TIỂU LUẬN Mạng Thông Tin Quang Thế Hệ Mới Tổng Quan Về Các Mạng Truy Cập Quang (Optical Access Networks)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
TIỂU LUẬN
Mạng Thông Tin Quang Thế Hệ Mới
Đề tài: Tổng Quan Về Các Mạng Truy Cập Quang
(Optical Access Networks)
1
Hà Nội, tháng
05/2012
Contents
2
Giảng viên hướng dẫn : TS. PHẠM HẢI ĐĂNG
Học viên cao học : HOÀNG PHÍ LINH
ĐỖ NGỌC LONG
PHẠM VĂN KIỆN
NGUYỄN NGỌC QUYẾN
NGUYỄN VĂN LINH
Lớp : 11KTTT1B
Tổng Quan Về Các Mạng Truy Cập Quang (Optical Access Networks)
Do nhu cầu băng thông cao & ít suy hao, hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều
sử dụng mạng truy nhập quang (Optical Network) để kết nối các mạng người dùng,
mạng cục bộ tới mạng diện rộng WAN. Mạng truy nhập quang có 02 mạng cơ bản là
Mạng Quang chủ động (Active Optical Network) & Mạng Quang thụ động (Passive
Optical Network).
Trong một vài năm gần đây, rất nhiều kiến trúc và công nghệ về AON & PON được
xây dựng trong nghành công nghiệp viễn thông, và đã được các tổ chức viễn thông
quốc tế ITU-T, IEEE công nhận. Do đó, công nghệ truy nhập dựa trên cáp quang đã
trở nên chin muồi và có thể cạnh tranh trực tiếp với mạng cáp đồng khi so sánh về
băng thông, độ nhiễu và giá thành ở ngay cả lớp mạng truy nhập access. Và thực tế,
rất nhiều các nước trên thế giới (ở Châu Á, Bắc Mỹ, Châu Âu) đã triển khai các mạng
toàn quang với quy mô lớn và các nhà mạng / thuê bao đã được hưởng lợi từ công

nghệ này.
Mạng truy nhập quang chủ động được phát triển từ rất lâu, với công nghệ truyền dẫn
SDH và sau này là Metro Ethernet đã chứng tỏ được sự ưu viết, tính ổn định, khả
năng nâng cấp mạng lưới. Mạng truy nhập quang thụ động (PON) mới phát triển với
02 nhánh chính là GPON và EPON bước đầu cũng đã thành công tại một số nhà
mạng, tỏ ra là một công nghệ thực sự đối trọng với AON trước đây.
3
I. Mạng Quang chủ động AON (Active Optical Network)
Đa số các mạng truy nhập quang xây dựng từ trước đều đang sử dụng các
thiết bị Active components (các thiết bị chủ động) để cung cấp dịch vụ truy cập
quang chủ động. Các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần,
thường là bộ xử lý, các chíp nhớ…
Mạng quang chủ động có thể chia ra làm 02 loại chính dựa trên công nghệ là
mạng truyền dẫn truy nhập SDH và mạng Metro Ethernet.
1. Mạng truy nhập quang Metro Ethernet
1.1 Tổng quan về Mạng truy nhập quang Metro Ethernet
Ethernet được biết là một công nghệ phổ biến nhất trong mạng LAN với
nhiều ưu điểm như đơn giản, mềm dẻo, phù hợp lưu lượng IP, và chi phí thấp.
Theo thống kê trên Thế giới [nguồn từ nhóm EFM của IEEE], Ethernet là công
nghệ được triển khai trên 90% trong mạng LAN, và trên 95% lưu lượng Internet
cũng xuất phát từ Ethernet. Do vậy, cùng với xu thế gói hoá mạng viễn thông theo
hướng mạng thế hệ sau (NGN), dịch vụ và công nghệ Ethernet là một ứng cử hấp
dẫn nhất cho phát triển mạng truy nhập và mạng MAN, WAN.
Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng cung cấp dịch vụ mang lại nhiều
lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng. Bản thân công nghệ Ethernet
đã trở nên quen thuộc trong những mạng LAN của doanh nghiệp trong nhiều năm
qua; giá thành các bộ chuyển mạch Ethernet đã trở nên rất thấp; băng thông cho
phép mở rộng với những bước nhảy tùy ý là những ưu thế tuyệt đối của Ethernet
so với các công nghệ khác. Với những tiêu chuẩn đã và đang được thêm vào,
Ethernet sẽ mang lại một giải pháp mạng có độ tin cậy, khả năng mở rộng và hiệu

quả cao về chi phí đầu tư:
- Tính dễ sử dụng: Dịch vụ Ethernet dựa trên giao diện Ethernet chuẩn,
dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN).
4
- Hiệu quả về chi phí: Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư (CAPEX-
capital expense) và chi phí vận hành (OPEX-operation expense). Sự phổ
biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện
Ethernet có chi phí không đắt.
- Tính linh hoạt: Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào
hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc
thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác
(Frame relay, ATM,…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê
bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ
tại chỗ.
- Tính chuẩn hóa: MEF đang tiếp tục định nghĩa và chuẩn hóa các loại dịch
vụ và các thuộc tính này
1.2 Dịch vụ trên mạng Metro Ethernet
Bản thân Ethernet là cung cấp kết nối chứ không phải dịch vụ. Với sự xuất
hiện các dịch vụ Metro Ethernet, các nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu dùng công
nghệ kết nối Ethernet để cung cấp các “dịch vụ” Ethernet. Vì vậy, các dịch vụ
MAN-E cũng dùng tới thuật ngữ “thuộc tính dịch vụ” giống như các dịch vụ
MAN/WAN.
EVC là sự kết hợp của 2 hay nhiều UNI. Nói theo cách khác, EVC là đường
hầm logical kết nối 2 (P2P) hay nhiều sites (MP2MP) cho phép truyền các khung
Ethernet giữa chúng. Có 3 kiểu EVC:
- Điểm - điểm EVC
- Đa điểm - đa điểm EVC
- Điểm - đa điểm EVC
• Các kiểu dịch vụ mạng MAN-E: Các kiểu dịch vụ mạng MAN-E bao gồm :
dịch vụ kết nối, dịch vụ ứng dụng

- Dịch vụ kết nối: các loại dịch vụ kết nối tương ứng với các loại EVC kể
trên:
5
 Dịch vụ điểm - điểm (Point-to-Point)
 Dịch vụ đa điểm - đa điểm (Multipoint-to-Multipoint)
 Dịch vụ điểm - đa điểm (Point-to-Multipoint)
- Dịch vụ ứng dụng:
 Dịch vụ cho doanh nghiệp / Backhaul cho di động
 Dịch vụ Triple Play.
• Phân loại dịch vụ của MEF: Theo Metro Ethernet Forum, tương ứng với
các kiểu EVC dịch vụ mạng MAN-E gồm các kiểu :
- Dịch vụ E-LINE: Dịch vụ E-LINE dựa trên một kết nối ảo (EVC) điểm -
điểm. Dịch vụ E-LINE được sử dụng để cung cấp các dịch vụ Ethernet
điểm - điểm.
- Dịch vụ Ethernet Private Line (EPL): Dịch vụ EPL là một dạng của dịch
vụ E-LINE. Dịch vụ EPL sử dụng một EVC điểm-điểm giữa hai UNI.
EPL cung cấp độ trong suốt của các khung dịch vụ giữa các UNI tức là
khi khung dịch vụ được truyền đi thì mào đầu của khung dịch vụ và dữ
liệu được chỉ ra tại cả UNI nguồn và UNI đích.
- Dịch vụ Ethernet Virtual Private Line (EVPL): Dịch vụ EVPL là một
kiểu dịch vụ E-LINE. Dịch vụ EPL được sử dụng để cung cấp các dịch vụ
tương tự như dịch vụ EPL trừ một số ngoại lệ. Thứ nhất, dịch vụ EVPL
cho phép ghép dịch vụ tại UNI. Thứ hai, một EVPL không cung cấp độ
trong suốt khung dịch vụ cao như dịch vụ EPL bởi vì khi ghép dịch vụ thì
một số khung dịch vụ có thể được gửi tới một EVC trong khi một số
khung dịch vụ khác có thể được gửi tới các EVC khác.
- Dịch vụ E-LAN: Kiểu dịch vụ Ethernet LAN (E-LAN) cung cấp kết nối
đa điểm, tức là nó có thể kết nối 2 hoặc hơn nhiều UNIs. Dữ liệu của thuê
6
bao được gửi từ một UNI có thể được nhận tại một hoặc nhiều dữ liệu của

UNIs khác.
- Dịch vụ Ethernet Private LAN (EP-LAN): Dịch vụ EP-LAN được định
nghĩa để cung cấp việc duy trì thẻ CE-VLAN và đường hầm của giao
thức điều khiển lớp 2. Ưu điểm của việc này là thuê bao có thể cấu hình
các VLAN ngang qua các vị trí mà không cần phải phối hợp với các nhà
cung cấp. Mỗi giao diện được cấu hình cho "all to one bundling" (gộp
dịch vụ) do đó, EP-LAN hỗ trợ việc duy trì ID của CE-VLAN. Thêm
nữa, EP-LAN còn hỗ trợ việc duy trì CoS của CE-VLAN.
- Dịch vụ Ethernet Virtual Private LAN (EVP-LAN): Một số thuê bao
muốn dịch vụ E-LAN để kết nối các UNI của họ trong mạng đô thị và tại
cùng thời điểm đó từ một hoặc nhiều UNI của họ muốn truy cập tới các
dịch vụ khác. Ví dụ một UNI là một vị trí thuê bao muốn truy cập tới một
dịch vụ IP công cộng hoặc IP riêng từ một UNI mà được dùng cho dịch
vụ E-LAN giữa các thuê bao khác trong mạng Metro. Dịch vụ EVP-LAN
được định nghĩa để đáp ứng yêu cầu này.
- Dịch vụ E-TREE: Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo, dạng điểm –
đa điểm (định nghĩa theo MEF 10.1) có thể được gọi là dạng Ethernet
Tree (E-Tree). Dịch vụ E-Tree có một điểm gốc và nhiều điểm “lá” nhận
thông tin hoặc gửi thông tin từ/đến gốc.
- Dịch vụ Ethernet Private Tree – EP-Tree: Thuê bao với nhiều site có thể
có yêu cầu cung cấp kết nối giữa các site, cung cấp dịch vụ không chỉ
theo hướng sử dụng LAN. Sẽ có một vài site làm điểm gốc cung cấp dịch
vụ, các site khác được gán vai trò là điểm lá nhận dịch vụ.
- Dịch vụ EP-Tree yêu cầu giữ nguyên thẻ VLAN của khách hàng (CE-
VLAN) và đóng gói các giao thức cơ bản lớp 2.
- Dịch vụ Ethernet Virtual Private Tree – EVP-Tree: Có các thuê bao có
nhu cầu sử dụng dịch vụ được cung cấp dạng cây trong nội bộ mạng.
Trong trường hợp này, mỗi điểm lá trong kết nối cây cần được gắn hoặc
kết nối với một điểm lá (hoặc) gốc cụ thể. Mỗi giao diện UNI cũng có thể
7

cung cấp dịch vụ khác như EVPL hoặc EVP-LAN. Mô hình này gọi là
mô hình dịch vụ EVP-Tree, cây Ethernet riêng ảo.
1.3 Kiến trúc mạng truy nhập quang Metro Ethernet
Mạng Metro Ethernet sẽ được xây dựng theo 4 lớp, với chức năng của các
lớp như sau:
- Lớp Core_vùng:
 Tập trung, truyền dẫn và chuyển mạch dữ liệu cho cả vùng.
 Kết nối trực tiếp với các Core_tỉnh,
 Kết nối trực tiếp đến các Node mạng dịch vụ : 3G, 4G, xDSL, FTTx,
IPTV
- Lớp Core_tỉnh:
 Bộ tập trung dữ liệu, truyền dẫn, chuyển mạch dữ liệu từ tỉnh tới
Core_vùng.
 Một hướng kết nối tới Core_vùng, một hướng kết nối tới các
AGG_huyện.
- Lớp AGG_quận, AGG_huyện:
 Bộ tập trung dữ liệu, truyền dẫn, chuyển mạch dữ liệu từ các ring
Access_router của quận, huyện.
 Một hướng kết nối tới Core_tỉnh, một hướng kết nối tới các
Access_router.
- Lớp Access_router:
 Tập trung lưu lượng, truyền tải các dịch vụ IP như node B, ADSL,
… về AGG quận, huyện.
8
Một hướng kết nối tới AGG_huyện, một hướng kết nối tới các thiết bị đầu
cuối như Node B, thiết bị khách hàng, IPTV, xDSL, Node B, FTTx, Lớp dịch vụ
Ethernet – hỗ trợ những tính năng cơ bản của lớp; một hoặc nhiều lớp truyền tải
dịch vụ; có thể bao gồm lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ cho các ứng dụng trên nền
lớp 2. Mô hình mạng theo các lớp dựa trên quan hệ client/server. Bên cạnh đó,
mỗi lớp mạng này có thể được thiết kế theo các mặt phẳng điều khiển, dữ liệu,

quản trị trong từng lớp.
Hình 1 : Mô hình mạng Metro Ethernet
1.4 Các thuộc tính của dịch vụ mạng Metro Ethernet
MEF phát triển khung dịch vụ Ethernet giúp cho thuê bao và các nhà cung
cấp dịch vụ có thuật ngữ chung khi nói về các loại dịch vụ khác nhau và các thuộc
tính của chúng. Với mỗi loại dịch vụ E-LAN hay E-LINE nói riêng lại có lại có
các thuộc tính và thông số đi kèm:
9
- Thuộc tính giao diện vật lý
- Các thông số lưu lượng
MEF định nghĩa 1 tập các đặc tính băng thông có thể áp dụng tại UNI hoặc
cho 1EVC. Đặc tính băng thông là giới hạn về tốc độ mà khung Ethernet có thể đi
qua UNI hoặc đến EVC.
• Các thông số lớp dịch vụ CoS
- CoS là trường độ dài 3 bits trong tiêu đề khung Ethernet lớp 2 dùng IEEE
802.1Q
- Nó chỉ rõ giá trị ưu tiên từ 0 đến 7, dùng cho các quy tắc Chất lượng dịch
vụ để phân biệt lưu lượng.
• Thuộc tính phân phát khung dịch vụ
- Thuộc tính dịch vụ EVC có thể định nghĩa khung nào bị hủy bỏ, khung
nào phân phát có điều kiện, khung nào phân phát không có điều kiện cho
mỗi cặp UNI yêu cầu.
• Thuộc tính hỗ trợ thẻ VLAN: Có 02 loại VLAN tag hỗ trợ
- Duy trì/xếp VLAN tag.
- Dịch/hoán đổi VLAN tag.
• Thuộc tính ghép dịch vụ
- Dùng để hỗ trợ nhiều trường hợp EVCs trên cùng kết nối vật lý. Điều này
cho phép 1 khách hàng có nhiều dịch vụ khác nhau với cùng cáp
Ethernet.
• Thuộc tính gộp nhóm

- Thuộc tính dịch vụ Bundling cho phép 2 hay nhiều VLAN IDs ánh xạ vào
1 EVC tại 1 UNI. Với bundling, nhà cung cấp và thuê bao phải chấp
10
thuận các VLAN IDs được dùng tại UNI và ánh xạ mỗi VLAN ID với 1
EVC riêng.
- Trường hợp đặc biệt của bundling là ở chỗ mọi VLAN ID tại giao diện
UNI ánh xạ đến 1 EVC. Thuộc tính dịch vụ này được gọi là “all-to-one
bundling”.
• Thuộc tính lọc bảo mật
- Các bộ lọc bảo mật là danh sách truy cập MAC mà nhà cung cấp dùng để
chặn các địa chỉ nào đó từ luồng trên EVC. Các địa chỉ MAC phải phù
hợp với access list nếu không sẽ bị loại bỏ.
2. Mạng truy nhập quang SDH
Công nghệ SDH với cấu trúc phân cấp ghép kênh STM-N cho phép cung cấp
các giao diện truyền dẫn với tốc độ lên từ vài Mbits/s tới vài Gbits/s. Thế hệ sau là
NG-SDH truyền dữ liệu qua mạng SDH DoS (Data over SONET/SDH). DoS là
cơ cấu truyền tải lưu lượng cung cấp một số chức năng và các giao diện nhằm
mục đích tăng hiệu quả của việc truyền dữ liệu qua mạng SDH. Cơ cấu DoS bao
gồm 3 giao thức chính: Thủ tục đóng gói khung tổng quát GFP (generic framing
procedure), kỹ thuật liên kết chuỗi ảo VC (virtual concatenation) và cơ chế điều
chỉnh dung lượng link kết nối LCAS (link capacity adjustment scheme). Cả 3 giao
thức này đã được ITU-T chuẩn hóa lần lượt bởi các tiêu chuẩn G.704, G.707.
• Ưu điểm:
- Cung cấp các kết nối có băng thông cố định cho khách hàng.
- Độ tin cậy của kênh truyền dẫn cao, trễ truyền thông tin nhỏ.
- Các giao diện truyền dẫn đã được chuẩn hóa và tương thích với nhiều loại
thiết bị trên mạng.
- Thuận tiện cho kết nối truyền dẫn điểm – điểm.
- Quản lý dễ dàng.
- Công nghệ đã được chuẩn hóa.

- Thiết bị đã được triển khai rộng rãi.
11
• Nhược điểm:
- Công nghệ SDH được xây dựng nhằm mục đích tối ưu cho truyển tải lưu
lượng chuyển mạch kênh, không phù hợp với truyển tải lưu lượng chuyển
mạch gói.
- Khả năng nâng cấp không linh hoạt và giá thành nâng cấp là tuơng đối
đắt.
- Khó triển khai các dịch vụ ứng dụng Multicast.
- Dung lượng băng thông giành cho bảo vệ và phục hồi lớn.
- Phương thức cung cấp kết nối phức tạp, thời gian cung ứng kết nối dài.
SDH với kỹ thuật ghép kênh theo thời gian có ưu điểm nổi bật là thời gian
đáp ứng ngắn, nhưng có một nhược điểm lớn đó là chiếm dụng băng thông, lãng
phí tài nguyên mạng.
II. Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network)
Hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị Active
components – tạm gọi là các thiết bị chủ động, tại thiết bị tổng đài của nhà cung
cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng như các trạm lặp, các thiết
bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường truyền. Active components,
có nghĩa là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần,
thường là bộ xử lý, các chíp nhớ.
Với mạng Quang thụ động (Passive Optical Networks), tất cả các thành phần
active giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại
mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các traffic trên mạng
dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu
cuối trên đường truyền. Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng
quang thụ động PON là một dạng của mạng truy nhập quang. Mạng truy nhập hỗ
trợ các kết nối đến khách hàng. Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển
khai với số lượng lớn. Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí
12

do khác nhau và PON là một trong những dạng đó. So với mạng truy nhập cáp
đồng truyền thống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng THz).
Việc triển khaisợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong
tương lai.Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive
Optical Network) là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập
Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp
dịch vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường
truyền nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho
đi qua hoặc chặn ánh sáng lại… Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác
xử lý tín hiệu nào và từ đó, gần như kéo dài vô hạn thời gian MTBF (Mean Time
Between Failures), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ.
Một hệ thống mạng PON bao gồm các thiết bị kết cuối kênh quang (OLT –
Optical line terminators) đặt tại CO và bộ các thiết bị kết cuối mạng quang (ONT
– Optical network terminals) được đặt tại người sử dụng. Giữa chúng là hệ thống
mạng quang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết
bị ghép / tách thụ động trong hệ thống mạng PON, cáp quang có thể xuất phát từ
tổng đài dịch vụ, đi tới các phân khu truyền dẫn và sau đó kết nối với từng tòa nhà
hoặc các thiết bị dịch vụ có thể ghép / tách tín hiệu từ sợi cáp quang chính, sử
dụng các thiết bị ghép / tách thụ động. Điều này cho phép các phần cáp quang đắt
tiền nối từ tổng đài đi ra có thể được nhiều người sử dụng cùng chia sẻ, từ đó
giảm một cách đáng kể chi phí triển khai các ứng dụng hệ thống cáp quang FTTB
(fiber to the business) và FTTH(fiber to the home). Trong khi đó, việc sử dụng
từng cặp cáp quang riêng cho từng khách hàng đã làm tăng đáng kể chi phí.
Trục cáp quang chính trên mạng PON có thể hoạt động ở tốc độ 155 Mbps,
622 Mbps, 1.25 Gbps hay 2.5 Gbps, sử dụng các công nghệ APON (ATM PON) /
BPON (Broadband PON), EPON (Ethernet based PONs) hay chuẩn GPON
(Gigabit PON). Băng thông cho mỗi khách hàng từ băng thông tổng cộng có thể
13
gán tĩnh hoặc động để hỗ trợ các ứng dụng voice, video và data. Với PON, một
sợi cáp quang đơn từ tổng đài nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ cho 16, 32 tòa

nhà hoặc nhiều hơn nữa, vừa sử dụng các thiết bị thụ động để tách tín hiệu quang,
vừa sử dụng các giao thức PON để điều khiển việc gửi và truyền dẫn tín hiệu trên
thiết bị truy nhập dùng chung.
Việc xử lý các dữ liệu downstream tới các thiết bị đầu cuối của khách hàng
khác với các dữ liệu upstream. Dữ liệu downstream được quảng bá từ OLT đến
mỗi ONT và mỗi ONT này thực hiện xử lý dữ liệu đến nó bằng cách so sánh dịa
chỉ trong phần header. Dữ liệu upstream phức tạp hơn nhiều. Cần phải có sự phối
hợp truyền dẫn giữa các ONT tới OLT để tránh xung đột. Upstream data được
truyền dẫn theo cơ chế điều khiển trong OLT, sử dụng phương thức TDMA, trong
đó dành riêng các khe thời gian trên mỗi frame cho từng ONT. Các khe thời gian
được đồng bộ để việc truyền dẫn từ các ONT sẽ không bị đụng độ lẫn nhau.
Mô hình mạng quang thụ động (PON) như sau:
14
Hình 2 : Mô hình mạng PON
Trong đó :
- Passive slitter : Bộ chia thụ quang thụ động
- Feeder Fiber : Cáp Feeder
- Central office : Văn phòng trung tâm
- Distribution fiber : Phân phối quang
- Management system : Hệ thống quản lý
- Passive splitter : Bộ chia thụ động
• Các thành phần 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).
- 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
15

HÌnh 3 : Mô hình cây ( sử dụng spli"er 1:N)(a)
HÌnh 4 : Mô hình bus sử dụng tapcoupler
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
- Element Management System (EMS :hệ thống quản lý ): EMS quản lý
các phần tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng
lõi của các nhà cung cấp dịch vụ. EMS có chức năng quản lý về cấu hình,
đặc tính và bảo mật.
• Mô hình PON :
Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây, vòng
hoặc bus. Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong bất kỳ mô
hình nào nhờ sử dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N.
16
HÌnh 5 : Mô hình vòng
Mô hình cây với ređunant trunk (d)
Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong cấu hình Redundant
như là vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được
gọi là trung kế cây.
Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và các
ONU. PLT ở tại tổng đài (Central Office), kết nối truy nhập quang đến mạng
đường trục (có thể là mạng IP, ATM hay SONET). ONU ở tại đầu cuối người sử
17
HÌnh 6 : Mô hình cây mạng PON
dụng (trong giải pháp FTTH_Fiber To The Home, FTTB_Fiber To The Building)
hoặc ở tại Curb trong giải pháp FTTC_Fiber To The Cur và có khả năng cung cấp
các dịch vụ thoại, dữ liệu và video băng rộng.
Tuỳ theo điểm cuối của tuyến cáp quang xuất phát từ tổng đài mà các mạng
truy nhập thuê bao quang có tên gọi khác nhau như sợi quang đến tận nhà FTTH,
sợi quang đến khu dân cư FTTC
1. Mạng truy nhập quang thụ động Gigabit PON (GPON)

1.1 Hệ thống GPON
G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trongchuỗi
khuyến nghị G.984 của ITU-T. G-PON được xây dựng trên trải nghiệm củaB-
PON và E-PON.GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network. GPON là
sự pháttriển của APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã
được chuẩnhóa thành ITU-T G.984.
GPON không phụ thuộc vào ATM, GPON sử dụng lớpcon truyền dẫn hội tụ
(GTC- GPON Transmission Convergence), khung GTC cóthể đóng gói các cell
ATM. Không giống như APON/BPON, khung GTC có thểđóng gói trực tiếp các
gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GPON (GEM-GPON Encapsulation
Method). Phần tải khung GTC chứa cả ATM và GEM.Mặc dù G-PON hỗ trợ
truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà
được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernetđược gọi là phương thức đóng
gói G-PON (G-PON Encapsulation Method -GEM). GEM là phương thức dựa
trên thủ tục đóng khung chung trong khuyếnnghị G.701, ngoại trừ việc GEM tối
ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các dữ
liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếpTDM.G-PON sử dụng cấu trúc
khung GTC (G-PON Transmission Conversion)cho cả hai hướng xuống và hướng
lên. Khung hướng xuống bắt đầu với một từmào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng
tải tin GEM hoặc các tế bào ATM.PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và
18
sắp đặt băng thông choONT/ONU gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp
theo.Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT. Mỗi mộtnhóm
được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong B-PON,
nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT. Cácyêu cầu
băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi cóyêu cầu từ
OLT.OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi
ONT/ONU.Tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet bằng phương thức
GEM(GPON encapsulation method).Sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON
tranmission coversion) cho cả haihướng lên và xuống.

Hình 7: Lớp con truyền dẫn hội tụ
1.2 Chức năng của GTC
Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON
Transmission Convergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT
vàONU. Các chức năng khác bao gồm:Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con,
các chức năng hoạt động, quảnlí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAM, giao diện phân
19
phối băng tần động, sắp xếp vàđăng kí ONU, sửa lỗi (mặc định), mật mã luồng dữ
liệu hướng xuống (mặc định) và kênh thông tin cho giao diện quản lý và điều
khiển ONT/ONU.
Hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượng hướnglên.
Trong khái niệm cơ bản, các khung hướng xuống chỉ thị vùng được phéptruyền
lưu lượng lên trong khung hướng lên đồng bộ với khung hướng xuống.
(Nguồn: ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access
systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005.)

Hình 8 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON
Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON được mô tả ở Hình 2.2 OLT
gửicác con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian
bắtđầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền
dữliệu hướng lên. Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì
thờiđiểm nào không có sự tranh chấp trong hoạt động bình thường. Các con trỏ
đượcđưa vào các khối byte, cho phép OLT điều khiển môi trường mạng với tốc
20
độ 64kbps. Tuy nhiên, chuẩn cho phép nhà khai thác dịch vụ thêm các tốc độ lớn
hơn.
1.3 Tốc độ bit của GPON
Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất caovà
do đó dẫn đến là cũng cần có bộ thu có độ nhạy cao hơn. Điều này có thể
đượckhắc phục bằng cách sử dụng cơ chế cân bằng công suất. Cơ chế cân bằng

côngsuất hỗ trợ cho việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng
chênhlệch công suất nhận được ở OLT. Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, Sẽ
khởitạo nhỏ hơn công suất ONU ở xa.
Bảng 1: Liệt kê tốc độ bit trong GPON
Với những ưu điểm về tốc độ, băng thông cũng như chi phí triển khai,
côngnghệ cáp quang GPON là sự lựa chọn không thể nằm ngoài chiến lược phát
triểncủa các nhà khai thác viễn thông cho mạng truy nhập. Chính vì vậy mà đề tài
21
nàyđi sâu nghiên cứu về cấu trúc, hoạt động và chất lượng của mạng quang thụ
độngGPONQua bài báo cáo này, em đã đưa ra được các mô hình mạng truy nhập
quangvới những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất lượng,
hứa hẹnsự phát triển vượt bậc cho mạng truy nhập. Đó là các vấn đề cốt lõi nhất
khi triểnkhai mạng cáp quang thuê bao. Tuy nhiên, do sự hạn chế về thời gian, tài
liệutham khảo cũng như khả năng hiểu biết của bản thân, những kết quả đạt được
chỉdừng lại ở mức lý thuyết, chưa nghiên cứu sâu về thực tiễn của PON, em
mongmuốn sau này mình có cơ hội đi sâu vào thực tiễn để hoàn thành dự định
trongtương lai
2. Mạng truy nhập quang thụ động E-PON (Ethernet PON)
Công nghệ Ethernet dành cho các hệ thống mạng truy nhập thuê bao, hay
còn gọi là "Ethernet in the First Mile", viết tắt là EFM, kết hợp một số phần mở
rộng cho chuẩn IEEE 302.3 Media Access Control (MAC) và các lớp con MAC
Control với một họ các lớp vật lý. Các lớp vật lý này bao gồm môi trường cáp
quang, cáp đồng UTP, wireless , hay gọi chung là các lớp con, phụ thuộc vào
đường truyền vật lý, Physical Medium Dependent - PDM, dành cho các kết nối
Point-to-Point (P2P) trong mạng truy nhập thuê bao.
EFM cũng đã được giới thiệu như một khái niệm của mạng Ethernet Passive
Optical Networks - EPON - trong đó topology Point-to-Multipoint (P2M) được
triển khai tại các bộ tách quang thụ động - passive optical splitters, cùng với cáp
quang PDM hỗ trợ cho topology này. Thêm vào đó, một cơ chế điều hành, quản
trị và bảo trì (OAM) cũng được thêm vào để thuận tiện cho việc điều hành và giải

quyết sự cố mạng EPON dựa trên cơ chế MPCP (Multi-Point Control Protocol),
được định nghĩa như một chức năng của lớp con MAC control. MPCP sử dụng
các thông điệp, trạng thái thiếtt bị, các bộ đếm thời gian để điều khiển truy nhập
22
vào topology P2M. Mỗi ONU - Optical Network Unit - trong topology P2M chứa
một phiên bản thể hiện - instance - của giao thức MPCP, sẽ truyền thông với một
instance của MPCP trong OLT - Optical line terminator.
Việc vượt trội về khả năng truyền dữ liệu của mạng quang thụ động PON là
không phủ nhận, nhưng để khai thác tối đa khả năng của nó thì còn tuỳ thuộc vào
công nghệ được lựa chọn trong truyền tải. Chương này trình bày sự kết hợp cộng
nghệ Ethernet trong mạng truy nhập quang thụ động gọi tắt EPON, và đưa ra
nguyên lý truyền,lợi ích của nó và EPON với kiến trúc IEEE 802, giao thức điều
khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control Protocol)
• 2.1 Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON
EPON là sự kết hợp giữa mạng truy cập quang thụ động PON và kỹ thuật
Ethernet nên nó mang ưu điểm của cả hai công việc này. Việc triển khai EPON
mang lại lợi ích rất to lớn bao gồm:
• Băng thông cao hơn: EPON sẽ cung cấp băng thông cao nhất cho người
dùng trong bất kỳ hệ thống truy cập quang thụ động nào. Tốc độ lưu lượng
hướng xuống là 1Gbps và lưu lượng lên từ 64 ONU có thể vượt quá 800
Mbps. Với khả năng cung cấp băng thông rất lớn như vậy, EPON có một số
lợi ích sau:
- Số lượng thuê bao trên một mạng PON lớn.
- Băng thông trên mỗi thuê bao nhiều.
- Khả năng cung cấp video.
- Chất lượng dịch vụ tốt hơn.
23
• Chi phí đầu tư thấp hơn: Hệ thống EPON đang khắc phục giữa chi phí và
hiệu suất bằng sợi quang và các lênh kiện Ethernet. EPON cung cấp các
chức năng và đặc tính sợi quang với giá có thể so sánh được với DSL và cáp

đồng T1s. Hơn nữa, việc giảm chi phí đạt được nhờ kiến trúc đơn giản, hiệu
quả hoạt động cao và chi phí bảo dưỡng thấp. EPON chuyển giao những cơ
hội giảm giá sau:
- Loại trừ những phần tử ATM và SONET phức tạp và đắc đỏ.
- Các lênh kiện quang thụ động sống lâu đã giảm được chi phí bảo dưỡng.
- Những giao diện Ethernet chuẩn loại trừ nhu cầu cho DSL và Modem cáp
bổ sung.
Nhiều lợi nhuận hơn: EPON có thể hổ trợ đồng thời các dịch vụ thoại, dữ
liệu và video, cho phép nhà cung cấp nâng cao dịch vụ băng rộng và linh hoạt.
Ngoài ra, nó cũng cung cấp các dịch vụ truyền thống như POST, T1, 10/100
Base-T, hổ trợ các dịch vụ trên nền ATM, TDM(Time Division Multiplexing) và
SONET.
2.2 Nguyên lý hoạt động mạng truy cập quang thụ động EPON
EPON là mạng dựa trên mạng PON mà nó mang lưu lượng dữ liệu được
đóng gói vào khung Ethernet. Nó sử dụng chuẩn mã đường truyền 8b/10b (8 bit
người dùng được mã hoá như 10 bit đường truyền ) và hoạt động ở tốc độ chuẩn
của Ethernet.
Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hình cơ bản cho một mạng Ethernet.
Một cấu hình trong đó các trạm sử dụng chung môi trường truyền dẫn với giao
thức đa truy cập sóng mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD) và cấu hình còn
lại, các trạm sẽ giao tiếp với nhau thông qua một chuyển mạch sử dụng các tuyến
kết nối điểm- điểm và song công. Tuy nhiên, EPON có một số đặc tính mà khiến
cho nó không thể triển khai trên một trong hai cấu hình này mà thay vào đó ta
phải kết hợp cả hai.
24
Hình 9: Lưu lượng hướng xuống trong EPON
Hình 10: Lưu lượng hướng lên trong EPON
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.


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 4.2
25