Cấp phát băng thông động trong EPON

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG
KHOÁ LUẬN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: “Cấp phát băng thông động trong EPON”
Giảng viên hướng dẫn : ThS. NGÔ THỊ THU TRANG
Sinh viên thực hiện: LÊ NHƯ LONG
Lớp : D08VT5
Khoá : 2008-20012
Hệ : Đại học chính quy
Hà Nội, tháng 12/2012
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay mạng truy nhập quang đang được nghiên cứu và triển khai mạnh mẽ.
Công nghệ PON ra đời mởra một tiềm năng lớn cho triển khai các dịch vụbăng
rộng và thaythếdần các hệthống mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp và chất
lượng thấp. Trong đó Ethernet PON là chuẩn công nghệ trên nền tảng PON thể
hiện được khá nhiều ưu điểm so với các công nghệ cùng thời điểm. Hầu hết trong
các mạng truy nhập, cũng như trong mạng truy nhập quang thụ động thì việc đảm
bảo chất lượng dịch vụ khi không ngừng tăng về số lượng dịch vụ kết hợp với mở
rộng mạng lưới luôn giữ vai trò rất quan trọng Vì thế để đảm bảo chất lượng dịch
vụ trong mạng quang thụ động Ethernet thì vấn đề phải chú trọng là khả năng cấp
phát băng thông động cho từng ONU khi lượng dữ liệu thay đổi. Nội dung đề tài
“Cấp phát băng thông động trong EPON” được em trình bày với ba chương chính
như sau:
Chương I: Tổng quan về PON và EPON. Chương này em trình bày các khái niệm,
định nghĩa tổng quan trong PON nói chung và EPON nói riêng. Bên cạnh đó em
giới thiệu chung về các chuẩn công nghệ khác dựa trên PON. Các phần so sánh
giữa các công nghệ và giao thức điều khiển chính trong EPON là MPCP cũng được
giới thiệu trong chương.
Chương II: Các phương pháp cấp phát băng thông động trong EPON. Đây là một

trong 2 chương chính của đồ án. Chương này em đi sâu vào các phương pháp, thuật
toán cấp phát băng thông động cho EPON. Thuật toán cổ điển IPACT được giới
thiệu trong chương này. Bên cạnh đó là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề
cấp phát băng thông. Ngoài ra em cũng giới thiệu sơ qua về cấp phát băng thông
tĩnh – phương pháp đã ít được sử dụng ngày nay.
Chương III: Một số thuật toán cấp phát băng thông động mới trong EPON. Ở
chương này em đi sâu trình bày thuật toán KI-DBA do Mr.Peng đề xuất năm 2011.
Thuật toán này đã thể hiện được ưu điểm rõ ràng với thuật toán cổ điển IPACT.
Ngoài ra em cũng trình bày tổng quan hai thuật toán mới khác là DSSPON và BA-
DBA. Các thuật toán này cũng cho kết quả mô phỏng cho thấy rằng nó toàn diện
hơn IPACT, nhưng sự khác biệt về ưu diểm giữa cả 3 thuật toán trên là không
nhiều. Khả năng sử dụng băng thông, giảm trễ gói v.v… của cả 3 thuật toán là
không khác biệt hoàn toàn, chưa thể hiện được sự nổi trội. Chính vì vậy mà việc
nghiên cứu các thuật toán tối ưu hơn nữa nhằm cấp phát hiệu quả băng thông động
trong EPON vẫn được các nhà nghiên cứu tìm tòi trên toàn thế giới.
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đó là tổng quan về đề tài mà em sẽ trình bày sau đây. Tuy đã cố gắng trong quá
trình thực hiện đề tài này, song do sự hạn chế về kiến thức nên không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Em mong được sự phê bình, chỉ dẫn của thầy cô để đề tài
được hoàn thiện hơn.
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
LỜI CẢM ƠN
Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của Học viện
Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, khoa Điện Tử Viễn Thông, nay em đã hoàn
thành khoá học của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Quý thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá
trình học tập.
- Quý thầy cô ở các khoa có liên quan đã cung cấp cho em những kiến thức cần thiết

cho một sinh viên.
- Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã tạo điều kiện cho em học tập trong
suốt thời gian qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô giáo ThS.Ngô Thị
Thu Trang đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ
án tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện
Lê Như Long
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
(Của giảng viên hướng dẫn)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Điểm: …………………….………(bằng chữ: … …………… ….)
Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?.
…………, ngày tháng năm 20
CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(ký, họ tên)
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
MỤC LỤC
BẢNG TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT
ADSL Asymmetric Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số
không đối xứng
AES Advanced Encryption
Standard
Tiêu chuẩn mã hóa tiên
tiến
AON Active Optical Network Mạng quang chủ động
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bội
BPON Broadband PON Mạng quang thụ động
băng thông rộng
DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số
DBA Dynamic Bandwith Allcation Cấp phát băng thông

động
EMS Element Management System Hệ thống quản lý
EPON Ethernet Passive Optical
Network
Mạng quang thụ động
Ethernet
FSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ
đầy đủ
GEPON
Gigabit Ethernet Passive
Optical Network
Mạng quang thụ động
Ethernet Gigabit
GPON Gigabit Passive Optical
Network
Mạng quang thụ động
Gigabit
IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Hiệp hội các kỹ sư điện
và điện tử thế giới
ID Indentify Destination Chỉ định địa chỉ đích
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ITU International Liên hiệp viễn thông
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Telecommunication Union quốc tế
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LLID Link Logic ID Kênh logic
MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô

MAC Media Access Control Lớp điều khiển truy
nhập phương tiện
MPCP MultiPoint Control Protocol Giao thức điều khiển
đa điểm
MPCPDU MultiPoint Control Protocol
Data Unit
Đơn vị dữ liệu giao
thức điều khiển đa
điểm
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau
NRZ
Non-return-to-zero
Mã không trở về 0
OAM Operations
Administration and
Maintenance
Vận hành, quản lý và
bảo dưỡng
OLT Optical Line Terminal Kết cuối đường truyền
quang phía nhà cung
cấp dịch vụ
ONT Optical Network Terminal Kết cuối đường truyền
quang phía hộ gia đình
ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang
PLOAM Physical layer Operation,
Administration and
Maintenance
Vận hành, quản lý và
bảo dưỡng lớp vật lý
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RTT Round-Trip Time Thời gian Round-Trip
SBA Static Bandwidth Allocation cấp phát băng thông cố
định
SLA Service Level Agreement Cam kết mức độ dịch
vụ
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia
theo thời gian
TDMA Time Division Multiplexing Đa truy nhập phân chia
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Access theo thời gian
VDSL Very High bit-rate Speed
Digital Subscriber
Đường dây thuê bao số
tốc độ rất cao
VoIP Voice over IP Thoại qua mạng IP
WAN Wide Area Network Mạng truy nhập diện
rộng
WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia
theo bước sóng
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu trúc mạng PON
Hình 1.2: Các khối chức năng của OLT0
Hình 1.3: Các khối chức năng của ONU1
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1: So sánh các chuẩn công nghệ TDM PON ………………… … 25
Bảng 2: Các thông số mô phỏng KI-DBA……………………………………… 40

SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Bảng 2: Các thông số mô phỏng BA-DBA……………………………………….49
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
Chương I: Tổng quan về PON và EPON
1.1 Giới thiệu chương
Với những ưu điểm vượt trội của mình thì thông tin quang được ứng dụng rỗng
rãi điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay. Mục đích của việc này là nhằm
đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùng viễn thông trong nước và
quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú, đặc biệt giải quyết được
vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục hiện nay. Bên cạnh
đó, chiến lược phát triển viễn thông phụ thuộc rất nhiều vào hiện trạng mạng viễn
thông và định hướng phát triển viễn thông ở mỗi nước. Ở Việt Nam thì đây cũng
không phải là một ngoại lệ. Vì vậy nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu.
Rất nhiều kỹ thuật được lựa chọn để giải quyết vấn đề này. Theo như xu hướng
trên thế giới và những ưu điểm mà nó đem lại thì EPON đã chứng tỏ là giải pháp
hữu hiệu cho mạng truy nhập hiện nay. EPON là sự kết hợp giữa mạng quang thụ
động PON và công nghệ Ethernet. Sau đây em xin trình bày tổng quan về PON và
EPON.
1.2 Tổng quan về công nghệ PON
1.2.1 Giới thiệu về PON
Hình 1.1: Cấu trúc mạng PON
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
PON (Passive Optical Network – mạng quang thụ động) là kiến trúc mạng điểm
- nhiều điểm (point to multipoint), nó sử dụng phần tử chia quang thụ động trong
phần mạng nằm giữa thiết bị đường truyền quang(OLT) và thiết bị kết cuối

quang(ONU). Để giảm chi phí trên mỗi thuê bao, đường truyền chính sẽ đi từ thiết
bị trung tâm OLT (Optical Line Termination) qua một thiết bị chia tín hiệu
(Splitter) và từ thiết bị này mới kéo đến nhiều người dùng (có thể chia từ 32 – 64
thuê bao). Splitter không cần nguồn cung cấp, có thể đặt bất kỳ đâu nên nếu triển
khai cho nhiều thuê bao thì chi phí giảm đáng kể so với AON(Active Optical
Network - mạng quang chủ động). Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống cũng
tiết kiệm điện hơn và không gian chứa cáp cũng ít hơn so với AON.
1.2.2 Sơ đồ khối hệ thống
Các phần tử tích cực như OLT và các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON.
Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc
được kết hợp lại và truyền đi trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ
thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hay xuống của PON.Hoạt động của mạng PON
được điều khiển bởi giao thức truy nhập theo địa chỉ MAC (lớp 2).
Các đầu cuối mạng PON:
• Optical Line Terminal (OLT - thiết bị đường truyền quang ): OLT cung cấp giao
tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động EPON và mạng quang đường
trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video. OLT cũng kết nối đến
mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS(Element
Management System).
Hình 1.2: Các khối chức năng của OLT
• Optical Network Unit (ONU: thiết bị kết cuối mạng quang): ONU cung cấp giao
tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON. Chức năng cơ
bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phù hợp với
người dùng như Ethernet, POST,T1
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
Hình 1.3: Các khối chức năng của ONU
• ONT (Optical Network Terminal): Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử
dụng, là điểm cuối cùng của OND.

Hình 1.4:Optical Network Terminal
• OND (Optical Network Distribution): Hệ thống phân phối cáp quang tính từ
sau OLT đến ONU/ONT. Cụ thể, hệ thống phân phối quang OND lại bao gồm các
thành phần sau đây: măng xông quang, dây nhảy quang, hộp phối quang ODF,
splitter (bộ chia/ghép quang).
+ Optical Power Splitter: Bộ chia/ghép quang :dùng để chia một tín hiệu quang
ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở đầu ra. Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8…
Đây là bộ chia thụ động tức là không phải cấp nguồn. Suy hao trong bộ chia phụ
thuộc vào hệ số chia. Hệ số chia càng lớn thì suy hao càng lớn. Với hệ số chia là
1:2 thì suy hao khoảng 3 dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB.
Suy hao này chính là suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý.
1.2.3 Các kiến trúc mạng PON
Các mô hình chính mạng PON như hình vẽ dưới. Đây là các mô hìnhmềm dẻo,
phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về
băng thông. Bằng cách sử dụng bộghép 1:2 và các bộ chia 1:N, PON có thể triển
khai theo bất cứ cấu hình nào theo Hình 1.5. PON có thể thu gọn lại thành các vòng
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
ring kép, hình cây hay một nhánhcủa cây. Các tuyến truyền dẫn trong PON đều
được thực hiện giữa OLT và ONU.
Hình 1.5: Các kiến trúc mạng PON
1.3 Ưu nhược điểm mạng PON
1.3.1 Ưu điểm
- Sử dụng các thiết bị thụ động nên không cần cấp nguồn, loại bỏ hoàn toàn sự
cần thiết của nguồn ngoài. Dẫn tới giá thành rẻ.
- Giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành.
- Tốc độ down load và up load cao.
- Giảm chi phí sợi quang và giảm chi phí các thiết bị cho phép nhiều người dùng
chia sẻ chung một sợi.

1.3.2 Nhược điểm
- Giới hạn băng thông cho các thuê bao vì splitter chia đều băng thông
- Giới hạn vùng phủ sóng: tối đa là 20 km, phụ thuộc vào số lượng splitter (càng
nhiều splitter thì khoảng cách truyền càng giảm)
- Khi có OLT mới cần lắp đặt thì giá thành đối với mỗi thuê bao có kết nối đến
1.3.3 Các chuẩn mạng PON
Các chuẩn mạng PON có thể được chia thành hai nhóm:
Nhóm 1 chia theo phương thức ghép kênh là ghép kênh theo thời gian -
TimeDivision Multiplexing passive optical network (TDM PON) vàghép kênh
theo bước sóng - WavelengthDivision Multiplexing passive optical network
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
(WDM PON). Trong đó APON/BPON, EPON/10GEPON và GPON thuộc TDM
PON là công nghệ truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA/TDM) trên đường
truyền tải đường lên và đường xuống để chia sẻ băng thông, các tín hiệu từ OLT
được phân bố cho mỗi ONU phải đi qua bộ chia quang thụ động. WDM PON là
công nghệ phân chia bước sóng bằng cách các splitter sẽ phân bổ tín hiệu cho mỗi
ONU dựa trên các bước sóng xác định được từ OLT.
Nhóm 2 chia theo các phương pháp truy nhập như truy nhập theo tần số FDMA
PON, truy nhập theo thời gian TDMA PON hay truy nhập theo mã CDMA PON.
Do đồ án này em nghiên cứu về cấp phát băng thông động trong EPON nên em sẽ
trình bày kỹ hơn về nhóm thứ nhất WDM PON và TDM PON sau đây.
1.3.4 WDM PON, TDM PON
Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênh
phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động
ở một bước sóng khác nhau. Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được
hoặc là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn
đề khó khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm tra từng bước sóng của ONU:
thay vì chỉ có một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser

khác nhau. Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser độ rộng phổ hẹp và có bước sóng điều
khiển được cho nên rất đắt tiền. Hơn nữa yêu cầu về độ ổn định bước sóng phải rất
chặt chẽ. Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải là giải pháp tốt cho
mạng truy nhập quang hiện nay do chi phí đắt đỏ.
Hình 1.6: Kiến trúc mạng WDM PON
Trong TDM PON, để ngăn chặn xung đột dữ liệu khi truyền đồng thời nhiều
ONU thì mỗi ONU sẽ phải truyền trong khe thời gian của nó. Khe thời gian được
gán cho còn được gọi là cửa số truyền. Một thuận lợi lớn của TDM PON là tất cả
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
các ONU có thể hoạt động cùng một bước sóng, OLT cũng chỉ cần một bộ thu đơn.
Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí băng thông có thể
dùng của ONU thấp hơn. Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDM PON đạt
hiệu quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cách thay đổi kích cở
khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê để tận dụng
hết băng thông được dùng của mạng PON.
Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay cho
việc chia sẽ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng
đơn ở hướng lên và bộ thu pháp đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế
hơn về chi phí đầu tư.
Hình 1.7: Kiến trúc TDM PON
1.4 Các chuẩn công nghệ dựa trên TDM PON
1.4.1 APON/BPON
APON (ATM PON) /BPON(Broadband PON) là công nghệ truy nhập quang
tích hợp lớp liên kết dữ liệu và liên kết vật lý ATM. Nó được xem là công nghệ
PON tốt nhất khi lần đầu tiên phát triển (1997 là thời hoàng kim của ATM).
APON truyền liên tục các tế bào ATM. Mỗi tế bào chứa 53 byte. Đối với đường
xuống trực tiếp, APON sẽ quảng bá ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM).
Mỗi ONU sẽ nhận tất cả các cell, và có thể trích xuất cell của mình từ khoảng thời

gian thích hợp tùy theo địa chỉ đích của cell đó. Đối với đường lên APON truyền
cell ATM trong chế độ burst. Để tránh xung đột cũng như truy nhập đường lên một
cách hiệu quả, và để đảm bảo rằng tất cả các tín hiệu đường lên cho mỗi ONU sẽ
đến OLT được đầy đủ thì khuyến nghị G.983 sử dụng TDMA là công nghệ truy
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
nhập đường lên.APON điều phối tín hiệu dựa trên khoảng thời gian trễ. Để đồng bộ
hóa, mỗi khung ATM đường lên chứa 3 byte Overhead. Cộng với 53 byte ban đầu
ta có 56 byte tổng số khung ATM. Vai trò của 3 byte Overhead như sau:
• Thời gian bảo vệ: để ngăn chặn lỗi từ tín hiệu bị lệch pha nhỏ
• Prefix: Byte đồng bộ
• Delimiter – phân tách: chỉ dành cho các tế bào ATM được chỉ định và bắt đầu các
micro-slot. Nó cũng có thể được đồng bộ như một byte.
Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi các
khuyến nghịG.938 của ITU-T. Các khuyến nghịnày đưa ra các tiêu chuẩn vềcác
khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độkhung của luồng dữliệu 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, dữliệu
được đóng khung theo cấu trúc của các tếbào ATM. Một khung hướng xuống có
tốc độ155Mbit/s (56 tếbào ATM có khích thước 53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56
tếbào ATM) và một tếbào quản lý, vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM
– Physical layer Operation Administration and Maintenance) được chèn vào cứmỗi
28 tếbào trong kênh. PLOAM có một bít đển nhận dạng các tếbào PLOAM. Ngoài
ra các tếbào PLOAM có khảnăng lập trình được và chứa thông tin nhưlà băng
thông hướng lên và các bản tin OAM. Căn cứvào các thông tin vềmã sốnhận dạng
kênh ảo và nhận dạng đường ảo (VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận
biết và tách dữliệu đường xuống của mình. Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56
tếbào ATM (53 byte). Mỗi một khe thời gian gồm có một tếbào ATM/PLOAM và
24 bít mào đầu. Từ chiều dài của mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập

trình bởi OLT. Các ONT thực hiện gửi các tếbào PLOAM khi chúng nhận được
yêu cầu từOLT. BPON sửdụng giao thức DBA đểcho phép OLT nhận biết lượng
băng thông cần thiết cấp cho các ONT. OLT có thểgiảm hoặc tăng băng thông cho
các ONT dựa vào gửi các tế bào ATM rỗi hoặc làm đầy tất cảhướng lên bởi dữliệu
của ONT. OLT dừng định kỳviệc truyền hướng lên do vậy nó có khảnăng mời bất
kỳONT mới nào tham gia vào hoạt động hệthống. Các ONT mới phát một bản tin
trả lời trong cửa sổnày với thời gian trễngẫu nhiên đểtránh xung đột khi mà có
nhiều ONT mới muốn tham gia. OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng
việc gửi tới ONT một bản tin đo khoảng cách và xác định thời gian bao lâu đểthu
được bản tin trả lời. Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trịtrễ, giá trịnày được
sửdụng đểxác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT.
1.4.2 GPON
GPON (Gigabit PON) là một sự phát triển của chuẩn BPON. GPON được mở
rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý nghiêm ngặt.
Thêm nữa chuẩn này cho phép lựa chọn tốc độ bit: cho phép băng thông đường
xuống là 2,488 Mb/s và băng thông đường lên là 1,244 Mb/s. Phương thức đóng
gói GPON-GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự
phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ truyền thoại
và video tốt hơn.
GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật. Điều đó cho phép GPON
phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao.
1.4.3 EPON
Trong E-PON dữliệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet.
Các khung E-PON có cấu trúc tương tựnhưcác liên kết Gigabit Ethernet điểm tới
điểm ngoại trừtừmào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khung được thay
đổi đểmang trường nhận dạng kênh logic (LLID – Link logic ID) nhằm xác định

duy nhất một ONU MAC. Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet
trong các khe thời gian đã được phân bổ. ONU sửdụng giao thức điều khiển đa
điểm PDU (MPCPDU – Multi Point Control Protocol Data Unit) đểgửi các bản tin
Report yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi bản tin Gate cấp phát băng thông
cho các ONU. Các bản tin Gate bao gồm thông tin vềthời gian bắt đầu và khoảng
thời gian cho phép truyền dữliệu đối với ONU. OLT cũng định kỳgửi các bản tin
Gate tới các ONU hỏi xem các ONU có yêu cầu băng thông hay không. Các ONU
cũng có thểgửi Report cùng với dữliệu được phát trong hướng lên. Ngoài ra, thuật
toán DBA cũng có thể được sửdụng trong E-PON đểthực hiện cơchế điều khiển
phân bổbăng thông. EPON không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng
xuống và hướng lên. OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộriêng và tăng
thêm 1 sau mỗi 16ns. Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này
là giá trịcủa bộ đệm cục bộcủa ONU tương ứng. Tốc độtruyền dữliệu E-PON có
thể đạt tới 1Gbit/s. Một chuẩn khác cũng cùng họvới E-PON là chuẩn Gbit/s
Ethernet PON. Chuẩn này được phát triển dựa trên E-PON tại tốc độ10Gbit/s và
được ứng dụng chủyếu trong các mạng quảng bá video số.
1 Cấu trúc hệ thống EPON và nguyên lý hoạt động
EPON có cấu trúc point-to-multiple-points (P2MP) và cấu trúc điển hình
là cấu trúc cây như hình 1.3.
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
Hình 1.8: Cấu trúc cây EPON
Về nguyên lý hoạt động của EPON cần xem xét theo 2 hướng truyền dữ liệu:
đường xuống (từ OLT đến các ONU) và đường lên (hướng ngược lại).
Ở hướng xuống, EPON hoạt động như một mạng quảng bá. Khung Ethernet
được truyền bởi OLT qua bộ chia quang thụ động đến từng ONU ( với N trong
khoảng từ 4 đến 64). ONU sẽ lọc bỏ các gói tin không phải là của nó nhờ vào địa
chỉ MAC(Media Access Control) trước khi truyền các gói tin còn lại đến người
dùng. Hình 1.4.

Hình 1.9: Lưu lượng hướng xuống trong EPON
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
Ở hướng lên, vì đặc tính định hướng của bộ kết hợp quang thụ động, khung dữ
liệu từ bất kỳ ONU nào chỉ đến OLT và không đến các ONU khác. Trong trường
hợp đó, ở hướng lên: đặc tính của EPON giống như kiến trúc điểm- điểm. Tuy
nhiên, không giống như mạng điểm - điểm thật sự, các khung dữ liệu trong EPON
từ các ONU khác nhau được truyền đồng thời vẫn có thể bị xung đột. Vì vậy, ở
hướng lên (từ người dùng đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh xung
đột dữ liệu và chia sẽ dung lượng kênh quang hợp lý. Ở đây, luồng dữ liệu hướng
lên được phân bố theo thời gian. Hình 1.5
Hình 1.10 : Lưu lượng hướng lên trong EPON
Tại một ONU nào đó, nếu không có khung nào trong bộ đệm để điền vào khe
thời gian thì 10 bit đặc tính rỗng sẽ được truyền. Việc sắp xếp định vị khe thời gian
hợp lý có thể được phân bố trước (TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức
thời trong từng ONU (thực hiện theo phương pháp thống kê ). Ngoài ra còn có
nhiều mô hình phân bố khe thời gian khác như là định vị dựa vào quyền ưu tiên của
dữ liệu, dựa vào chất lượng dịch vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết
(SLA :Service Level Agreements).
2 Cấu trúc khung EPON
Cấu trúc khung đường xuống của EPON được mô tả trong hình 1.6. Các dòng
dữ liệu đường xuống được phân chia vào các khung với chiều dài cố định và mỗi
khung chứa nhiều gói tin có chiều dài khác nhau. Thời gian thông tin tồn tại vào
lúc bắt đầu của mỗi khung trong trường synchronous marker và trường này được
truyền đi, vì vậy mà các ONU được đồng bộ với các OLT tại một khoảng thời gian
nhất định (tùy thuộc vào chiều dài khung, như trong hình là 2ms. Mỗi gói dữ liệu
với độ dài thay đổi mang một địa chỉ cho một ONU, được chỉ định bởi các số serial
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON

`
của ONU như: 1, 2, 3, N. Gói dữ liệu bao gồm các trường tải trọng có chiều dài
thay đổi, header và trường error detection.
Hình 1.11 : Cấu trúc khung đường xuống của EPON
Cấu trúc khung đường lên của EPON như hình 1.7. Dữ liệu đường lên được
chia vào các khung với chiều dài cố định, mỗi khung được chia thành mỗi khe thời
gian. Các khe này được gán cho các ONU và mỗi khe thời gian này có thể chứa
một số dữ liệu có chiều dài mở rộng. Mỗi khung đường lên bao gồm khe thời gian
của các ONU, được đánh số tương ứng từ 1, 2, 3 đến N.
Hình 1.12: Cấu trúc khung đường lên của EPON
3 Multi-point Control Protocol
Để hổ trợ việc phân bổ khe thời gian bởi OLT, giao thức điều khiển đa điểm
MPCP đã được nhóm IEEE 802.3ah phát triển. MPCP không xây dựng một cơ chế
phân bổ băng tần cụ thể, mà thay vào đó, nó là một cơ chế hổ trợ thiết lập các thuật
toán phân bổ băng tần khác nhau trong EPON. Giao thức này dựa vào hai bản tin
Ethernet: Gate và Report. Bản tin Gate được gửi từ OLT đến ONU để ấn định một
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
khe thời gian truyền. Bản tin Report được ONU sử dụng để truyền đạt các thông tin
về trạng thái hiện tại của nó (như mức chiếm dữ của bộ đệm) đến OLT, giúp OLT
có thể phân bổ khe thời gian một cách hợp lý. Cả hai bản tin Gate và Report đều là
các khung điều khiển MAC (loại 88-08) và được xử lý bởi lớp con điều khiển
MAC.
Có hai mô hình hoạt động của MPCP: tự khởi tạo và hoạt động bình thường.
Trong mô hình tự khởi tạo, các bản tin Gate và Report được dùng để dò các kết nối
ONU mới, nhận biết trễ Round-trip và địa chỉ MAC của ONU đó. Trong mô hình
bình thường chúng được dùng để phân bổ cơ hội truyền dẫn cho tất cả các ONU
được khởi tạo.
Từ nhiều ONU có thể yêu cầu khởi tạo cùng một lúc, mô hình khởi tạo tự động

là một thủ tục dựa vào sự cạnh tranh. Ở lớp cao hơn nó làm việc như sau:
1. OLT chỉ định một khe khởi tạo, một khoảng thời gian mà không có ONU khởi tạo
trước nào được phép truyền. Chiều dài của khe khởi tạo này phải tối thiểu là:
<transmission size> + <maximum round-trip time> - <minimum round-trip time>;
với <transmission size> là chiều dài của cửa sổ truyền mà một ONU không khởi
tạo có thể dùng.
2. OLT gửi một bản tin khởi tạo Gate báo hiệu thời gian bắt đầu của khe khởi tạo và
chiều dài của nó. Trong khi chuyển tiếp bản tin này từ lớp cao hơn đến lớp MAC,
MPCP sẽ gán nhãn thời gian được lấy theo đồng hồ của nó.
3. Chỉ các ONU chưa khởi tạo mới đáp ứng bản tin khởi tạo Gate. Trong lúc nhận bản
tin khởi tạo Gate, một ONU sẽ thiết lập thời gian đồng hồ của nó theo nhãn thời
gian đến trong bản tin khởi tạo Gate.
4. Khi đồng hồ trong ONU đến thời gian bắt đầu của khe thời gian khởi tạo (cũng
được phân phối trong bản tin Gate), ONU sẽ truyền bản tin của chính nó (khởi tạo
Report). Bản tin Report sẽ chứa địa chỉ nguồn của ONU và nhãn thời gian tượng
trưng cho thời gian bên trong của ONU khi bản tin Report được gửi.
5. Khi OLT nhận bản tin Report từ một ONU chưa khởi tạo, nó nhận biết địa chỉ
MAC của nó và thời gian Round-trip. Như được minh họa ở hình 1.8, thời gian
Round-trip của một ONU là thời gian sai biệt giữa thời gian bản tin Report được
nhận ở OLT và nhãn thời gian chứa trong bản tin Report.
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
Hình 1.13: Thời gian Round-Trip
Từ nhiều ONU chưa khởi tạo, có thể đáp ứng cùng bản tin khởi tạo Gate, bản
tin Report có thể xung đột. Trong trường hợp đó, bản tin Report của ONU bị xung
đột sẽ không thiết lập bất kỳ khe nào cho hoạt động bình thường của nó. Nếu như
ONU không nhận được khe thời gian trong khoảng thời gian nào đó, nó sẽ kết luận
rằng sự xung đột đã xảy ra và nó sẽ thử khởi tạo lại sau khi bỏ qua một số bản tin
khởi tạo Gate ngẫu nhiên. Số bản tin bỏ được chọn ngẫu nhiên từ một khoảng thời

gian gấp đôi sau mỗi lần xung đột.
Dưới đây chúng ta mô tả hoạt động bình thường của MPCP:
1. Từ lớp cao hơn (MAC control client), MPCP trong OLT đưa ra yêu cầu để
truyền bản tin Gate đến một ONU cụ thể với các thông tin như sau: thời điểm ONU
bắt đầu truyền dẫn và thời gian của quá trình truyền dẫn (hình 1.9).
2. Trong lớp MPCP (của cả OLT và ONU) duy trì một đồng hồ. Trong khi truyền
bản tin Gate từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gán vào bản tin này nhãn thời
gian được lấy theo đồng hồ của nó.
3.Trong khi tiếp nhận bản tin Gate có địa chỉ MAC phù hợp (địa chỉ của các bản tin
Gate đều là duy nhất), ONU sẽ ghi lên các thanh ghi trong nó thời gian bắt đầu
truyền và khoảng thời gian truyền. ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theo thời gian
lưu trên nhãn của bản tin Gate nhận được. Nếu sự sai biệt đã vượt quá ngưỡng đã
được định trước thì ONU sẽ cho rằng, nó đã mất sự đồng bộ và sẽ tự chuyển vào
trạng thái chưa khởi tạo. Ở trạng thái này, ONU không được phép truyền. Nó sẽ
chờ đến bản tin Gate khởi tạo tiếp theo để khởi tạo lại.
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
Hình 1.14: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate
4. Nếu thời gian của bản tin Gate được nhận gần giống với thời gian được lưu trên
nhãn của bản tin Gate, ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theo nhãn thời gian. Khi
đồng hồ trong ONU chỉ đến thời điểm bắt đầu của khe thời gian truyền dẫn, ONU
sẽ bắt đầu phiên truyền dẫn. Quá trình truyền dẫn này có thể chứa nhiều khung
Ethernet. ONU sẽ đảm bảo rằng không có khung nào bị truyền gián đoạn. Nếu
phần còn lại của khe thời gian không đủ cho khung tiếp theo thì khung này sẽ được
để lại cho khe thời gian truyền dẫn tiếp theo và để trống một phần không sử dụng
trong khe thời gian hiện tại.
Bản tin Report sẽ được ONU gửi đi trong cửa sổ truyền dẫn gán cho nó cùng
với các khung dữ liệu. Các bản tin Report có thể được gửi một cách tự động hay
theo yêu cầu của OLT. Các bản tin Report được tạo ra ở lớp trên lớp điều khiển

MAC (MAC Control Client) và được gán nhãn thời gian tại lớp điều khiển MAC
(Hình 1.10). Thông thường Report sẽ chứa độ dài yêu cầu cho khe thời gian tiếp
theo dựa trên độ dài hàng đợi của ONU. Khi yêu cầu một khe thời gian, ONU cũng
có tính đến cả các phần mào đầu bản tin, đó là các khung mào đầu 64 bit và khung
mào đầu IFG 96 bit được ghép vào trong khung dữ liệu.
Khi bản tin Report đã được gán nhãn thời gian đến OLT, nó sẽ đi qua lớp MAC
(lớp chịu trách nhiệm phân bổ băng tần). Ngoài ra, OLT cũng sẽ tính lại chu trình
đi và về với mỗi nguồn ONU.Sẽ có một số chênh lệch nhỏ của RTT mới và RTT
được tính từ trước bắt nguồn từ sự thay đổi trong chiết suất của sợi quang do nhiệt
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PON VÀ EPON
`
độ thay đổi. Nếu sự chênh lệch này là lớn thì OLT sẽ được cảnh báo ONU đã mất
đồng bộ và OLT sẽ không cấp phiên truyền dẫn cho ONU cho đến khi nó được
khởi tạo lại.
Hình 1.15 : Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report
Hiện nay giao thức MPCP vẫn đang tiếp tục được xây dựng và phát triển bởi
nhóm 802.3ah của IEEE. Đây là nhóm có nhiệm vụ phát triển và đưa ra các giải
pháp Ethernet cho các thuê bao của mạng truy nhập.OLT đó sẽ tăng lên cho đến
khi các port của OLT lấp đầy
1.4.4 So sánh giữa EPON với APON/BPONvà GPON
So sánh BPON(APON), GPON với EPON dựa trên đặc tính như bảng dưới đây
Đặc tính BPON GPON EPON
Tổ chức chuẩn
hóa
FSAN và ITU-T
SG15 (G.983
series)
FSAN và ITU-T
SG15 (G.984

series)
IEEE 802.3
(802.3ah)
Tốc độ dữ liệu 155.52Mb/s
hướng lên,
155.52 hoặc
622.08Mb/s
hướng xuống
Lên tới
2.488Gb/s cả 2
hướng
1Gb/s cả 2
hướng
SVTH: Lê Như Long – Lớp D08VT5 25