi ITU-T. APON (ATM-PON) và BPON (Broadband
PON) là tên khác nhau của kiến trúc TDM-PON dựa trên ITU-T G.983. Tên BPON phục vụ
cho mục đích tiếp thị, còn tên APON thì nói rõ khung ATM đƣợc dùng để truyền trong chuẩn
ITU-T G.983. ATM có 53 cell trong đó 5 cell header và 48 cell tải. Bởi vì kích cỡ cố định,
ATM có thể đảm bảo chất lƣợng dịch vụ ví dụ nhƣ phân bổ băng thông, đảm bảo độ
trễ…ATM đƣợc thiết kế hỗ trợ cả thoại và dữ liệu vì thế mà nó phù hợp cho ứng dụng FTTH.
2.1.1.
Mô tả hệ thống APON/BPON
Hình 2.1 chỉ ra kiến trúc của BPON (Broadband PON). Trong kiến trúc này, OLT kết nối
đến ONU qua splitter 1:N. Khoảng cách truyền dẫn tối đa là 10-20 km. Lƣu lƣợng up lên từ
ONU đƣợc truyền ở bƣớc sóng 1310 nm và down từ OLT là bƣớc sóng 1490 nm và bƣớc
sóng 1550 nm đƣợc dùng để down video. Dữ liệu down xuống sẽ truyền tất cả các gói dữ liệu
đến tất cả ONU và nó sẽ nhận gói mà đúng địa chỉ của nó còn ở hƣớng up lên thì các gói từ
các ONU sẽ truyền lần lƣợt các gói đến OLT thông qua sự điều khiển của OLT. OLT sẽ qui
định khe thời gian mà ONU nào đƣợc truyền tại thời điểm đó để có thể tránh đƣợc sự đụng
độ.

1310 nm
1490 nm
1550 nm
OLT dành cho video
CO
Splitter
1
2
2
N
1
2
2
N
1
2
2
N
1
1
2
N
TDMA
TDM
1
2
2
N

1
1
2
N
ONU 2
ONU N
ONU 1
Bộ kết hợp bƣớc sóng
OLT dành cho
thoại/dữ liệu
20 km
Hình 2. 1 : Mô hình hệ thống BPON [1], [10]