Công nghệ GPON phương pháp lập cấu trúc và ứng dụng lập cấu trúc mạng GPON cho Viễn thông Nghệ An

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1
KHOÁ LUẬN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: "Công nghệ GPON, phương pháp lập cấu trúc
và ứng dụng lập cấu trúc mạng GPON cho
Viễn thông Nghệ An"
Giảng viên hướng dẫn : ThS. VŨ HỒNG SƠN
Sinh viên thực hiện : CAO THỊ HUỆ
Lớp : D08VT5
Khoá : 2008-2012
Hệ : Chính quy
HÀ NỘI - 2012
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
KHOÁ LUẬN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: "Công nghệ GPON, phương pháp lập cấu
hình và ứng dụng lập cấu hình mạng GPON cho
Viễn thông Nghệ An"
Giảng viên hướng dẫn : ThS. VŨ HỒNG SƠN
Sinh viên thực hiện : CAO THỊ HUỆ
Lớp : D08VT5
Khoá : 2008-2012
Hệ : Chính quy
HÀ NỘI -2012
MỞ ĐẦU
Để đáp ứng được nhu cầu dịch vụ băng rộng trong tương lai, mục tiêu của các mạng
truy nhập cố định là thay thế các công nghệ cáp đồng bằng công nghệ cáp quang hướng tới
đối tượng khách hàng có nhu cầu lớn. Trong quá trình chuyển đổi này, nhiều công nghệ cho
mạng truy nhập cố định đã được áp dụng như DSL, cáp đồng trục, AON, PON, Ethernet

Các dịch vụ viễn thông ngày nay đã có những thay đổi về căn bản so với dịch vụ truyền thống
trước đây (chẳng hạn như thoại). Lưu lượng thông tin trên mạng là sự hòa trộn giữa lưu lượng
thoại và các dịch vụ phi thoại trong đó lưu lượng dịch vụ phi thoại liên tục gia tăng và biến
động rất nhiều.
Mạng viễn thông thường được cấu thành bởi ba mạng chính: mạng đường trục, mạng
phía khách hàng và mạng truy nhập.Trong những năm gần đây mạng đường trục có những
bước phát triển nhảy vọt do sự xuất hiện của các công nghệ mới. Cũng như vậy mạng nội hạt
LAN cũng đã được cải tiến và nâng cấp lên tốc độ cao Erthernet 10Gb/s. Điều này đã dẫn đến
một sự chênh lệch băng thông lớn giữa một bên là mạng LAN và mạng đường trục tốc độ cao
và một bên là mạng truy nhập tốc độ thấp mà chúng ta vẫn gọi là nút cổ chai (bottleneck)
trong mạng viễn thông. Việc bùng nổ lưu lượng Internet trong thời gian qua càng làm tình
hình trầm trọng. Cùng với sự bùng nổ về Internet yêu cầu về dữ liệu cũng tăng lên đáng kể so
với nhu cầu thoại. Do đó truy đã nâng cấp băng thông công nghệ cũ vẫn không thể đáp ứng đủ
nhu cầu của người sử dụng gia tăng, đòi hỏi cấp thiết là có công nghệ mới triển khai giúp tháo
gỡ tính hình hiện tại.
Hiện tại, các nhà cung cấp dịch vụ đã triển khai cung cấp dịch vụ Internet bằng công
nghệ đường dây thuê bao số DSL. DSL sử dụng đôi dây giống như dây điện thoại, và yêu
cầu phải có một modem DSL đặt tại thuê bao và DSLAM đặt tại tổng đài. Tốc độ dữ liệu
của DSL nằm trong khoảng từ 128 Kb/s đến 1,5 Mb/s. Mặc dù tốc độ của nó đã tăng đáng kể
so với modem tương tự, nhưng khó có thể được coi là băng rộng do không cung cấp được các
dịch vụ video, thoại, dữ liệu cho các thuê bao ở xa. Khoảng cách từ tổng đài đến theo bao chỉ
trong phạm vi 5,5 km. Ta có thể tăng khoảng cách này bằng giải pháp triển khai thêm nhiều
DSLAM đến gần thuê bao, nhưng đây là một giải pháp không hiệu quả do chi phí quá cao.
Một giải pháp khác được đưa ra là sử dụng cáp modem. Các công ty cáp TV cung cấp
các dịch vụ Internet bằng cách triển khai các dịch vụ tích hợp dữ liệu trên mạng cáp đồng
trục, mà ban đầu được thiết kế để truyền dẫn tín hiệu video tương tự. Ví dụ, mạng HFC sẽ có
sợi quang nối từ các đầu dẫn hay các hub đến các nút quang, và từ các nút quang sẽ phân chia
đến các thuê bao thông qua cáp đồng trục, bộ lặp và các bộ ghép/tách. Tuy nhiên, mô hình
kiến trúc này có nhược điểm là thông lượng hiệu dụng của các nút quang không quá 36 Mb/s,
vì vậy tốc độ thường rất thấp vào những giờ cao điểm.

Như vậy, chúng ta thấy rằng cả công nghệ DSL và cáp modem đều không đáp ứng được
những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập. Hầu hết các nhà công nghệ mạng hiện nay
đều đang tiến tới một công nghệ mới, tập trung vào sử dụng đường dây quang tăng băng
thông cung ứng.
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page

Đề tài nghiên cứu giải pháp phát triển mạng truy nhập quang FTTx - GPON tại VNPT
–Nghệ An nhằm mục đích đồng bộ,tối ưu hóa mạng lưới, tận dụng những thiết bị sẵn có trên
mạng kết hợp với công nghệ mới tạo hiệu quả đầu tư, đáp ứng được nhu cầu thuê bao băng
rộng trên địa bàn trong những năm tới và cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hàng như
internet tốc độ, IPTV, VOD(Xim phim theo yêu cầu) hội nghị truyền hình, IP camera…có
tính ổn định cũng như cự ly phục vụ xa.
Đề tài gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động
Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON
Chương 3: phương pháp xây dựng cấu trúc mạng FTTx- GPON
Chương 4: thiết kế cấu trúc mạng GPON cho viễn thông Nghệ An
Kết luận: Tổng kết các nội dung đã nghiên cứu, những đóng góp của luận văn
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
(Của người hướng dẫn)

Điểm: (bằng chữ: )
Đồng ý/không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?
Hà Nội, ngày tháng năm 2012
CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, họ tên)
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON 1
1.1 Công nghệ truy nhập sử dụng cáp sợi quang 1
1.1.1 Giới thiệu: 1
1.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập quang: 1
1.1.3 Công nghệ quang truy nhập chủ động AON và bị động PON: 2
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 7
2.1 Giới thiệu chung 7
2.2. Tình hình chuẩn hóa GPON: 7
2.3. Kiến trúc GPON: 8
2.3.1 Kết cuối đường quang OLT 9
2.3.2 Khối mạng quang ONU 10
2.3.3 Mạng phân phối quang ODN 10
2.4 Thông số kỹ thuật 12
2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh: 13
2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 13
2.5.2 Phương thức ghép kênh 14

2.6 Phương thức đóng gói dữ liệu 14
2.7 Định cỡ và phân định băng tần động: 15
2.7.1 Thủ tục định cỡ (Ranging) 15
2.7.2 Phương thức cấp phát băng thông: 17
2.8 Bảo mật và mã hóa sửa lỗi: 18
2.9 Khả năng cung cấp băng thông 19
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page

2.10 Khả năng cung cấp dịch vụ: 20
2.11 Một số vấn đề cần quan tâm trong tính toán thiết kế mạng GPON 21
2.12 Kết luận 22
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG TRUY NHẬP
QUANG FTTx-GPON 23
3.1 Dự báo thuê bao băng rộng: 23
3.1.1 Các hình thức cung cấp quang FTTx: 23
3.1.2 Công thức tính toán dự báo thuê bao: 24
3.2 Cấu trúc mạng truy nhập quang GPON tại các tỉnh, thành phố: 25
3.2.1 Cấu trúc tổng quát GPON: 25
3.5.1. Xác định các vùng sẽ thực hiện việc thiết kế: 29
3.5.5 Thực hiện việc tính toán: 32
3.5.6 Tối ưu mạng để xác định số lượng thiết bị cần thiết trong giai đoạn tới: 33
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CẤU TRÚC MẠNG GPON CHO VIỄN THÔNG NGHỆ
AN 35
4.1 Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng của viễn thông Nghệ An: 35
4.1.1 Hiện trạng đài trạm và thiết bị: 35
4.12 Mạng cáp quang: 35
4.2 Nhu cầu khách hàng và phân đoạn khách hàng tại viễn thông Nghệ An: 35
4.3 Xây dựng cấu trúc mạng GPON cho viễn thông Nghệ An: 37
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 55
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page


DANH MỤC HÌNH VẼ
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON 1
1.1 Công nghệ truy nhập sử dụng cáp sợi quang 1
1.1.1 Giới thiệu: 1
1.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập quang: 1


1.1.3 Công nghệ quang truy nhập chủ động AON và bị động PON: 2
 !"#$%
&'!"($%
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 7
2.1 Giới thiệu chung 7
2.2. Tình hình chuẩn hóa GPON: 7
2.3. Kiến trúc GPON: 8
2.3.1 Kết cuối đường quang OLT 9
2.3.2 Khối mạng quang ONU 10
2.3.3 Mạng phân phối quang ODN 10
2.4 Thông số kỹ thuật 12
2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh: 13
2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 13
2.5.2 Phương thức ghép kênh 14
2.6 Phương thức đóng gói dữ liệu 14
2.7 Định cỡ và phân định băng tần động: 15
2.7.1 Thủ tục định cỡ (Ranging) 15
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page

2.7.2 Phương thức cấp phát băng thông: 17
2.8 Bảo mật và mã hóa sửa lỗi: 18
2.9 Khả năng cung cấp băng thông 19

2.10 Khả năng cung cấp dịch vụ: 20
2.11 Một số vấn đề cần quan tâm trong tính toán thiết kế mạng GPON 21
2.12 Kết luận 22
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG TRUY NHẬP
QUANG FTTx-GPON 23
3.1 Dự báo thuê bao băng rộng: 23
3.1.1 Các hình thức cung cấp quang FTTx: 23
3.1.2 Công thức tính toán dự báo thuê bao: 24
)*!+,-../0&-1&-2($%3
40&-5*671&-2($%-89/'.2($%3
3.2 Cấu trúc mạng truy nhập quang GPON tại các tỉnh, thành phố: 25
3.2.1 Cấu trúc tổng quát GPON: 25
3.5.1. Xác định các vùng sẽ thực hiện việc thiết kế: 29
3.5.5 Thực hiện việc tính toán: 32
3.5.6 Tối ưu mạng để xác định số lượng thiết bị cần thiết trong giai đoạn tới: 33
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CẤU TRÚC MẠNG GPON CHO VIỄN THÔNG NGHỆ
AN 35
4.1 Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng của viễn thông Nghệ An: 35
4.1.1 Hiện trạng đài trạm và thiết bị: 35
4.12 Mạng cáp quang: 35
3:;<=
3:;<=
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
4.2 Nhu cầu khách hàng và phân đoạn khách hàng tại viễn thông Nghệ An: 35
4.3 Xây dựng cấu trúc mạng GPON cho viễn thông Nghệ An: 37
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 55
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính của các công nghệ TDM-PON………… …………………5
?@ABC D4:E($%FFFFFFFFFFF=>
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON 1
1.1 Công nghệ truy nhập sử dụng cáp sợi quang 1
1.1.1 Giới thiệu: 1
1.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập quang: 1


1.1.3 Công nghệ quang truy nhập chủ động AON và bị động PON: 2
 !"#$%
&'!"($%
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 7
2.1 Giới thiệu chung 7
2.2. Tình hình chuẩn hóa GPON: 7
2.3. Kiến trúc GPON: 8
2.3.1 Kết cuối đường quang OLT 9
2.3.2 Khối mạng quang ONU 10
2.3.3 Mạng phân phối quang ODN 10
2.4 Thông số kỹ thuật 12
2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh: 13
2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 13
2.5.2 Phương thức ghép kênh 14
2.6 Phương thức đóng gói dữ liệu 14
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
2.7 Định cỡ và phân định băng tần động: 15
2.7.1 Thủ tục định cỡ (Ranging) 15
2.7.2 Phương thức cấp phát băng thông: 17
2.8 Bảo mật và mã hóa sửa lỗi: 18
2.9 Khả năng cung cấp băng thông 19

2.10 Khả năng cung cấp dịch vụ: 20
2.11 Một số vấn đề cần quan tâm trong tính toán thiết kế mạng GPON 21
2.12 Kết luận 22
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG TRUY NHẬP
QUANG FTTx-GPON 23
3.1 Dự báo thuê bao băng rộng: 23
3.1.1 Các hình thức cung cấp quang FTTx: 23
3.1.2 Công thức tính toán dự báo thuê bao: 24
)*!+,-../0&-1&-2($%3
40&-5*671&-2($%-89/'.2($%3
3.2 Cấu trúc mạng truy nhập quang GPON tại các tỉnh, thành phố: 25
3.2.1 Cấu trúc tổng quát GPON: 25
3.5.1. Xác định các vùng sẽ thực hiện việc thiết kế: 29
3.5.5 Thực hiện việc tính toán: 32
3.5.6 Tối ưu mạng để xác định số lượng thiết bị cần thiết trong giai đoạn tới: 33
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CẤU TRÚC MẠNG GPON CHO VIỄN THÔNG NGHỆ
AN 35
4.1 Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng của viễn thông Nghệ An: 35
4.1.1 Hiện trạng đài trạm và thiết bị: 35
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
4.12 Mạng cáp quang: 35
3:;<=
3:;<=
4.2 Nhu cầu khách hàng và phân đoạn khách hàng tại viễn thông Nghệ An: 35
4.3 Xây dựng cấu trúc mạng GPON cho viễn thông Nghệ An: 37
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 55
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ADM
APON
ATM
AUI
BER
Capex
CDM
CE
CIR
CO
CRC
CSMA/CD
DA
DCE
DCS
DFSM
DLC
DSL
DSSM
DTE
DTE
DWDM
E-LAN
Add Drop Multiplexer
ATM Passive Optical Network
Asynchronous Tranfer Mode
Attchment Unit Interface
Bit Error Rate
Capital Expenditrure
Code Division Multiplexing

Customer Equipment
Constant Information Rate
Central Office
Cyclic Redundancy Check
Carrier sense Multiple access collision detect
Destination Address
Data Communications Equipment
Digital Crossconect
Dispersion Flattened single Mode
Digital Loop Carrier
Digital Subcriber Loop
Dispersion Shifted Single Mode
Data Terminal Equipment
Data Terminal Equipment
Dense Wavelength Division Multiplexing
Ethernet Local Area Network
Bộ ghép kênh xen rẽ
Mạng quang thụ động dùng ATM
Chế độ truyền tải không đồng bộ
Cáp nối với thiết bị
Tỷ lệ bit lỗi
Chi phí đầu tư ban đầu
Ghép kênh theo mã
Thiết bị khách hàng
Tốc độ thông tin tốt nhất
Tổng đài trung tâm
Kiểm tra vòng dư
Đa truy nhập cảm nhận sống mang
Địa chỉ đích
Thiết bị thông tin số liệu

Bộ nối chéo số
Sợi tán sắc phẳng
Sóng mang vòng số
Vòng thuê bao số
Sợi tán sắc dịch chuyển
Thiết bị đầu cuối số liệu
Thiết bị đầu cuối số liệu
Ghép bước sóng với mật độ cao
Mạng LAN Ethernet
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
E-Line
EPON
EMS
EVC
FCS
FDM
FSAN
FTTB
FTTC
FTTH
IFG
IP
IPG
ISO
LAN
LLC
LMDS
LTE
MAC

MAN
MAU
MDI
MEF
MEN
Ethernet Line
Ethernet Passive OpticalNetwork
Element Management System
Ethernet Virtual Connection
Frame Check Sequence
Frequency Division Multiplexing
Full Service Access Network
Fiber to the Building
Fiber to the Curb
Fiber to the Home
International Organization for Standard
Internet Protocol
Inter Frame Gap
Inter Packet Gap
Local Area Network
Logical Link Control
Local MultiPoint Disttribution System
Line Terminal Equipment
Medium Access Control
Metro Area Network
Media Access Unit
Medium Dependent Interface
Metro Ethernet Forum
Metro Ethernet Network
Đường Ethernet

Mạng quang thụ động dùng Ethernet
Phần tử quản lý hệ thống
Kết nối ảo Ethernet
Dãy bit kiểm tra khung
Ghép kênh theo tần số
Tập dịch vụ mạng truy nhập
Cáp quang nối đến toà nhà
Cáp quang nối đến cụm dân cư
Cáp quang nối tận nhà
Khoảng cách giữa hai khung liền kề
Giao thức Internet
Khoảng cách hai gói liền kề
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
Mạng nội bộ
Điều khiển liên kết logic
Hệ thống phân bố đa điểm cục bộ
Thiết bị kết cuối đường dây
Điều khiển truy nhập môi
Mạng diện rộng
Khối truy nhập môi trường
Giao diện độc lập môi trường
Diễn đàn về Ethernet trong mạng
diện rộng
Mạng diện rộng dùng Ethernet
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
NIC
NLP
OLT
ONU

PCS
PDU
PMA
PMD
PON
PVC
SA
SFD
SME
SMF
SSM
TCP
TDM
UNI
UTP
VLAN
VPN
WAN
WDM
Network Interface cards
Normal Link Pulse
Optical Line Terminal
Optical Network Terminal
Physical Coding Sublayer
Protocol Data Units
Physical Layer Attachment
Physical Medium Dependent
Passive Optical Network
Permanent virtual Circuit
Source Address

Start of Frame Delimiter
Station Management Entity
Single Mode Fiber
Standard Single Mode
Transport Control Protocol
Time Division Multiplexing
User Network Interface
Unshielded Twisted Pair
Virtual Local Area Network
Virtual Private Network
Wide Area Network
Wavelength Division Multiplexing
Card giao diện mạng
Xung báo hiệu liên kết bình thường
Thiết bị kết cuối đường quang
Thiết bị kết cuối mạng quang
Lớp con mã hoá vật lý
Đơn vị số liệu giao thức
Truy nhập lớp vật lý
Phụ thuộc môi trường vật lý
Mạng quang thụ động
Mạch ảo bán cố định
Địa chỉ nguồn
Ranh giới bắt đầu khung
Thực thể quản lý trạm
Sợi quang đơn mode
Sợi đơn mode chuẩn
Giao thức điều khiển truyền tải
Ghép kênh theo thời gian
Giao diện mạng-người dùng

Cáp trần xoắn đôi
Mạng LAN ảo
Mạng riêng ảo
Mạng diện rộng
Ghép kênh theo bước song
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
>
Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động
Đồ án tốt nghiệp đại học
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ
ĐỘNG PON
1.1 Công nghệ truy nhập sử dụng cáp sợi quang
1.1.1 Giới thiệu:
Mạng truy nhập quang OAN (Optical Access Network) là mạng truy nhập chủ
yếu sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn.
Những ưu điểm của mạng truy nhập quang là:
Dung lượng lớn
Kích thước và trọng lượng cáp nhỏ
Không bị nhiễu điện
Tính bảo mật cao
Tình hình thị trường rất tốt
Chất lượng truyền dẫn tốt
Tuy nhiên mạng truy nhập quang cũng có một số nhược điểm là:
Vấn đề biến đổi điện –quang, tín hiệu phải được biến đổi thành song ánh sang
và ngược lại. Chi phí của các thiết bị biến đổi này cao cần xem xét kĩ khi thiết kế
mạng.
Đường truyền thẳng, điều này không thích hợp với vùng rừng núi hay những
nơi có địa hình phức tạp.
Yêu cầu lắp đặt đặc biệt do cấu trúc sợi bằng thủy tinh.
Đòi hỏi phải có kĩ năng tốt trong công việc lắp đặt và bảo dưỡng

1.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập quang:
Dựa trên các khuyến nghị của ITU-T và các tiêu chuẩn có liên quan đưa ra cấu
hình tham chiếu và các khối chức năng của mạng truy nhập quang:
1.1.2.1 Cấu hình tham chiếu:
Mạng truy nhập dung sợi cáp quang làm môi trường tham chiếu.
Thông tin trao đổi của tổng đài chuyển mạch và thông tin nhận được của thuê
bao là tín hiệu điện.
Cần phải có chuyển đổi E/O ở phía tổng đài và biến đổi O/E ở phía đơn vị
mạng quang (ONU-Optical network Unit) để có thể thực hiện truyền dẫn quang.
Gồm 4 module cơ bản: OLT, ODN, ONU và AF
Điểm tham chiếu gồm có: điểm tham chiếu phát quang (S), điểm tham chiếu
thu quang (R), điểm tham chiếu giữa các nút dịch vụ (V), điểm tham chiếu đầu cuối
thuê bao (T), và điểm tham chiếu giữa các ONU.
Giao diện gồm giao diện quản lý mạng Q3, và giao diện giữu thuê bao và mạng
UNI.
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động
Đồ án tốt nghiệp đại học
1.1.2.2 Các khối chức năng:
Hệ thống truyền dẫn truy nhập quang đảm nhận một loạt đường liên kết truy
nhập và gồm các modul OLT, ODN, ONU và AF
OLT (Optical Line Terminal) cung cấp giao diện quang giữa mạng và ODN,
ddoongd thời cung cấp biện pháp cần thiết để truyền các dịch vụ khác nhau. OLT có
thể chia thành dịch vụ chuyển mạch và dịch vụ không chuyển mạch, quản lý báo hiệu
và thông tin giám sát điều khiển từ ONU. Từ đó cung cấp chức năng bảo dưỡng cho
ONU
1.1.3 Công nghệ quang truy nhập chủ động AON và bị động PON:
1.1.3.1 Công nghệ truy nhập chủ động AON:
Mạng truy nhập quang chủ động bao gồm các thiết bị chủ động (cần cấp
nguồn): Các bộ chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 Switch) và các thiết bị truy nhập đa dịch

vụ (MSAN,DSLM ). Cấu trúc mạng AON là loại mạng kết nối điểm-điểm (Point To
Point), trong đó mỗi một thuê bao sử dụng một sợi cáp quang riêng không chia sẻ với
các thuê bao khác
Hình 1.1 - Cấu trúc mạng FTTx-AON
1.1.3.2 Công nghệ truy nhập bị động PON
Có hai loại công nghệ truy nhập quang thụ động đang được sử dụng trong các
mạng viễn thông hiện nay gồm: Công nghệ truy nhập quang thụ động ghép kênh theo
bước sóng (WDM-PON: Wavelength Division Muliplexed Passive Optical Netwok)
và Công nghệ truy nhập quang thụ động ghép kênh theo thời gian (TDM-PON: Time
Division Multiplexed-Passive Optical Netwok).
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động
Đồ án tốt nghiệp đại học
PON - TDM
PON WDM
Hình 1.2 - Cấu trúc mạng FTTx-PON
Trong mạng WDM-PON, việc truyền tín hiệu của từng thuê bao (ONU) tới
tổng đài trung tâm (OLT) được sử dụng riêng một bước sóng ánh sáng (Hình 3.b). Quá
trình tách/ghép các tín hiệu của các thuê bao khác nhau (bước sóng khác nhau) được
thực hiện bởi bộ tách ghép bước sóng thụ động (Passive WDM-Coupler. Công nghệ
WDM-PON có ưu điểm là độ tin cậy cao, băng thông không bị chia sẻ và khoảng cách
truyền được xa. Tuy nhiên công nghệ này chưa được một tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
nào công nhận và giá thành các bộ WDM coupler hiện nay còn cao nên việc triển khai
thực tế còn hạn chế (chủ yếu triển khai thương mại ở Hàn quốc và thử nghiệm ở một
số nơi khác). Mạng TDM-PON sử dụng các bộ chia công suất thụ động không cần
cấp nguồn (Passive Power Splitter). Các tín hiệu chiều xuống từ tổng đài trung tâm
(OLT) được truyền quảng bá trên cùng một bước sóng ánh sáng và được chia công
công suất tại Splitter. Các tín hiệu chiều lên từ các thuê bao khác nhau (ONU) được
thực hiện ghép kênh theo thời gian (TDMA). Có nhiều loại công nghệ TDM-PON đã
được các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế chính thức công nhận và thương mại hóa rộng rãi:

B-PON (Broadband -PON), E-PON (Ethernet-PON), G-PON (Gigabit-PON).
BPON
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động
Đồ án tốt nghiệp đại học
Tiêu chuẩn BPON-G.983 được ITU phê chuẩn vào năm 2001, nó được phát
triển từ tiêu chuẩn APON (ATM-PON). BPON sử dụng phương thức truyền tải ATM
với hai phương thức đối xứng và không đối xứng ở tốc độ đường truyền 155.52 Mb/s
và 622.08 Mb/s. Tuy vẫn sử dụng phương thức truyền tải ATM như APON, nhưng
BPON đã bổ sung tính năng quang trọng: dùng thêm bước sóng (1550nm) để truyền
dẫn tín hiệu Video.
GPON
Tiêu chuẩn GPON-G.984 được ITU phê chuẩn vào tháng 2 năm 2004, đây là
một trong những tiêu chuẩn TDM-PON tiên tiến và đang được triển khai thương mại
rộng rãi. GPON được tối ưu hóa tại lớp vật lý để có thể truyền với tốc độ cao hơn,
khoảng cách xa hơn và tỷ lệ chia của Splitter cũng cao hơn các công nghệ PON khác.
GPON sử dụng lại rất nhiều tính năng của BPON theo bộ tiêu chuẩn G.983x. Công
nghệ này hỗ trợ mạnh mẽ khả năng quản lý mạng (OAM) cũng như chất lượng dịch vụ
(QoS). GPON sử dụng cả hai phương thức truyền dẫn đối xứng và không đối xứng với
tốc độ đường truyền tối đa lên tới 2.5 Gb/s. Do áp dụng các phương thức truyền tải:
ATM, GEM (GPON Encapsulated Mode) và ATM kết hợp GEM nên GPON có thể hỗ
trợ đầy đủ các dịch vụ: Thoại, Ethernet, ATM, TDM và vô tuyến…Khái niệm và định
dạng khung của GEM giống với phương thức GFP (Generic Framing Procedure) đã
được sử dụng trong các hệ thống SONET/SDH. Nhờ có tính năng ưu việt này mà
GPON vượt trội so với các công nghệ PON khác, giúp cho các nhà khai thác cóthể
triển khai GPON để cung cấp các dịch vụ truyền thống dựa trên nền TDM, ATM mà
không phải thay thế các thiết bị đầu cuối thuê bao. GPON có khả năng cung cấp băng
thông lớn, mềm dẻo cũng như hỗ trợ các dịch vụ Video hiệu quả hơn các công nghệ
BPON và EPON.
EPON

Tiêu chuẩn EPON IEEE 802.3ah được IEEE phê chuẩn giữa năm 2004. EPON
đượcthiết kế để giản hóa việc truyền tải các dịch vụ gói dữ liệu theo phương thức đối
xứng ở tốc độ đường đơn truyền 1.5 Gb/s. EPON sử dụng giao thức MPCP
(Multipoint Media Access Control) để điều khiển các truy nhập trong cấu hình mạng
Điểm-Đa điểm (P2MP- Point To Multipoint).
BPON GPON EPON
Giao thức ATM
ATM,TDM, Ethernet +
GEM1
Ethernet + FEC2
Tiêu chuẩn ITU-T G.983 ITU-T G.984 IEEE.820.3ah
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động
Đồ án tốt nghiệp đại học
Cấu trúc
Đối xứng:
FTTC/B/H
Không đối xứng:
FTTC/B
Đối xứng: FTTC/H/B
1000 BASE-PX10
1000 BASE-PX20
Dịch vụ
Thoại/Dữ
liệu/Video
Thoại/DữLiệu/VoD,
quảngbá nội dung số, đào
Tạo từ xa,y tế từ xa, game
trực tuyến
Thoại/Dữ

Liệu/Video
Tỷ lệ bộ chia 1:32
1:64
1:128 phụ thuộc cung cấp
dịch vụ
1:16
1:32
Khoảng cách tối
đa từ OLT đến
ONT
20 km
20 km
60 km (phụ thuộc cấp dịch
vụ)
1000 BASE-
PX10: 10 km
1000 BASE-
PX20: 20km
Tốc độ truyền
Đối xứng:
155.52/622.08
Mb/s
Không đối xứng:
Down:622.08
Mb/s Up: 155.52
Mb/s
Đối xứng:
1244.16/2488.32 Mb/s
Không đối xứng:
Down:1244.16/2488.32

Mb/s
Up:155.52/622.08/1244.16
Mb/s
Đối xứng: 1.25
Gb/s
Bảng 1.1- Đặc tính của các công nghệ TDM-PON
Nhận xét:
Vào giữa những
n
ă
m
90 của thế kỷ này, công nghệ APON (ATM - PON) đã
được
áp dụng để truyền tải dữ liệu vàe tếng nói.
Ch
ậ
m
hơn một chút là BPON, nó sử
dụng cấu trúc
chuy
ể
n
đổi ATM ở các đường biên mạng
.
Tuy nhiên
hi
ệ
n
nay
m

ạ
ng
APON/BPON không
được
quan tâm
phát

tri
ể
n
do
ch
ỉ
hỗ
tr
ợ

d
ị
ch

v
ụ
ATM và tốc
độ
truy
nh
ậ
p

th
ấ
p
hơn
nhi
ề
u
so với các công
ngh
ệ
hi
ệ
n
hữu khác
nh
ư
GPON hay
EPON.
Các nghiên cứu
hi
ệ
n
nay đang
tập
trung vào GPON và EPON/GEPON vì
đây
là các công
ngh
ệ
mới hứa

h
ẹ
n

s
ẽ

được
tri
ể
n
khai rộng rãi trong
m
ạ
ng
truy nh
ậ
p

b
ă
ng
rộng do các
đặc điểm
vượt trội của chúng so với các công
ngh
ệ
khác.
Trong khi GEPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại cho
phép đạt tới tốc độ 2.448 Gbit/s. Và thậm chí, khi càng ngày các nhà cung cấp dịch vụ

càng cố tiết kiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông thì có vẻ như GEPON
đang dần trở thành một sự lựa chọn không được đánh giá cao. Với hiệu suất từ 50% –
70%, băng thông của GEPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps, trong
khi đó GPON với việc tận dụng băng thông tối đa nó có thể cho phép các nhà cung cấp
dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2300 Mbps.
Trong một nghiên cứu điển hình, hệ thống mạng GPON của Flexlight có thể đạt
tới hiệu suất mạng 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ rộng băng tần được sử dụng
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương I: Tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động
Đồ án tốt nghiệp đại học
cho việc quy định các thủ tục của giao thức truyền thông. Hiệu suất lớn, độ rộng băng
tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ. Trong
khi đó APON, BPON, hay EPON lại tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định các
thủ tục truyền thông. Chính vì thế mà hiệu suất băng thông giảm đi đáng kể. Cụ thể
là APON và BPON còn 70% và EPON còn 50%.
Đã được chuẩn hoá theo ITU – T G.984, GPON cho phép cung cấp đường
truyền với các định dạng gốc như IP và TDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ
PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sử dụng cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho
các doanh nghiệp. Với những đặc tính hỗ trợ cao nhất và độ rộng băng tiêu dùng được
nâng từ 10 MHz lên 100 MHz cho truyền dữ liệu Internet, đáp ứng được các yêu cầu
cho nhiều dòng IPTV (Internet Protocol Television), và có thể hỗ trợ truyền thông
cả SDTV (Standard Definition Television) và HDTV (High Definition TeleVision),
GPON đã thực sự được đánh giá là kinh tế hơn EPON.
Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN : lớp A và
lớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn. Lớp C cho
phép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng
cuối, đạt tới 64 thậm chí 128 ONU/ONT.
Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đối
xứng 1,25/1,25 Gbps. ITU- T G.984.2 GPON GPM linh hoạt và biến đổi được hơn
nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép

155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps. Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường
truy nhập, bao gồm các ứng dụng Fiber-To-The- Home và Fiber-To-The
Building/Curb với đặc trưng là tốc độ truy nhập không đối xứng giữa hướng lên và
hướng xuống. Thậm chí với sự phát triển của các ứng dụng dữ liệu thì cũng không có
nhu cầu đến 1,25 Gbps trong hướng lên. Trong khi GPON cho phép các nhà cung cấp
dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầu thực tế, EPON không thực hiện
được điều này. Mặc dù đây không là một vấn đề lớn về chi phí đối với kết nối tốc độ
cao, tuy nhiên để hỗ trợ 1.25 Gbps hướng lên, đòi hỏi phải cung cấp laser DFP ở đầu
cuối và điôt thác quang APD đắt tại trung tâm mạng quang CO.
Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPON
trong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết
hỗ trợ cho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật. đây là những điều kiện
cần thiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn.
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương II: Công nghệ mạng quang thụ động GPON
Đồ án tốt nghiệp đại học
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON
2.1 Giới thiệu chung
GPON (Gigabit Passive Optical Network) 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 vài sự lựa chọn của tốc độ bit, nhưng kỹ nghệ hội tụ trên
2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên.
Phương thức đóng gói GPON - GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép đóng
gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng
dịch vụ QoS (Quality of Service) 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 lớp 2 giao
thức (ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực tế ATM chưa từng được sử dụng).
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.
2.2. Tình hình chuẩn hóa GPON:
Tiếp tục trên khả năng của kiến trúc sợi quang tới hộ gia đình FTTH (fiber to
the home) đã được thực hiện trong những năm 1990 bởi nhóm công tác mạng truy
nhập dịch vụ đầy đủ FSAN (Full Service Access Network), được hình thành bởi các
nhà cung cấp dịch vụ và hệ thống lớn. Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (International
Telecommunications Union) làm các công việc tiếp theo tính từ lúc chuẩn hóa trên hai
thế hệ của tiêu chuẩn mạng quang quang thụ động APON/BPON và GPON. Chuẩn cũ
hơn ITU-T G.983 trên nền chế độ truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous
transfer mode) và vì vậy được xem như APON (ATM PON). Sự phát triển cao hơn của
chuẩn APON gốc cũng như với sự dần mất ưa chuộng của ATM như một giao thức
chung dẫn đến phiên bản đầy đủ, cuối cùng của ITU-T G.983 được xem như chuẩn
PON băng rộng hay BPON (Broadband PON). Một mạng APON/BPON điển hình
cung cấp tốc độ 622 Mbit/s luồng xuống và 155Mbit/s luồng lên, mặc dù chuẩn cho
phép tốc độ cao hơn.
GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, mở rộng
từ chuẩn BPON G.983.
ITU-T G.984.1 ( 03/2003) “G-PON: General characteristics”: cung cấp các
giao diện mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một số dịch vụ.
Chuẩn này kế thừa hệ thống G.982 (APON) và G.983.x (BPON) bằng việc xem xét lại
dịch vụ hỗ trợ, chính sách bảo mật, tốc độ bit danh định.
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương II: Công nghệ mạng quang thụ động GPON
Đồ án tốt nghiệp đại học
ITU-T G.984.2 (03/2003) “G-PON: PMD layer specification”: chỉ ra các yêu
cầu cho lớp vật lý và các chi tiết kỹ thuật cho lớp PMD. Nó bao gồm các hệ thống có
tốc độ hướng xuống 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s và hướng lên 155.520 Mbit/s,
622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s. Mô tả cả hệ thống GPON đối xứng
và bất đối xứng.
ITU-T G.984.2 Adm 1 (02/2006): thêm phụ lục cho ITU-T G.984.2, các xác

minh về khả năng chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thống G-PON
2.488/1.244 Gbit/s
ITU-T G.984.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specification”: mô tả lớp hội tụ
truyền dẫn (Transmission convergence – TC) cho các mạng G-PON bao gồm định
dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thức ranging, chức
năng OAM và bảo mật.
ITU-T G.984.3 Adm1 (07/2005): cải tiến chỉ tiêu kỹ thuật lớp TC, sửa đổi hiệu
chỉnh về từ ngữ G.984.3.
ITU-T G.984.3 Adm2 (03/2006): thêm thông tin phần phụ lục ITU-T G.984.3
cho phần kỹ thuật và định dạng tín hiệu hướng xuống.
ITU-T G.984.3 Adm3 (12/2006): sáng tỏ và cô đọng nội dung ITU-T G.984.3.
ITU-T G.984.4 (06/2004) “G-PON: ONT management and control interface
specification”: cung cấp chỉ tiêu kỹ thuật giao diện điều khiển (OMCI) và quản lý
ONT các hệ thống GPON
ITU-T G.984.4 Adm1 (06/2005): sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4.
ITU-T G.984.4 Adm2 (03/2006) : sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4.
ITU-T G.984.4 Adm3 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả các
mức cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vận chuyển lưu
lượng pseudowire
2.3. Kiến trúc GPON:
Hình 2-1 mô tả cấu hình hệ thống G-PON bao gồm OLT, các ONU, một bộ
chia quang và các sợi quang. Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia
quang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối tới ONU.
Hình 2-1 - Kiến trúc mạng GPON
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page
Chương II: Công nghệ mạng quang thụ động GPON
Đồ án tốt nghiệp đại học
Các thiết bị:
- OLT (Optical Line Terminal): thiết bị kết cuối cáp quang tích cực lắp đặt tại
phía nhà cung cấp dịch vụ thường được đặt tại các đài trạm.

- ONT (Optical Network Terminal): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực,
kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp cung cấp
kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH)
- ONU (Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết
nối với OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp
kết nối tới buiding hoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab)
- Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động 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 sẽ có 2 loại, một loại đặt tại các nhà
trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại thứ 2 sẽ là loại thiết bị được bọc kín
có thể mở ra được khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông.
- FDC - Fiber Distribution Cabinet: Tủ phối quang
- FDB - Fiber Distribution Box: Hộp phân phối quang loại nhỏ.
2.3.1 Kết cuối đường quang OLT
OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn
hoá. Ở phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn
G-PON 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,Giao diện mạng phân tán quang
Các khối OLT chính được mô tả trong hình sau:
Hình 2.2 - Các khối chức năng của OLT
1) PON core shell
Sinh viên Cao Thị Huệ - D08VT5 Page