nghiên cứu công nghệ truy nhập quang thụ động gpon

Contents
Contents 1
Danh mục hình vẽ 3
Thuật ngữ viết tắt 4
Lời mở đầu 6
Chương 1: Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động PON 7
1.1 Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động PON 8
1.1.1 Mở đầu 8
1.1.2 Kiến trúc của PON 9
1.2 Các Phần Tử Trong Mạng Quang Thụ Động PON 10
1.2.1 Các phần tử <ch cực (CO, ONU, EMS) 10
1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, bộ ghép tách quang, mối hàn, đầu nối) 12
1.3. WDM và TDM PON 15
1.4. Kết Luận 16
Chương 2: Công Nghệ Mạng Quang Thụ Động GPON 17
2.1 Kiến Trúc GPON 17
2.2 Thông Số Kỹ Thuật GPON 20
2.3 Kỹ Thuật Truy Nhập và Phương Thức Ghép Kênh 21
2.3.1 Kỹ thuật truy nhập 21
2.3.2. Phương thức ghép kênh 22
2.4. Lớp hội tụ truyền dẫn 23
2.4.1. Một số khái niệm cơ bản 23
2.4.2. Ngăn xếp giao thức 23
2.4.3 Các chức năng chính của GPC 25
2.4.4 Chức năng các lớp con trong GTC 26
2.5 Cấu trúc khung 26
2.5.1 Cấu trúc khung đường xuống 27
2.5.2 Cấu trúc khung đường lên 29
2.6 Phương Thức Đóng Gói Dữ Liệu 30
2.6.1. Cấu trúc khung GEM 31
1

2.6.2. Ánh xạ lưu lượng vào tải _n GTC 34
2.7. Định cỡ và phân định băng thông trong GPON 37
2.7.1.Định cỡ 37
2.7.2.Phân định băng thông động 41
2.8. Bảo mật và mã hóa 52
2.9. Khả năng cung cấp băng thông 52
2.10. Khả năng cung cấp dịch vụ 54
2.11. Kết luận 55
Tài liệu tham khảo 56
2
Danh mục hình vẽ
3
Thuật ngữ viết tắt
Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AES Advanced Encryption Standar Chuẩn mã hóa tiên tiến
Alen ATM(partition) length Chiều dài phần ATM
Alloc- ID Allocation Identifier Bộ nhận dạng phân định
APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM
ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
BCH Bose- Chaudhuri- Hocquengham Mã BCH
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit
BIP Bit Interleaved Parity Bit kiểm tra chẵn lẻ
Blen Bwmaplenght Chiều dài bản đồ băng thông
B-PON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng
BW Bandwith Băng thông
BWmap Bandwith map Bản đồ băng thông
CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư
DBA Dynamic BandwithAssigment Phân định băng thông động
DBR Deterministic Bit Rate Tốc độ bit danh định
DBRu Dynamic BandwithAssigment Báo cáobăng thông động luồng lên

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số
EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng Ethernet
FCS Frame Check Sequence Dãy bít kiểm tra khung
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước
4
FTTB Fiber To The Building Cáp quang nối đến tòa nhà
FTTC Fiber To The Curb Cáp quang nối đến cụm dân cư
FTTH Fiber To The Home Cáp quang nối tới nhà
GEM G-PON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON
GPM G-PON Physical Media Môit rường vậtl ý GPON
GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit
GTC G-PON Transmission Convergence Hội tụt ruyền dẫn GPON
HEC Header Error Control Điều khiển lỗi mào đầu
OAM Operations, Admintration and
Maintenance
Vận hành, quản lý và bảo dưỡng
ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang
OLT Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối đường quang
OMCI ONU Management and Control
Interface
Giao diện quản lý và điều khiển
ONU
ONT Optical Network Termination Thiết bị kết cuối mạng quang
ONU Optical Network Unit Thiết bị đầu cuối quang người dùng
ONU-ID ONU Identifier Nhận dạng ONU
PCBd Physical Control Block downstream Khối điều khiển vật lý hướng xuống
PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức
Plend Payload Length downstream Chiều dài tải hướng xuống
PLI Payload Length Indicator Chỉ thị chiều dài tải
PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM

PLOAMd PLOAM down stream PLOAM đường xuống
PLOAMu PLOAM upstream PLOAM đường lên
PLOu Physical Layer Overhead upstream Mào đầu lớp vật lý hướng lên
PLSu Power Levelling Sequence upstream Điều khiển công suấ thướng lên
5
PMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
Port-ID Port Identifier Nhận dạng cổng
PTI Payload Type Indicator Chỉ thị loại tải
RTD Round trip Delay Trễ khứ hồi
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
TC Tranmission Convergence Hội tụ truyền dẫn
T-CONT Tranmission Container Khối truyền dẫn
TDMA Time Divison Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
TDM Time Divison Multiplexing Ghép kênh theo thời gian
VC Virtual Channel Kênh ảo
VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo
VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng
Lời mở đầu
Trong những năm gần đây, nhu cầu về các loại dịch vụ gia tăng tích hợp thoại, hình
ảnh và dữ liệu ngày càng tăng. Sự phát triển của các loại dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng
mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao. Công
nghệ truy nhập đồng điển hình như xDSL đã được triển khai rộng rãi, tuy nhiên lại hạn
6
chế về cự ly và tốc độ không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy, nghiên cứu và triển
khai các giải pháp truy nhập quang là vấn đề cần thiết hiện nay.
Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20 Gbit/s.
Các mạng liên tỉnh sử dụng hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622 Mbit/s và 2,5

Mbit/s. Vào cuối năm 2004, mạng NGN đã chính thức đi vào khai thác với khả năng
cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ cả thoại, video và cả dữ liệu nhưng mạng truy cập gần
như không có một sự phát triển đáng kể nào. Mạng truy cập chủ yếu sử dụng cáp đồng
nên không thể khai thác hết các tính năng của mạng NGN.
Công nhệ mạng truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa. Hiện nay là
một trong những công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tại
nhiều nước trên thế giới. GPON là dịch vụ hướng tới cung cấp mạng đầy đủ, tích hợp
thoại, hình ảnh, số liệu với băng thông lớn, tốc độ cao. Do vậy GPON sẽ là công nghệ
truy cập được triển khai trong tương lai.
Chuyên đề “Nghiên cứu công nghệ truy nhập quang thụ động GPON” nhằm mục
đích nghiên cứu, tìm hiểu những đặc điểm cơ bản của công nghệ GPON. Chuyên đề thực
hiện gồm 02 chương:
CHƯƠNG 1: Trình bày tổng quan về mạng quang thụ động PON.
Chương này cho ta biết một cách tổng quát về mạng PON, đưa ra mô hình cơ bản của
mạng. Phân tích các thành phần chủ yếu của mạng là OLT, ONU, trình bày các phần tử
trong mạng PON.
CHƯƠNG 2:Trình bày các nghiên cứu về công nghệ GPON.
Chương này trình bày các nhiên cứu về công nghệ GPON, trong đó có các vấn đề lớn về
lớp hội tụ truyền dẫn, định cỡ và phân định băng thông động là các vấn đề trọng tâm.

Chương 1: Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động
PON
7
1.1 Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động PON
1.1.1 Mở đầu
Trong những năm gần đây, trong khi mạng truy nhập chỉ có những bước tiến rất hạn
chế, thì mạng đường trục lại có những bước phát triển nhảy vọt do sự xuất hiện của các
công nghệ mới, như công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM). Cũng trong khoảng
thời gian này, nhu cầu sử dụng các dịch vụ bang rộng ngày càng tăng về cả số lượng và
chất lượng dịch vụ. Điều này đã dẫn đến một sự chênh lệch rất lớn về băng thông giữa

một bên là mạng nội bộ của khách hàng tốc độ cao và mạng đường trục 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 trầm trọng
thêm các vấn đề của mạng truy nhập tốc độ thấp.Theo hầu hết các bảo cáo phân tích, lưu
lượng của dữ liệu nay đã vượt trội hơn rất nhiều so với lưu lượng thoại. Càng ngày sẽ
càng có nhiều dịch vụ và các ứng dụng mới được triển khai do băng thông dành cho
người sử dụng tăng lên. Đứng trước tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra
nhằm đáp ứng những đòi hỏi về băng thông như DSL hay cáp modem. Tuy nhiên, cả
DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng
truy nhập.Hầu hết các công nghệ mạng hiện nay đều đang tiến tới một công nghệ mới,
tập trung chủ yếu vào truyền tải dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu IP.Trong bối cảnh đó, công
nghệ truy nhập quang thụ động PON (Passive Optical Network) được cho là một giải
pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng. Người ta trông đợi PON sẽ giải quyết được
các vấn đề tắc nghẽn băng thông của mạng truy nhập trong kiến trúc mạng viễn thông,
giữa một bên là các nhà cung cấp dịch vụ CO, các điểm kết cuối, các điểm truy nhập và
một bên là các công ty được cung cấp dịch vụ, hay một khu vực tập trung các thuê bao.
Trong các khuyến nghị về mạng và các hệ thống truyền dẫn, ITU-T đã đưa ra một
tập hợp các định nghĩa và kiến trúc làm cơ sở cho việc xây dựng mạng quang thụ động.
Một cách ngắn gọn, PON có thể được định nghĩa như sau: “PON là một mạng quang
không có các phần tử điện hay các thiết bị quang điện tử”. Như vậy với khái niệm này,
mạng PON sẽ không chứa bất kì phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện
– quang. Thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép
định hướng, thấu kính, bộ lọc,…Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như: không
cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có độ tin cậy cao và
không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử
tích cực.
8
1.1.2 Kiến trúc của PON
Mô hình mạng quang thụ động với các phần tử của nó được biểu diễn như trong
hình 1-1.

Hình 1-1: Mô hình mạng quang thụ động
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là
mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động,
các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT và ONU đều nằm ở
đầu cuối của PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi
quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ
thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON. PON thường được
triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổ biến, PON cũng có thể được
triển khai theo cấu hình vòng ring cho các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi
triển khai trong các trường sở,…
Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với
một CO phục vụ cho nhiều thuê bao.Có nhu cầu kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho
mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus như trong hình 2.2.
9
Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc của PON.
Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khai
theo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên. Ngoài ra PON có thể thu gọn lại thành
các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây. Tất cả các tuyến truyền dẫn
trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU. OLT nằm ở CO và kết nối mạng truy
nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), được biết đến như là
những mạng đường trục. ONU nằm tại vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB
hoặc FTTC).
Trong các cấu hình trên, cấu hình cây 1:N như hình 2.2 (a), hay cấu hình cây và phân
nhánh hình 2.2 (b) được sử dụng phổ biến nhất. Đây là những cấu hình rất mềm dẻo, phù
hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông.
1.2 Các Phần Tử Trong Mạng Quang Thụ Động PON
1.2.1 Các phần tử tích cực (CO, ONU, EMS)
Các nhà cung cấp PON chủ yếu tập trung phát triển các thiết bị tích cực, như bảng
mạch CO và các ONU để đặt tại các đầu cuối của PON. Bảng mạch CO được đặt tại các
nhà cung cấp, chứa các đầu nối, các điểm truy nhập POP, và các OLT, các modul giao

diện mạng (NIM) và modul card chuyển mạch (SCM). PON kết nối một card OLT tới
nhiều ONU, được đặt tại nhà thuê bao.
10
1.2.1.1 Bảng mạch CO
Bảng mạch CO cung cấp dao diện hệ thống PON và mạng lõi của các nhà cung cấp
dịch vụ.Các bảng mạch cung cấp kết nối với hệ thống quản lý mạng thông qua phần tử
quản lý hệ thống EMS. CO có các giao diện kết nối với các loại thiết bị như:
● Các bộ nối chéo DCS, được sử dụng để truyền tải các luồng lưu lượng TDM tới mạng
điện thoại.Các giao diện phổ biến DCS bao gồm DS-1, DS-3, tín hiệu truyền tải đồng bộ
STS1-1, OC-3.
● Các cổng thoại, được sử dụng để truyền tải các lưu lượng TDM thoại cục bộ tới các
mạng điện thoại công cộng (PSTN).
● Các thiết bị mạng video được sử dụng để truyền tải lưu lượng video tới mạng video lõi.
Các chức năng và đặc điểm chính của OLT bao gồm:
● Giao diện đa dịch vụ kết nối với mạng lõi WAN
● Các giao diện để kết nối với mạng PON
● Chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và lớp 3
● Tập trung lưu lượng
● Chứa các OLT và SCM
1.2.1.2 Kết cuối mạng ONU
ONU cung cấp giao diện giữa thuê bao sử dụng dịch vụ số liệu, video, thoại với PON.
Chức năng chủ yếu của ONU là tiếp nhận lưu lượng dưới dạng các gói tin quang và
chuyển đổi chúng thành dạng tính hiệu phù hợp với từng thuê bao (gói tin Ethernet, gói
tin IP quảng bá, tín hiệu thoại, T1,…) Ngoài ra, ONU còn có các chức năng chuyển mạch
lớp 2 và lớp 3 cho phép định tuyến lưu lượng tại ONU.
Các chức năng và đặc điểm chính của ONU bao gồm:
● Cung cấp giao diện với khách hàng đối với các dịch vụ điện thoại truyền thống, các
luồng T1, DS-3, 10/100 BASE-T, các gói tin quảng bá,…
● Có khả năng chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và lớp 3.
● Cung cấp các luồng dữ liệu với tốc độ từ 64 Kb/s đến 1Gb/s.

● Cung cấp các giao diện chuẩn Ethernet.
Thông thường ở CO có thể có chứa nhiều OLT.
11
1.2.1.3 EMS
EMS quản lý các phần tử của mạng PON và cung cấp các giao diện kết nối với hệ
thống quản lý mạng cung cấp dịch vụ.Các chức năng quản lý của nó bao gồm kiểm soát
lỗi, thiết lập cấu hình, tính cước và bảo mật.
Các chức năng và đặc điểm chính của EMS bao gồm:
● Cung cấp các chức năng quản lý thông qua giao diện với người sử dụng.
● Có khả năng quản lý các thiết bị của mạng PON.
● Có khả năng hỗ trợ đồng thời hàng trăm giao diện người sử dụng.
● Cung cấp các giao diện chuẩn với hệ thống quản lý mạng.
1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, bộ ghép tách quang, mối hàn, đầu nối)
Các phần tử thụ động của sợi quang bao gồm:
● Sợi quang
● Bộ tách/ghép quang
● Mối hàn.
● Đầu nối quang.
1.2.2.1 Sợi quang
Sợi quang sử dụng trong PON được phân thành hai loại : đơn mode (SM) và đa
mode (MM), trong đó sự khác biệt chủ yếu giữa hai loại sợi này là sự tán sắc. So với sợi
đơn mode, sợi đa mode có hệ số tán sắc cao hơn do tín hiệu được truyền đi trong sợi theo
nhiều mode khác nhau. Hệ số tán sắc lớn sẽ dẫn đến sự giãn tín hiệu trong miền thời gian.
Một tham số khác nữa của sợi quang là băng tần điều chế cực đại. Đây là một đặc tính
khác nữa trong miền tần số, có lien quan trực tiếp đến độ tán sắc. Sợi đa mode bị hạn chế
về băng tần và không thích hợp với những hệ thống truyền dẫn tốc độ cao và khoảng cách
truyền dẫn lớn như trong PON. Vì vậy trong PON, người ta chỉ sử dụng sợi đơn mode.
Sợi đơn mode cho phép nâng cấp hệ thống trong tương lai bằng những công nghệ điều
chế khác nhau để đạt được tốc độ truyền dẫn cao hơn.
Trên thực tế, sợi đơn mode có thể phân tán làm ba loại:

● Sợi đơn mode chuẩn (SSM – Standard single – mode)
● Sợi tán sắc dịch chuyển (DSSM – Dispersion shifted single – mode)
● Sợi tán sắc phẳng (DSM – Dispersion flattened single – mode)
12
Trong ba loại sợi trên, sợi SSM có tán sắc gần như bằng không tại bước sóng
1300nm, nhưng tại bước sóng này sợi lại có suy hao tương đối cao so với suy hao tại
bước sóng 1550nm.Sợi DSSM có tán sắc gần như bằng không tại bước sóng 1550nm,
nhưng độ tán sắc lại tăng đáng kể tại bước sóng 1300nm. Chỉ có sợi DFSM là có suy hao
thấp tại cả hai bước sóng 1300nm và 1550nm, và có độ tán sắc gần như bằng không tại
bước sóng 1550nm, và có thể coi là sợi lý tưởng cho các hệ thống sửu dụng bước sóng
đó. Tuy nhiên chi phí cho loại sợi này cao hơn nhiều sợi SSM.Hơn nữa việc hàn nối sợi
DFSM vào bộ ghép trong mạng PON khó khăn hơn nhiều so với sợi SSM.Chính vì vậy,
sợi SSM chính là sợi quang được sử dụng nhiều nhất trong mạng PON.
2.2.2.2 Bộ tách ghép quang
PON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên
nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một
sợi.Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang. Dạng đơn giản nhất của nó là một bộ
ghép quang bao gồm hai sợi quang được hàn dính vào nhau. Tín hiệu nhận được ở bất cứ
đầu vào nào cũng bị chia thành hai phần ở đầu ra.Tỉ lệ phân chia của bộ tách/ghép có thể
được điều khiển bởi độ dài của mối hàn và vì vậy đây được coi là tham số không đổi.
Các bộ tách/ghép N*N được chế tạo bằng cách ghép tầng nhiều bộ 2*2 với nhau như
hình 2-3 hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng phẳng.
Hình 1-3 : Các bộ ghép 8*8 được tạo ra từ các bộ ghép 2*2
Các bộ tách ghép được đặc trưng bởi các tham số sau đây:
Suy hao chia – là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép, tính
theo dB. Với một bộ 2*2 lý tưởng, giá trị này là 3dB.Hình 2-3 a biểu diễn hai mô hình
của bộ 8*8 dựa trên các bộ 2*2.Trong mô hình 4 tầng (hình 2-3 a), chỉ có 1/16 công suất
đầu vào được đưa tới từng đầu ra.Hình 2-3 b biểu diễn mô hình thiết kế hiệu quả hơn,
mỗi đầu ra sẽ nhận được 1/8 công suất đầu vào.
13

Suy hao ghép – Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông
thường khoảng 0.1dB đến 1dB.
Điều Hướng–Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị dò từ một đầu vào khác. Với
những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướng
khoảng từ 40dB đến 50dB.
Thông thường, các bộ tách/ghép thường chỉ được cấu tạo với một đầu vào hoặc một
đầu ra. Bộ tách/ghép có một đầu vào ta goi là bộ chia(tách), còn bộ có một đầu ra được
gọi là bộ kết hợp(ghép). Tuy nhiên cũng có những bộ 2*2 được chế tạo không đối xứng
(với tỷ số chia khoảng 5/95 hoặc 10/90).Loại tách/ghép này chủ yếu được dùng để trích
ra một phần tín hiệu quang cho mục đích kiểm tra, được gọi là bộ ghép rẽ.
2.2.2.3 Mối hàn
Mối hàn được sử dụng để kết nối vĩnh cửu các sợi quang có độ dài sản xuất nhỏ hơn
độ dài yêu cầu lắp đặt trong mạng, hoặc để nối các đầu sợi quang trong của bộ ghép với
sợi quang của mạng phân bố. Có hai kiểu hàn nối sợi quang: hàn cơ khí và hàn nóng
chảy.
Hàn cơ khí (hay ghép cơ khí) thực hiện trên một rãnh chữ V giữ cố định hai sợi cần
hàn.Để có được mối hàn đảm bảo chất lượng, ta cần phải đổ vào giữa hai đầu sợi ghép
một chất lỏng có chiết suất phù hợp. Kiểu hàn này có ưu điểm là đơn giản dễ thực hiện,
nhưng có nhược điểm là độ tin cậy thấp do điểm yếu cơ khí của chúng.
Kiểu nóng chảy cần phải có thiết bị hàn nóng chảy đặc biệt, nhưng mối hàn có suy
hao thấp và độ tin cậy cao hơn nhiều so với hàn cơ khí, và được sử dụng rất nhiều trong
các mạng phân bố quang.
2.2.2.4 Đầu nối quang
Đầu nối quang được sử dụng tại giao diện mà yêu cầu kết nối không cố định. Những
kết nối như vậy tạo điều kiện dễ dàng cho việc đo thử, chẳng hạn như đo công suất quang
đầu ra của thiêt bị kết cuối. Do đó đầu nối quang thường nằm giữa mạng phân bố quang
và thiết bị đầu cuối.
Các đầu nối quang dung trong các hệ thống tốc độ cao phải đáp ứng được những yêu
cầu: suy hao xen thấp, phản xạ thấp, độ ổn định cao và khả năng sử dụng nhiều lần cao.
Cách duy nhất để đáp ứng những yêu cầu này là thực hiện tiếp xúc vật lý giữa các

sợi.Một số bộ kết nối vật lý đã đạt được giá trị phản xạ từ -45dB đến -60dB và suy hao
xen 0.5dB.
14
1.3. WDM và TDM PON
Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mạng PON là mạng điểm – đa điểm. OLT
chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống. Trong hướng lên mạng PON là mạng đa điểm –
điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT. Đặc tính hướng của các bộ
tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽ không nhận biết bởi các ONU
khác.Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhau được truyền cùng một lúc cũng
có thể bị xung đột.Vì vật trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệt
trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẻ công bằng tài nguyên và dung lượng
trung kế.
Một phương pháp chia sẻ 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 kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có một loại ONU, thì có
nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser của nó. Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser
hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền.Mặt khác, nếu một bước sóng bị
sai lệch sẽ gây ra nhiều cho các khác nhau trong mạng PON.Việc sử dụng laser điều
khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghẹ hiện tại.Với
những khó khăn như vậy thì WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.
Một số giải pháp khác dựa trên WDM cũng được đề xuất nhưng giá cả khá cao. Do
vậy, TDM PON đã ra đời. Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ gây ra
xung đột khi đến bộ kết hợp. Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải truyền trong
cửa sổ (khe thời gian) truyền của nó. Một thuận lợi lớn của TDM PON là tất cả 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 cỡ khe thời gian được ấn định hoặc

thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê tận dụng hết băng thông được dùng của mạng
PON.
Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống không phải
là peer to peer (user to user).Vì vậy điều này dường như là hợp lý để tách kênh lên và
xuống. Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghép kênh phân chia không
gian (SDM) mà nó tách PON được cung cấp theo hướng truyền lên xuống. Để tiết kiệm
cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa bảo quản, một sợi quang có thể được sử dụng cho
truyền theo hai hướng. trong trường hợp này, hai bước sóng được dùng là : hướng lên
1
λ
15
=1310nm, hướng xuống
2
λ
=1550nm. Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân
phối linh động giữa các ONU.
Hình 1 4: Mạng PON sử dụng một sợi quang
Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay cho việc
chia sẻ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn ở hướng
lên và bộ thu phát đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế hơn về chi phí đầu tư.
1.4. Kết Luận
Công nghệ PON là một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề tắc nghẽn băng
thông trong mạng. Là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch vụ băng
rộng (thoại, dữ liệu, video) giữa các kết cuối đường dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng
(OLT). Một mạng PON hỗ trỡ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus hoặc ring, do đó
có thể linh hoạt trong việc tổ chức mạng.
Và hiện nay GPON đã được triển khai rộng rãi tại một số nước, GPON cũng đã được
lựa chọn để thay thế cho các mạng truy nhập của nhiều nước trên thế giới. Với những đặc
điểm kỹ thuật công nghệ mềm dẻo hỗ trợ nhiều lựa chọn cho tốc độ truy nhập, đồng thời
hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tích hợp với chất lượng

cao, thích hợp để triển khai ở những khu vực có nhu cầu sử dụng lớn, có nhiều thuê bao.
GPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ của mạng truy nhập thế hệ mới.
16
Chương 2: Công Nghệ Mạng Quang Thụ Động GPON
Giới Thiệu Chung
GPON(Gigabit passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984.
GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng cường băng thông, nâng
hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý.
GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Mbit/s của băng
thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên. Phương thức đóng gói
GEM(GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu
quả, với sự phân đoạn khung cho phép nâng cao chất lượng dịch vụ QoS (Quality of
Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ
cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ với chi phí thấp cũng như cho phép khả
năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị.
2.1 Kiến Trúc GPON
Hình 2-1 mô tả cấu hình hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một bộ chia
quang cà các sợi quang.Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia quang ra
64 sợi khác nhau và các bộ phân nhánh được kết nối tới ONU.
Hình 2.1: Kiến trúc mạng GPON
17
Trong lớp GPON TC, giá trị lý thuyết cực đại là 60 km trong khi khoảng cách giữa
các ONU xa nhất và gần nhất là 20 km. Sự khác biệt này bị hạn chế ở chỗ kích thước cửa
sổ không được mở rộng vì các vấn đề chất lượng dịch vụ. Giống như đối với tỷ số chia,
lớp TC hỗ trợ tới 128 nhánh chia.
2.1.1 Các khối chức năng
Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU, ODN.
2.1.1.1 Kết cuối đường quang OLT
OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa. Ở
phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON

như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện
cổng dịch vụ; Chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tán quang. Các khối OLT
được mô tả trong hình 2-2:
Hình 2-2 : Các khối chức năng của OLT
Khối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN và
chức năng PON TC. Chức năng của PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy nhập
phương tiện OAM, DBA và quản lý ONU. Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo
một chế độ ATM, GEM và Dual.
Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông giữa khối lõi
PON và phần dịch vụ. Các công nghệ sử dụng cho đường này phụ thuộc vào các dịch vụ,
kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác.OLT cung cấp chức nẳng kết nối chéo
tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM và Dual).
18
Khối dịch vụ (Service shell): Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ
và giao diện khung TC của phần PON.
2.1.1.2 Khối mạng quang ONU
Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT.Vì ONU hoạt động
chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đích bảo vệ),
chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi.Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng
ghép và giải ghép dịch vụ (MUX và DEMUX) được hỗ trợ để xử lý lưu lượng.Cấu hình
điển hình của một ONU được mô tả ở hình 2-3.
Hình 2-3: Các khối chức năng của ONU
2.1.1.3 Mạng phân phối quang ODN
Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết
bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao. Bộ tách/ghép quang được trình bày và
phân tích trên mục [2.2.2.2]
Mạng cáp quang thuê bao:
Mạng cáp thuê bao được xác định trong phạm vi ranh giợ từ giao tiếp sợi quang giữa
thiết bị OLT đến thiết bị ONU/ONT.
19

Hình 2-4: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao
Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:
• Cáp quang gốc (Feeder cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn gọi
chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).
• Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc.Trên thực tế triển
khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối.
• Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang( DP) tới
các điểm truy nhập mạng AP(Access Point) hay từ các tủ quang phối tới các tập điểm
quang.
• Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng(AP) hay là từ
các tập điểm quang đến thuê bao.
• Điểm quản lý quang FMP(Fiber management Point): được sử dụng cho xử lý sự cố và
phát hiện đứt đường.
2.2 Thông Số Kỹ Thuật GPON
Các thông số kỹ thuật cơ bản của GPON:
Tốc độ truyền dẫn:
• 0,15552 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống.
• 0,62208 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống.
• 1,24416 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống.
• 0,15552 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.
20
• 0,62208 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.
• 1,24416 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.
• 2,48832 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.
Các thông số kỹ thuật khác :
• Bước sóng: 1260nm – 1360nm đường lên, 1480nm – 1500nm đường xuống.
• Đa truy nhập hướng lên: TDMA.
• Cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwith Allocation).
• Loại lưu lượng: dữ liệu số.
• Khung truyền dẫn: GEM.

• Dịch vụ: dịch vụ đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS).
• Tỷ lệ chia của bộ chia thụ động tối đa: 1:128.
• Giá trị BER lớn nhất: 10
-12
.
• Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc +2 đến
+7 (20km OBN).
• Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10km và 20km ODN)
• Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-R Rec. G.562.
• Suy hao tối đa giữa các ONU: 15dB.
• Cự ly cáp tối đa: 20km với DFB laser đường lên, 10km với Farby-Perot.
2.3 Kỹ Thuật Truy Nhập và Phương Thức Ghép Kênh.
Công nghệ truyền dẫn đa truy nhập là các kỹ thuật chia sẻ tài nguyên hữu hạn cho
một lưu lượng khách hang. Trong hệ thống GPON, tài nguyên chia sẻ chính là băng tần
truyền dẫn. Người sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên này bao gồm thuê bao, nhà cung cấp
dịch vụ, nhà khai thác và những thành phần mạng khác. Tuy không còn là một lĩnh vực
mới mẻ trong ngành viễn thông trên thế giới nhưng các kỹ thuật truy nhập cũng là một
trong những công nghệ đòi hỏi những yêu cầu ngày càng cao để hệ thống thỏa mãn được
các yêu cầu về độ ổn định cao, thời gian xử lý thông tin và trễ thấp, tính bảo mật và an
toàn dữ liệu cao.
2.3.1 Kỹ thuật truy nhập
Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là đa
truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). TDMA là kỹ thuật phân chia băng tần
21
truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được
ấn định trước cho mỗi khách hang có thể phân theo yêu cầu tùy thuộc vào phương thức
chuyển giao đang sử dụng. Hình 3-5 dưới đây là một số ví dụ về việc sử dụng TDMA
trên GPON hình cây.Mỗi thuê bao được phép gửi dữ liệu đường lên trong khe thời gian
riêng biệt. Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin
được gửi trong bản thân khe thời gian. Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những

khe thời gian xác định.
Hình 2-5: TDMA GPON
GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt động
trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của
từng ONU. OLT cũng chỉ có cần một bộ thu, điều này sẽ dề dàng cho việc triển khai thiết
bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo dưỡng. Ngoài
ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt dễ dàng thêm các
ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng.
Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về đồng bộ
và lưu lượng đường lên để tránh xung đột dữ liệu. Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay
nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm. Tín hiệu
này đè lên tín hiệu kia và tạo thành một bộ ghép. Phía đầu xa không thể nhận dạng được
chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loại lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên,
ảnh hưởng đến chất lượng của mạng. Tuy nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với
cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON mà chúng ta sẽ đề cập ở phần
sau.
2.3.2. Phương thức ghép kênh.
Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng.Các hệ thống GPON
hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian. Đây là giải pháp đơn
giản nhất đối với truyền dẫn song hướng. Nó được thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng
biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống.Sự phân cách vật lí của các hướng truyền dẫn
22
tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏ vấn đề kết hợp và phân
tách hai hướng truyền dẫn.Điều này cho phép tang được quỹ công suất trong mạng. Việc
sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tang độ khả dụng
bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách sử dụng những bộ ghép kênh theo bước
sóng trên một hoặc hai sợi. Khả năng mở rộng này cho phép phát triển dần dần những
dịch vụ mới trong tương lai. Hệ thống này sẽ sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và
bộ thu như nhau cho hai hướng nên chi phí cho những phần tử quang-điện sẽ giảm.
Nhược điểm chính của phương thức này là cần gấp đôi số lượng sợi, mối hàn và

connector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấp đôi.Tuy
nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm và trong
tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống.
2.4. Lớp hội tụ truyền dẫn
2.4.1. Một số khái niệm cơ bản
Hội tụ truyền dẫn GPON GTC (GPON Transmission Convergence): là lớp giao thức
chính trong ngăn xếp giao thức của GPON.
Các khối truyền dẫn T-CONT (Transmission Containers): được sử dụng cho việc
quản lý phân định bang thông luồng lên trong khối PON của lớp hội tụ truyền dẫn TC
(Transmission Convergence).
 T-CONT mang các thông tin ATM VPC/VCC và/hoặc cổng GEM và thông báo các
trạng thái bộ đệm của chúng cho các OLT tương ứng.
 T-CONT tự động thu nhận các gói tin cho phép được nhận dạng bởi Alloc-ID từ OLT.
 Mỗi T-CONT có thể mạng lưu lượng ATM hoặc GEM với nhiều lớp dịch vụ khác
nhau.
 Mỗi T-CONT có thể cung cấp một hoặc nhiều hàng đợi vật lý và sắp xếp chúng vào
một bộ nhớ logic đơn.
Lớp hội tụ truyền dẫn được xếp ở vị trí giữa môi trường vật lý và các đối tượng của
GPON (ATM client, GEM client,…).
2.4.2. Ngăn xếp giao thức
Hình 2-6 biểu diễn ngăn xếp giao thức của toàn hệ thống lớp TC trong GPON
(GTC). Lớp GTC gồm có 2 lớp con, lớp con tạo khung GTC (GTC framing sub- layer)
và lớp con tương thích TC (TC adaption sub- layer).
23
Hình 2-6: Ngăn xếp giao thức của GTC
Theo một quan điểm khác, GTC chứa mặt phẳng C/M quản lý các luồng lưu lượng
người dùng, an ninh, các thuộc tính OAM, và một mặt phẳng U mang lưu lượng người sử
dụng. Trong lớp con tạo khung GTC, phân vùng ATM, phân vùng GEM, các phần quản
lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical Layer Operations Administrations
Maintenance) và OAM nhúng được nhận biết theo vị trí trên khung GTC. Chỉ OAM

nhúng được kết cuối tại lớp này để điều khiển qua lớp con này, do thông tin của OAM
nhúng được nhúng trực tiếp vào khung GTC. Thông tin PLOAM được xử lý tại khối
PLOAM được định vị như một client của lớp con này. Các đơn vị chuyển từ/tới các Đơn
vị giao thức dữ liệu PDU thông thường (Protocol Data Unit) của ATM và GEM tại mỗi
lớp con tương thích. Ngoài ra, các PDU này chứa dữ liệu kênh OMCI.Dữ liệu này cũng
được phân loại thành các mặt phẳng C/M. Các SDU ngoại trừ OMCI trên các phân vùng
ATM và GEM được phân loại vào mặt phẳng U.
Lớp tạo khung GTC có cái nhìn bao quát tới tất cả dữ liệu được phát, và lớp tạo
khung GTC OLT trực tiếp ngang hàng với tất cả các lớp tạo khung GTC ONU. Hơn nữa,
khối điều khiển phân bổ băng thông động (DBA control) được xem như là khối chức
năng chung. Hiện nay, khối này có khả năng đáp ứng toàn bộ DBA thông báo ONU.
Trong hệ thống GTC, OLT và ONU không hoạt động đồng thời ở 2 trạng thái.Chế độ
nào được hỗ trợ sẽ được nhân biết tại thời điểm lắp đặt hệ thống. ONU thông báo chế độ
24
hoạt động cơ bản của nó là ATM hay GEM thông qua bản tin Serial_ Number. Nếu OLT
có khả năng giao diện tới ít nhất 1 trong các chế độ yêu cầu, nó xử lý để thiết lập kênh
OMCI, và thiết bị ONU được nhận ra theo cách thông thường.
2.4.3 Các chức năng chính của GPC
GTC thực hiện hai chức năng quan trọng là điều khiển truy nhập môi trường và đăng
ký ONU.
Điều khiển truy nhập môi trường: Hệ thống GTC hỗ trợ điều khiển truy nhập môi
trường cho truy nhập đường lên. Về cơ bản, các khung đường xuống chỉ ra các định vị
cho phép đối với lưu lượng trên các khung đường lên đồng bộ với các khung đường
xuống.Khái niệm điều khiển truy nhập môi trường trong hệ thống này được minh họa
trong hình 3-7. OLT gửi các con trỏ trong PCBd, các con trỏ này chỉ ra thời điểm mà mỗi
ONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dẫn luồng lên của nó. Théo cách này, chỉ có một
ONU có thể truy nhập môi trường tại bất cứ thời điểm nào. Các con trỏ được gán các đơn
vị của byte, cho phép OLT điều khiển môi trường với băng thông tĩnh 64kbit/s. Tuy
nhiên, các bước thực hiện của OLT có thể lựa chọn theo tập giá trị của các con trỏ, và
thực hiện điều khiển băng thông chính xác qua cơ chế lập lịch động.

Hình 2.7: Điều khiển truy nhập môi trường
Đăng ký ONU: Việc đăng ký OUN được thực hiên theo thủ tục phát hiện tự động.
Có hai phương pháp đăng ký ONU.Phương pháp A, Serial Number của ONU được đăng
kí tại OLT nhờ hệ thống quản lý.Phương pháp B, Serial Number của ONU không được
đăng ký tại ONT nhờ hệ thống quản lý.
25