Thiết kế mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH dựa trên chuẩn công nghệ GPON

Đồ án tốt nghiệp Đại học
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
1/ Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2/ Điểm số: … (Bằng chữ: ……. )
Hà Nội ngày … tháng … năm 2012
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. NGUYỄN ĐỨC THỦY
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn i
Lớp: D08VT3

Đồ án tốt nghiệp Đại học
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
1/ Nhận xét của giáo viên phản biện
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2/ Điểm số: … (Bằng chữ: …….)
Hà Nội ngày … tháng … năm 2012
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn ii

Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii
LỜI CẢM ƠN xii
LỜI NÓI ĐẦU xiii
CHƯƠNG I: MẠNG TRUY NHẬP QUANG BĂNG RỘNG CẤU TRÚC FTTH 1
1. 1. Giới thiệu về kiến trúc quang FTTx 1
1.1.1. Định nghĩa 1
1.1.2. Phân loại 1
1.2. Mạng quang truy nhập quang cấu trúc FTTH 3
1.2.1. Tổng quan về FTTH 3
1.2.2. Kiến trúc FTTH 3
1.2.3. Các cấu hình của FTTH 4
1.2.4. Bước sóng sử dụng trong FTTH 6
1.3. Kết luận chương I 7
CHƯƠNG II: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON 8
2.1. Giới thiệu về mạng quang thụ động (PON) 8
2.1.1. Kiến trúc mạng PON 8
2.1.2. Các chuẩn mạng PON 10
2.2. Công nghệ GPON 13
2.2.1. Giới thiệu: 13
2.2.2. Kiến trúc mạng GPON 14
2.2.3. Các thông số kỹ thuật GPON 18
a. Tốc độ bit 18
2.2.4. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 19

b.Phương thức ghép kênh 20
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn iii
Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
2.2.5. Lớp hội tụ truyền dẫn 20
a.Một số khái niệm cơ bản 20
21
b. Ngăn xếp giao thức 21
c. Các chức năng chính của GTC 23
d. Chức năng các lớp con trong GTC 23
2.2.6. Cấu trúc khung 24
a. Cấu trúc khung đường xuống 25
b.Cấu trúc khung đường lên 26
2.2.7. Phương Thức Đóng Gói Dữ Liệu 28
Cấu trúc khung GEM 28
2.2.8. Định cỡ và phân định băng thông trong GPON 31
b. Phân định băng thông động 33
2.2.9. Bảo mật và mã hóa 35
2.2.10. Một số dịch vụ của mạng GPON 35
a.FTTx 35
b.Dịch vụ VoIP 36
c.Dịch Vụ IPTV 36
d.Dịch vụ truyền số liệu VPN/MPLS 36
2.3. Kết luận chương II 37
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, TRIỂN KHAI MẠNG FTTH THEO CHUẨN GPON 37
3.1. Giới thiệu 37
3.2. Mô hình triển khai FTTH trên nền GPON: 37
3.2.1. Cấu hình mạng tham chiếu 39
3.2.2. Tốc độ bit 41
3.2.3. Mã hóa đường dây 41

3.2.4. Bước sóng hoạt động 42
3.2.5. Nguồn phát tại giao diện Old và giao diện Oru 42
3.2.6. Đường truyền quang giữa giao diện Old/Oru 43
3.2.7. Bộ thu tại giao diện Ord và Olu 43
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn iv
Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
3.2.8. Các thông số kỹ thuật của mạng 44
3.3. Mô phỏng mạng FTTH trên nền GPON 47
3.3.1. Giới thiệu sơ lược về phần mềm Optisystem 47
3.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 48
a.Tỉ lệ lỗi bit BER 48
b.Hệ số phẩm chất Q 51
c.Đồ thị mắt 52
d. Mối quan hệ giữa đồ thị mắt và tỉ lệ lỗi bit BER 54
3.3.3. Các tham số đặc trưng cho mạng GPON 55
a.Bước sóng hướng xuống 1490, 1550nm, hướng lên 1310nm 55
b. Phương thức ghép kênh 56
c.Phương thức điều chế NRZ 57
3.3.4. Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON 58
a.Sơ đồ kết nối 58
3.4 Kết luận chương III 66
KẾT LUẬN 67
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn v
Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.1 Phân loại FTTx theo chiều dài cáp quang 1
Hình 1.2 Kiến trúc FTTH 4
Hình 1.3 Cấu hình điểm- điểm (P2P) 5

Hình 1.4 Cấu hình điểm – đa điểm (P2MP) 5
Hình 1.5 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang 6
Hình 2.1 Kiến trúc mạng PON 9
Hình 2.2 Cấu trúc của WDM PON 12
Hình 2.3 Kiến trúc mạng GPON 14
Hình 2.4 Các khối chức năng trong OLT 15
Hình 2.5 Các khối chức năng của ONU 16
Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 17
Hình 2.7 Các bộ 8x8 được tạo ra từ các bộ 2x2 17
Bảng 2.1 Tốc độ bit trong GPON 18
Hình 2.8 TDMA GPON 19
Hình 2.9 Cấu trúc phân lớp mạng GPON 21
Hình 2.10 Ngăn xếp giao thức của GTC 22
Hình 2.11 Điều khiển truy nhập môi trường 23
Hình 2.12 Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên 25
Hình 2.13 Cấu trúc khung đường xuống 25
Hình 2.14 Các trường thông tin trong khung đường xuống 26
Hình 2.15 Cấu trúc khung đường lên 27
Hình 2.16 Cấu trúc các trường thông tin khung đường lên 27
Hình 2.17 Cấu trúc khung và mào đầu GEM 28
Hình 2.18 Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM 30
Hình 2.19 Một số trường hợp phân mảnh 30
Hình 2.20 Mối quan hệ giữa khung GEM và khung GTC 31
Hình 2.21 Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON 32
Hình 2.22 Cửa sổ định cỡ 32
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn vi
Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Hình 2.23 Phân định băng thông động 33
Hình 2.24 Nguyên lý hàng đợi công bằng 34

Hình 2.25 Mô hình VoIP với GPON 36
Hình 3.1 Kiến trúc mạng và hạ tầng cung cấp dịch vụ của FTTH- GPON 38
Hình 3.2 Kiến trúc mạng quang 39
Hình 3.3 Mô hình mạng tham chiếu 39
Hình 3.4 Cấu hình vật lý chung của mạng phân bố quang ODN 40
Bảng 3.1 Ví dụ giao diện SNI và các dịch vụ 40
Bảng 3.2 Ví dụ giao diện UNI và các dịch vụ 41
Bảng 3.3 Các thông số giao diện quang đường xuống tốc độ 1244 Mbitps 45
Bảng 3.4 Thông số giao diện quang đường xuống tốc độ 2488 Mbitps 46
Bảng 3.5 Thông số giao diện quang đường lên tốc độ 155 Mbitps 46
Bảng 3.6 Thông số giao diện quang đường lên tốc độ 622 Mbitps 47
Bảng 3.7 Thông số giao diện quang đường lên tốc độ 1244 Mbitps 47
Hình 3.5 (a) Tín hiệu nhận được ở bộ thu. (b) Hàm phân bố xác suất bit “1” và “0”. 49
Hình 3.6 Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER 51
Hình 3.7 Hệ số Q tính theo biên độ 52
Hình 3.8 Sự hình thành đồ thị mắt 53
Hình 3.9 Đồ thị mắt 54
Hình 3.10 Phổ tín hiệu tại bước sóng 1490nm 55
Hình 3.11 Phổ tín hiệu tại bước sóng 1550nm 55
Hình 3.12 Phổ tín hiệu tại bước sóng 1310nm 56
Hình 3.13 Phương thức ghép kênh TDM trong GPON 57
Hình 3.14 Phân loại mã đường dây 58
Hình 3.15 Sơ đồ kết nối hệ thống FTTH- GPON 59
Hình 3.16 Sơ đồ kết nối bộ chia quang 1:32 60
Hình 3.17 Sơ đồ kết nối ONT 60
Bảng 3.8 Tham số thiết lập mô phỏng 61
Hình 3.19 Đồ thị tín hiệu khoảng cách 20km, hệ số chia 1:32, bước sóng 1490nm 62
Hình 3.20 Đồ thị tín hiệu khoảng cách 10km, Splitter 1:64, bước sóng 1490nm 63
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn vii
Lớp: D08VT3

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Hình 3.21 Đồ thị tín hiệu cho tốc độ 2488Mbps, công suất phát 0dB 64
Hình 3.22 Đồ thị tín hiệu cho tốc độ 1244Mbps, công suất phát 0dB 64
Hình 3.23 Đồ thị tín hiệu Splitter 1:32, L=10km, tốc độ 2488Mbps (down) 66
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến
Alloc ID Allocation Identifier Phân bổ nhận dạng
AON Acctive Optical Network Mạng quang chủ động
AP Access Point Điểm truy nhập
APON ATM PON
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển đổi không đồng bộ
B
BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bit
BIP Bit Interleaved Parity Bit đan xen chẵn lẻ
BOH Burst over Head Mào đầu burst
BPL Broadband over Power Line
Băng rộng dùng cáp điện
BPON Broadband PON PON băng rộng
C
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn viii
Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
CAPEX Capital Expense
CDMAPON
Code Division Multiplexing
Access PON
Đa truy nhập phân chia theo mã
PON
CO Central Office Trung tâm dịch vụ

D
DBA Dynamic Bandwith Assignment Phân bổ băng tần động
DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh
DP Distribution Point Điểm phân phối
DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số
E
EPON Ethernet PON
F
FBA Fixed Bandwitch Allocation Phân bổ băng tần cố định
FEC Forward Error Correction Kĩ thuật sửa lỗi
FMD Fiber Management Point Điểm quản lý sợi
FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến hộ gia đình
FTTB Fiber To The Building Cáp quang đến tòa nhà
FTTC Fiber To The Curb Cáp quang đến vỉa hè
FTTE Fiber To The Exchange Cáp quang đến điểm giao dịch
G
GEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói dữ liệu GPON
GEPON Gigabit Ethernet PON EPON tốc độ Gigabits
GPM
GPON Physical Media
Dependent
Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý
GPON
GPON Gigabit PON PON tốc độ Gigabits
GTC
GPON Transmission
Conversion
Lớp hội tụ truyền dẫn GPON
H
HEC Header Error Control Tiêu đề kiểm soát lỗi

HFC Hybrid Fiber Coaxial Cáp đồng trục lai ghép
I
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện các kỹ sư Điện và Điện tử
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPTV Internet Protocol Television TV qua giao thức Internet
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn ix
Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ITUT
International
Telecommunication Union-
Telecom
Tổ chức viễn thông quốc tế
L
LLID Link Logic Identifier Nhận dạng liên kết logic
M
MAC Media Access Control Điều khiển phương tiện truy nhập
MDU Multi Dwelling Unit Khu vực chung cư
MPCPDU
Multipoint Control Protocol
Data Unit
Giao thức điều khiển đa điểm PDU
MPLS Multiprotocol Label Switching
Đa truy nhập theo giao thức chuyển
mạch nhãn
MUX Multiplexer Ghép kênh

N
NRZ Non Return to Zero Không trở về 0
O
OAM
Operation Administration and
Mainternance
Quản lý hoạt động và bảo dưỡng
ODN Optical Distribution Network Mạng phân phát quang
OLT Optical Line Termination Đường cuối quang
OMCI
ONU Management and Control
Interface
Giao diện quản lý và điểu khiển
ONU
ONT Optical Network Termination Kết cuối quang
ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang
OPEX Operation Expense
P
PCPd
Physical Control Block
downsteam
Khối điều khiển vật lý đường xuống
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PLC Power Line Communication Thông tin đường cáp điện
PLI Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình logic
PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
PTI Payload Type Indicator Chỉ số loại tải trọng
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn x
Lớp: D08VT3

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
R
RTD Round Trip Delay Thời giân trễ trọn vòng
RZ Return to Zero Trở về 0
S
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
T
TC Transmission Convergence Hội tụ truyền dẫn
T-CONT Transmission Containers Khối truyền tải
TDM Time Devision Multilplexing Ghép kênh phân thời
TDMA
Time Devision Multilplexing
Access
Đa truy nhập phân chia theo miền
thời gian
V
VCI Vitural Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo
VoD Video on Demand Video theo yêu cầu
VoIP Voice over IP Thoại qua giao thức Internet
VPI Vitural Path Identifier Nhận dạng đường ảo
W
WDMPON
Wavelength Devision
Multiplexing PON
PON sử dụng ghép kênh theo bước
sóng
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn xi
Lớp: D08VT3

Đồ án tốt nghiệp Đại học
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, em đã
nhận được nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô để hoàn thành khóa học một cách tốt nhất.
Qua đồ án tốt nghiệp Đại học này em xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới
tất cả các thầy cô giáo ở các Bộ môn đã tham gia giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt
thời gian vừa qua.
Qua Đồ án này, em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo ở bộ môn
Thông tin Quang, khoa Viễn thông 1 đã đưa ra những ý kiến đóng góp, nhận xét trong
suốt quá trình làm đồ án. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, TS.
Nguyễn Đức Thủy đã định hướng, góp ý và sửa chữa cho em trong thời gian thực
hiện Đồ án này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã động viên và tạo điều
kiện cho em hoàn thành tốt những năm học ở trường và đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn xii
Lớp: D08VT3
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn xiii
Lớp: D08VT3
Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày
càng
phong phú và phát
triển với tốc độ nhanh, nhu cầu về các loại
dịch
vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ
liệu ngày càng cần thiết. 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
rộng, tốc độ truy cập cao.
Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã được triển
khai
rộng rãi nhưng do hạn
chế về tốc độ và cự ly nên không đáp ứng được cá c yêu cầu về dịch vụ.

FTTH là một kiến trúc mạng truy nhập quang có băng thông rộng, tốc độ
truyền dữ liệu cao với chất lượng dịch vụ tốt. Dựa trên công nghệ mạng quang thụ
động cùng với kiến trúc transceiver mới, mạng FTTH có khả năng cung cấp cho số
lượng thuê bao lớn hơn rất nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộng
mạng và cho phép người sử dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông tốc độ
cao.
Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITUT chuẩn hóa, hiện
nay
là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho 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.
Vì vậy việc triển khai FTTH theo chuẩn GPON là cần thiết để đáp ứng các nhu
cầu về dịch vụ tốc độ cao, băng thông lớn và các dịch vụ trong tương lai.
Hiện nay, ở nước ta đã có CMC TI và VNPT là hai công ty đang triển
khai mạng
FTTH
theo công nghệ GPON. Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Thiết
kế mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH dựa trên chuẩn công nghệ GPON”

Đồ án của em gồm 3 chương:
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH. Nội dung
chương này sẽ trình bày về nguồn gốc ra đời, kiến trúc và ưu nhược điểm của FTTx
cụ thể là FTTH.
Chương II:Mạng quang thụ động với chuẩn GPON. Nội dung chương sẽ
trình bày về kiến trúc, các thông số kỹ thuật của công nghệ GPON và các dịch vụ
triển khai trên đó như: FTTx, IPTV, VPN/MPLS….
Chương III: Thiết kế, triển khai FTTH theo chuẩn GPON. Chương này sẽ
nêu ra mô hình, các tham số, cấu hình tham chiếu cho việc triển khai công nghệ. Mô
phỏng kiến trúc FTTH-GPON bằng phần mềm Optiwave System 7.0. Qua việc thiết
lập các tham số liên quan dựa theo chuẩn ITU- G984.2 để đánh giá về các tham số
đặc trưng của mạng như: BER, khoảng cách, công suất phát, độ nhạy thu…
Được sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu và cung cấp tài
liệu của thầy giáo, TS. Nguyễn Đức Thủy và ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn xiii
Lớp: D08VT3
Lời nói đầu
trong bộ môn Thông Tin Quang cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án được hoàn
thành với nội dung được giao ở mức độ và phạm vi nhất định. Tuy nhiên do trình độ
và thời gian có hạn, đồ án chắc chắn không chắn khỏi những sai sót, kính mong các
thầy cô giáo và các bạn đọc đóng góp kiến chỉnh sửa và hướng phát triển tiếp theo để
đồ án hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS. Nguyễn Đức Thủy cùng các thầy cô
giáo trong bộ môn Thông Tin Quang và các bạn đã giúp đỡ tận tình trong thời gian
học tập và làm đồ án.
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn xiv
Lớp: D08VT3
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH
CHƯƠNG I: MẠNG TRUY NHẬP QUANG BĂNG RỘNG CẤU
TRÚC FTTH

1. 1. Giới thiệu về kiến trúc quang FTTx
1.1.1. Định nghĩa
FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từ
các thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao. Trong đó, sợi
quang có hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhà cung cấp đến khách
hàng. “x” được hiểu là một ký hiệu đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như
FTTH, FTTC, FTTB, FTTN Do đó nó có thể thay thế cơ sở hạ tầng cáp đồng hiện
tại như dây điện thoại, cáp đồng trục. Đây là một kiến trúc mạng tương đối mới và
đang phát triển nhanh chóng bằng cách cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng.
Hiện nay, công nghệ cáp quang có thể cung cấp đường truyền cân bằng lên tới tốc độ
100 Mbps.
1.1.2. Phân loại
Hình 1.1 Phân loại FTTx theo chiều dài cáp quang
Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTx
thông qua Hình 1.1 như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTC, FTTN…
Điểm khác nhau của các loại hình này là do chiều dài cáp quang từ thiết bị đầu cuối
của ISP (OLT) đến các user. Nếu từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phía user) hoàn
toàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB.
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 1
Lớp: D08VT3
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH
a. FTTH
FTTH (Fiber To The Home): Trong kiến trúc này cáp quang được kéo đến tận
hộ gia đình, trong đó ONT được đặt tại thuê bao. ONT là điểm phân phát dịch vụ cho
phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ số liệu, thoại và hình ảnh trên cùng một
sợi.
FTTH có khả năng cung cấp băng tần lớn, tuy nhiên chi phí cho việc xây dựng
mạng lại rất cao, cần phải xem xét cụ thể khi thiết kế. Nhìn chung, để tiến tới phương
án FTTH cần có chiến lược phát triển mạng và kế hoạch triển khai cụ thể để có được
các bước thực hiện và đầu tư hợp lí. Phương thức này đặc biệt phù hợp khi cần phải

lắp đặt các mạng cáp mới hoặc thay thế mạng cáp cũ
b. FTTB
FTTB (Fiber To The Building): Trong kiến trúc này, sợi quang được kéo tới
một ONU đặt trong tòa nhà. Các khách hàng có thể truy cập Internet theo các kết nối
đến ONU thông qua LAN nhờ các cáp UTP-5. Chiều dài của phần cáp đồng thường
không lớn hơn 10m
Để tận dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên cũ thì phương thức FTTB+LAN
được xem là tiết kiệm tối đa chi phí xây dựng mạng. Hơn nữa khoảng cách ngắn giữa
ONU và thiết bị đầu cuối thuê bao cũng cho phép phát triển từng bước từ FTTB+LAN
sang FTTH.
Mô hình FTTB phù hợp với các tòa nhà có mật độ lớn, các khách hàng là doanh
nghiệp vì họ có nhu cầu đặc biệt lớn về băng tần, đặc biệt các tòa nhà này đều có LAN
xây dựng trên mạng cáp UTP-5.
c. FTTC
FTTC (Fiber To The Curb): Cáp quang đến một khu vực dân cư. Sợ quang
đươc kéo tới một ONU đặt ở vỉa hè. Một hoặc nhiều tòa nhà kết nối ONU bằng cáp
đồng, khoảng cách từ ONU tới thuê bao khoảng 100 m.
Phương thức FTTC được khuyến nghị sử dụng cho các vùng dân cư có mật độ
dân tương đối cao, đặc biệt là ở những nơi có thể sử dụng lại mạng cáp đồng, hoặc
những nơi khó lắp đặt cáp quang. Đây cũng là một phương thức truy nhập phù hợp cho
các khách hàng có nhu cầu đối với các dịch vụ VoIP. Truy nhập Internet tốc độ cao.
d. FTTN
FTTN (Fiber To The Node): Phương thức này cũng giống như FTTC, nhưng
khoảng cách từ ONU tới khách hàng rất lớn, có thể đến vài km.
Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To The Exchange).
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 2
Lớp: D08VT3
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH
1.2. Mạng quang truy nhập quang cấu trúc FTTH
1.2.1. Tổng quan về FTTH

 Định nghĩa:
FTTH (Fiber To The Home) là mạng viễn thông bằng cáp quang được nối đến
tận nhà để cung cấp các dịch vụ tốc độ cao như điện thoại, Internet tốc độ cao và TV.
Đây là phương thức truy cập Internet bằng cáp quang, thay cho cáp đồng tiêu chuẩn từ
trước đến nay. Điểm khác biệt giữa truy cập FTTH và ADSL là FTTH có tốc độ nhanh
hơn gấp nhiều lần (khoảng 66 lần DSL tiêu chuẩn, 100Mbps so với 1,5Mbps), và có
tốc độ tải lên và tai xuống như nhau, trong khi ADSL có tốc độ tải lên nhỏ hơn so với
tốc độ tải xuống
 Ưu điểm vượt trội của FTTH
Khoảng cách truyền lớn: Thích hợp cho việc phát triển thua bao viên thông.
Băng thông lớn: Có thể chạy tốt yêu cầu và ứng dụng hiện đại.
 Những tiện ích mà FTTH mang lại
Chất lượng truyền dẫn tín hiệu: Bền bỉ ổn định không bị suy hao tín hiệu bởi
nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cáp.
Độ bảo mật rất cao: Với FTTH thì hầu như không thể bị đánh cắp tín hiệu trên
đường dây.
Ứng dụng hiệu quả với các dịch vụ: Hosting Sever riêng, VPN (mạng riêng ảo),
truyền dữ liệu, Game Online, IPTV (truyền hình tương tác), VoD (xem phim theo yêu
cầu), Video Conferrence (hội nghị truyền hình), IP Camera… với ưu thế băng thông
truyền tải dữ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng thông lên tới 1Gbps.
1.2.2. Kiến trúc FTTH
Trong hệ thống FTTH, thiết bị kết cuối đường truyền là OLT đặt tại tổng đài
trung tâm CO được thiết kế để giao tiếp với các nhà cung cấp dịch vụ, chẳng hạn giao
tiếp với mạng chuyển mạch điện thoại công cộng, với chuyển mạch ATM, router IP,
giao tiếp với mạng lõi video qua thiết bị đầu cuối cáp TV hoặc từ một vệ tinh chảo…
Về mặt truyền dẫn, OLT cho phép hỗ trợ các loại giao diện khác nhau của lớp liên kết
dữ liệu như: SONET, ATM, Gigabit Ethernet…
Tất cả các tín hiệu sau đó được chuyển thành tín hiệu quang và được ghép vào sợi
quang bằng các kỹ thuật ghép kênh như ghép kênh theo không gian SDM, ghép kênh
theo thời gian TDM, hoặc ghép kênh theo bước sóng WDM để truyền dẫn trên mạng

phân bố quang ODN. Mạng truy nhập quang OAN bao gồm các phần: khối kết cuối
đường truyền quang OLT, mạng phân bố quang ODN, khối cuối mạng quang ONT.
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 3
Lớp: D08VT3
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH
Có nhiều sự lựa chọn được đưa ra cho mạng truy nhập quang OAN đó là:
Cấu hình điểm – điểm (P2P)
Cấu hình điểm nối đa điểm (P2MP): có bộ chia trên đường truyền để phân chia công
suất tín hiệu và đưa tới các thuê bao riêng rẽ, gồm mạng quang tích cực (AON) và
mạng quang thụ động (PON)
Khối kết cuối mạng quang ONT hoặc đơn vịn mạng quang ONU (trong mạng
FTTH thì ONU cũng chính là ONT) sẽ giao tiếp với các thiết bị đầu cuối tại nhà khách
hàng. Tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện bởi bộ chuyển đổi quang
điện OEC và được tách ra các dịch vụ theo yêu cầu của thuê bao.
Hình 1.2 Kiến trúc FTTH
1.2.3. Các cấu hình của FTTH
Tùy thuộc cấu hình được lựa chọn cho mạng truy nhập quang OAN mà ta có
các kiểu truyền dẫn quang tới nhà thuê bao khác nhau và tài nguyên mạng được chia
sẻ giữa các thuê bao khác nhau.
a. Cấu hình điểm- điểm (P2P)
Trong giải pháp này, mỗi gia đình được kết nối thẳng tới tổng đài nội hạt bằng
cáp sợi quang. Nó cung cấp một đường dây kết nối dùng riêng từ nhà khai thác cho
mỗi thuê bao và đó là ưu điểm chính của các mạng P2P so với các mạng P2MP.
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 4
Lớp: D08VT3
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH
Hình 1.3 Cấu hình điểm- điểm (P2P)
Các đường dây kết nối dùng riêng của một mạng P2P tạo điều kiện thuận lợi
cho việc cung ứng dịch vụ đặc trưng cho thuê bao. Băng thông thuê bao rộng hơn với
độ an toàn lưu lượng được tăng cường và cung cấp các dịch vụ đối xứng một cách đơn

giản. Nó có ưu điểm là có thể sử dụng các cấu kiện và thiết bị đang có sẵn, việc này
giúp giảm chi phí của hệ thống. Tuy nhiên , các mạng P2P đòi hỏi các hoạt động ngoài
hiện trường và điều này có thể làm tăng các chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng.
b. Cấu hình điểm- đa điểm (P2MP)
Trong kiến trúc này, một node làm chức năng chuyển mạch, ghép kênh, chia
tách tín hiệu được lắp đặt giữa tổng đài CO và nhà thuê bao. Chỉ cần một cổng OLT và
một sợi quang kết nối giữa CO với node là có thể cung cấp dịch vụ đồng thời cho 4
đến 1000 thuê bao thông qua các tuyến quang dẫn từ node tới mỗi thuê bao. Cấu hình
này cho phép tiết kiệm một lượng lớn sợi quang và cổng tại OLT, do đó giá thành hệ
thống sẽ thấp hơn
Hình 1.4 Cấu hình điểm – đa điểm (P2MP)
cấu hình P2P. Cấu hình mạng này là tích cực hay thụ động tùy thuộc vào các thiết bị
của node đó có được cấp nguồn hay không.
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 5
Lớp: D08VT3
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH
1.2.4. Bước sóng sử dụng trong FTTH
Tổn hao truyền sóng trên sợ quang gây ảnh hưởng lớn tới dự trữ công suất,
khoảng cách vật lý, tỉ sô chia trong mạng. Trong sợi quang, tồn tại rất nhiều nguyên
nhân gây ra suy hao tín hiệu nhưng chủ yếu bởi bốn nguyên nhân chính:
− Suy hao do hấp thụ vật liệu
− Suy hao do tán xạ
− Suy hao do uốn cong
− Suy hao do ghép và chia sợ quang
Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn mối tương quan theo bước
sóng người ta nhận được phổ suy hao của sợi quang. Mỗi loại sợi có đặc tính suy hao
riêng. Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như Hình 1.5, có ba vùng bước
sóng suy hao thấp nhất, còn gọi là ba cửa sổ thông tin
• Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm. Trong vùng bước sóng từ 0.8µm tới
1µm, suy hao chủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy hao

hấp thụ. Suy hao trung bình trong cửa sổ này ở mức từ (2-3) dB/km
• Cửa sổ thứ hai: Ở bước sóng 1300nm. Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp, suy
hao chính do tiêu hao tán xạ Raleigh. Suy hao tương đối thấp khoảng từ (0,4 ÷
0,5) dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay.
• Cửa sổ thứ ba: Ở bước sóng 1550nm. Suy hao thấp nhất cho đến nay khoảng
0,3 dB/Km, sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn so với
bước sóng 1300nm. Tuy nhiên với một số loại sợi quang có dạng phân bố chiết
suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bước sóng 1550nm như các sợi quang
DC, MC và sợi quang bù tán sắc. Lúc đó việc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiều
thuận lợi: suy hao thấp và tán sắc nhỏ.
Hình 1.5 Đặc tuyến suy hao trong sợi quang
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 6
Lớp: D08VT3
Chương I: Mạng truy nhập quang băng rộng cấu trúc FTTH
Hình trên mô tả phổ suy hao trong sợi quang silicat. Thông thường, tổn hao lớn
nhất trên sợi quang ở bước sóng 1,38µm gây ra bởi hấp thụ của tạp chất trong ion OH-
do quá trình sản suất cáp quang. Thông qua các tính chất suy hao của sợi quang, mạng
FTTH được triển khai dựa trên ba vùng bước sóng chính là 1310nm, 1490nm và
1550nm. Vùng bước sóng 1310nm để truyền dữ liệu tuyến lên, vùng bước sóng
1490nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến xuống còn vùng bước sóng
1550nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền hình CATV.
1.3. Kết luận chương I
Trên đây em đã trình bày về kiến trúc mạng truy nhập quang FTTx nói chung
và đi sâu vào kiến trúc FTTH. Chương I đã đi vào tìm hiểu định nghĩa, kiến trúc cũng
như là các cấu hình mạng để từ đó có cơ sở để nghiên cứu việc triển khai kiến trúc
FTTH trong các chương sau.
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 7
Lớp: D08VT3
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
CHƯƠNG II: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG VỚI CHUẨN GPON

2.1. Giới thiệu về mạng quang thụ động (PON)
Mạng quang thụ động viết tắt là PON (Passive Optical Network). Công nghệ
mạng quang thụ động còn được hiểu là mạng công nghệ truy nhập quang giúp tăng
cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và người sử
dụng. Công nghệ PON được biết tới đầu tiên đó là TPON (Telephony PON) được triển
khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) được
chuẩn hóa dựa trên nên ATM. Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai 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 hang loạt vấn đề truy nhập
băng thông rộng tới người sử dụng đồng cuối. Công nghệ PON mới nhất đó là WDM
PON (Wavelengh Division Multiplexer PON). Trong công nghệ PON, tất cả các thành
phần chủ động giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn
tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các lưu lượng trên
mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền.
Chính vì thế mà người ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động (PON)
Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp
dịch vụ vì họ không cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường truyền
nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho đi qua hoặc
ngăn chặn ánh sang…Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác xử lý tín hiệu
nào và từ đó, gần như kéo dài vô hạn khoảng thời gian trung bình giữa các lần lỗi truy
cập MTBF (Mean Time Between Failure), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà
cung cấp dịch vụ.
2.1.1. Kiến trúc mạng PON
PON là một mạng điểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị
đầu cuối kênh quang đặt tại trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối
mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network Terminator) đặt
gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang ODN
(Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang, các thiết bị tách ghép thụ động.
Kiến trúc của PON được mô tả như hình 2.1
Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang (ONT) có khả năng hỗ trợ kết nối dịch

vụ điện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và các
giao tiếp truyền dữ liệu tốc độ cao như Ethernet và DSL. Đầu cuối đường dây quang
(OLT) bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và các phần
tử điều khiển NE (Network Element). Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu
tới tất cả các ONU.
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 8
Lớp: D08VT3
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Hình 2.1 Kiến trúc mạng PON
Tín hiệu hướng xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ mào đầu Khai thác
Quản lý và Bảo dưỡng (Operations Administration and Maintenance - OAM) và các
tín hiệu đồng bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên. Dựa vào các thông tin về khe
thời gian (kênh), địa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã CDMA mà các ONT tách dữ liệu
tương ứng với thuê bao của khách hàng. Trong hướng lên, mỗi một ONU cần có giao
thức điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) để chia sẻ
PON. Giao thức MAC thường được sử dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theo
thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), khi đó mỗi ONT được cấp một khe
thời gian (kênh) để gửi dữ liệu của mình tới OLT. Ngoài ra trong hướng lên cần phải
có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhóm gói dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian
này phải đảm bảo sao cho tại bộ thu OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau.Thông
thường các hệ thống TDMA PON gán trước một tỷ lệ phân chia cố định băng thông
hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu được gửi đi. Một
giải pháp để phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băng
thông động (Dynamic Bandwidth Allocation - DBA). DBA là giao thức cho phép các
ONT gửi yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu quả băng thông hướng
lên. Các thông tin yêu cầu có thể là các mức đầy hàng đợi đầu vào cho các lớp dịch vụ
khác nhau. OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT và gán băng thông cho gửi dữ liệu
hướng lên ở lần kế tiếp theo. OLT cũng có thể tích hợp chức năng thỏa thuận mức dịch
vụ SLA (Service Level Agreement) để kết hợp với DBA trong việc phân bổ băng
thông. Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên

Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 9
Lớp: D08VT3
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sử
dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải
tốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sóng
riêng. Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm cho
hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên.
Ưu điểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thụ động, có giá thành
rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, không
cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phía
người dùng. Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo
dưỡng, vận hành. Nhờ đó mà kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang và
giảm chi phí cho thiết bị tại nhà cung cấp do nó cho phép nhiều người dùng (thường là
32) chia sẻ chung một sợi quang.
2.1.2. Các chuẩn mạng PON
Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn
theo phương thức truy nhập TDMA PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON
(Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức
truy nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMA-
PON (Code Division Multiple Access PON).
a. B-PON
Mạng quang thụ động băng rộng B-PON 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 hướng lên và
hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếp
quản lý và điều khiển ONT và DBA. Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khung
theo cấu trúc của các tế bào ATM. Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s (56 tế
bào ATM có khích thước 53 byte), hoặc 622Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bào
quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical layer Operation

Administration and Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh.
PLOAM có một bit 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 hướng 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. Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM (53 byte). Mỗi một kênh
(time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bít từ mào đầu.Từ mào đầu mang
thông tin về thời gian bảo vệ (guard time), 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
Sinh viên thực hiện: Cao Khắc Sơn 10
Lớp: D08VT3