Đồ án điện tử viễn thông

LỜI CẢM ƠN



Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của trường
Đại học Bách Khoa, 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.
- Trường Đại học Bách Khoa 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 thầy NGUYỄN
TẤN HƯNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ
án tốt nghiệp này.
Cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ tôi và chia sẽ những khó khăn trong quá
trình thực hiện đồ án này.

Sinh viên thực hiện
VÕ DŨNG

LỜI CAM ĐOAN



Đồ án này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu các
nguồn tài liệu đã học, sách báo chuyên ngành cũng như các thông tin trên mạng mà
theo em là hoàn toàn tin cậy. Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong quá
trình nghiên cứu và tìm hiểu còn gặp nhiều thiếu sót. Em xin cam đoan đồ án này
không giống với bất kỳ công trình nghiên cứu hay đồ án nào trước đây mà em đã
biết.

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2006.
Người thực hiện

VÕ DŨNG

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................A

LỜI CAM ĐOAN................................................................................... B

MỤC LỤC .............................................................................................. C

BẢNG TỪ VIẾT TẮT............................................................................ F

LỜI MỞ ĐẦU.........................................................................................H

CHƯƠNG1 ............................................................................................................1

HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI ..................................................1

1.1

Giới thiệu chương....................................................................................1

1.2

Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam........................................1

1.2.1

Truyền dẫn Quốc Tế ........................................................................1

1.2.2

Truyền dẫn Quốc Gia ......................................................................1

1.2.3

Truyền dẫn nội tỉnh .........................................................................2

1.3

Sự phát triển của lưu lượng....................................................................2

1.4

Xu hướng phát triển hiện nay.................................................................3

1.5

Mạng truy nhập thế hệ sau.....................................................................4

1.6

So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ
động toàn cầu .....................................................................................................5

Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008 ........5

1.7

Kết luận chương......................................................................................7

CHƯƠNG2 ............................................................................................................8

MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON...........................................8

2.1

Giới thiệu chương....................................................................................8

2.2

Tổng quang về công nghệ PON ..............................................................8

2.2.1

Bộ tách / ghép quang........................................................................9

2.2.2

Các đầu cuối mạng PON................................................................11

2.2.3

Mô hình PON .................................................................................11

2.2.4

WDM và TDM PON ......................................................................13

2.3

Kết luận chương....................................................................................15

CHƯƠNG3 ..........................................................................................................16

CÔNG NGHỆ ETHERNET................................................................................16

3.1

Giới thiệu chương................................................................................16

3.2

Tổng quan về Ethernet..........................................................................17

3.3

Các phần tử của mạng Ethernet...........................................................17

3.4

Kiến trúc mô hình mạng Ethernet .......................................................18

3.5

Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu ISO..............19

3.6

Lớp con MAC Ethernet ........................................................................21

3.6.1

Dạng khung cơ bản của Ethernet..................................................21

3.6.2

Sự truyền khung dữ liệu ................................................................22

3.6.2.1

Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD..............23

3.6.2.2

Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu quả mạng cao hơn
24




3.7

Lớp vật lý Ethernet ...............................................................................24

3.8

Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO...........25

3.9

Kết luận chương....................................................................................26

CHƯƠNG4 ..........................................................................................................27

MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON ..................27

4.1

Giới thiệu chương..................................................................................27

4.2

Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON..............27

4.3

Mạng truy cập quang thụ động EPON ................................................28

4.3.1

Nguyên lý hoạt động ......................................................................28

4.3.2

Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control
Protocol)........................................................................................................30

4.3.3

EPON với kiến trúc 802.................................................................34

4.3.3.1

Point to Point Emulation............................................................35

4.3.3.2

Share Medium Emulation..........................................................36

4.4

Kết luận chương....................................................................................37

CHƯƠNG5 ..........................................................................................................39

KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG
TRONG EPON....................................................................................................39

5.1

Giới thiệu chương..................................................................................39

5.2

Mô hình của EPON...............................................................................39

5.3

Thuật toán Interleaved Polling.............................................................41

5.4

Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại) .......................44

5.5

Các thành phần của trể gói...................................................................46

5.6

Cấp phát băng thông cố định................................................................47

5.7

Cấp phát băng thông cân đối................................................................48

5.8

Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên.........................................49

5.9

SLA aware p-DBA.................................................................................50

5.10

SLA aware Adaptive DBA....................................................................52

5.11

Kết luận chương....................................................................................53

CHƯƠNG6 ..........................................................................................................54

GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN..54

6.1

Giới thiệu chương..................................................................................54

6.2

Giao diện chính của chương trình mô phỏng.......................................54

6.3

Giao diện thể hiện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ OLT đến các
ONU (hướng xuống) ........................................................................................55

6.4

Giao diện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ các ONU đến OLT
(hướng lên) .......................................................................................................56

6.5

Cấp phát băng thông truyền tải theo tỷ lệ lượng bytes có trong hàng
đợi cho từng ONU............................................................................................56

6.6

Tỷ lệ cấp phát băng thông cho các ONU..............................................58

6.7

Thuật toán phân bổ băng thông theo tỷ lệ bytes có trong hàng đợi dựa
trên tính ưu tiên của dịch vụ ...........................................................................58

6.8

Thuật toán tính toán trễ trong mạng truy nhập quang – EPON .......63




6.9

Kết luận chương....................................................................................65

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...............................II

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................... III

PHỤ LỤC ............................................................................................... V

BẢNG TỪ VIẾT TẮT

TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT
A-DBA Adaptive Dynamic Bandwidth
Allocation
Cấp phát băng thông thích
ứng dữ liệu
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bội
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detect
Đa truy nhập cảm nhận
sóng mang có phát hiện
xung đột
DA Destination Address Địa chỉ đích
DCE Data Communication Equipment Thiết bị giao dịch dữ liệu
DTE Data Terminal Equipment Thiết bị dữ liệu đầu cuối
DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số
EMS Element Management System Hệ thống quản lý
EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động
Ethernet
FCS Frame Check Sequence Kiểm tra khung tuần tự
FR Frame Relay Công nghệ Frame Relay
FSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy
đủ
FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà
FTTC Fiber To The Curb Sợi quang đến cụm thuê
bao
FTTH Fiber To The Home Sợi quang đến tận nhà thuê

bao
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
ISDN Integrated Services Digital
Network
Mạng tích hợp dịch vụ số
ITU

International Telecommunication
Union
Liên hiệp viễn thông quốc
tế
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LLC Logical Link Control

Điều khiển kết nối logic
MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô
MAC Media Access Control

Lớp điều khiển truy nhập
phương tiện
MDI Medium Depentdent Interface

Giao diện phụ thuộc
phương tiện
MII Medium Indepentdent Interface

Giao diện độc lập phương
tiện



MPCP

MultiPoint Control Protocol

Giao thức điều khiển đa
điểm
MPtP MultiPoint to Point

Mô hình điểm đa điểm
NGN Next Generation Network

Mạng thế hệ sau
NIC Network Interface Card

Card giao tiếp mạng
OLT Optical Line Terminal

Kết cuối đường truyền
quang
ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang
PC Personal Computer

Máy vi tính
PCS Physical Coding Sublayer

Lớp con mã hóa vật lý
PDH Plesiochoronous Digital
Hierarchy

Phân cấp số cận đồng bộ
PMA Physical Medium Attachment

Lớp con thuộc lớp vật lý
PON Passive Optical Network

Mạng quang thụ động
POTS Plain Old Telephony System

Hệ thống điện thoại kiểu
cũ
PRE Preamble Mào đầu
PtP Point to Point

Mô hình điểm-điểm
PtPE Point-to-Point Emulation


PtMP Point-to-Multi-Point Mô hình điểm đa điểm
QoS Quality of Service

Chất lượng dịch vụ
SA Source Address

Địa chỉ nguồn

SDH Synchoronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ
SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo
không gian
SFD Start of Frame Delimiter

Byte xác định sự bắt đầu
khung
SLA-DBA Service Level Agreement
Dynamic Bandwidth Allocation
Cấp phát băng thông động
theo mức dịch vụ cam kết
SBA Static Bandwidth Allocation cấp phát băng thông cố
định
SP-DBA Strict Priority Dynamic
Bandwidth Allocation
Cấp phát băng thông động
theo chế độ ưu tiên
SLA Service Level Agreement Cam kết mức độ dịch vụ
SME Shared Medium Emulation
SONET Synchoronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ
TDM Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
thời gian
WAN Wide Area Network Mạng truy nhập diện rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20
Gbps. Các mạng liên tỉnh sử dụng các hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622
Mbps và 2,5 Mbps. Vào cuối năm 2004, mạng NGN đã chính thức được đưa vào
khai thác với khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ cả thoại, video và dữ liệu,
nhưng mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển nào đáng kể.Tuy nhiên
mạng truy nhập lại chủ yếu sử dụng cáp đồng, do đó không khai thác hết tính năng
của mạng NGN. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để mạng truy nhập phát triển tương
xứng với mạng đường trục đặc biệt là mạng NGN đồng thời đáp ứng ngày càng
nhiều các dịch vụ mới đòi hỏi băng thông cao cho người dùng. Trong khi đó, với
những ưu điểm vượt trội của mình, EPON (Ethernet Passive Optical Network) đã
tạo ra một sự chuyển biến rõ rệt trong mạng truy nhập. Đây cũng là giải pháp mà đề
tài này đề cập cho mạng truy nhập tại Việt Nam. Nội dung của đề tài này được chia
làm sáu chương theo cơ cấu như sau:
Chương 1
HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU
HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI.
Chương này cho ta biết một cách tổng quan về mạng truyền dẫn hiện tại của
Việt Nam, phân tích xu hướng phát triển mạng truy nhập trên thế giới dựa trên nhu
cầu về dịch vụ. Trên cơ sở đó, mục đích của chương này là nói lên tính tất yếu phải
nâng cấp mạng truy nhập hiện nay và mạng truy nhập quang thụ động là giải pháp
được lựa chọn.

Chương 2
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON
Chương này cho ta biết một cách tổng quang về mạng PON, đưa ra các mô
hình cơ bản của mạng, phân tích các thành phần tồn tại chủ yếu trong mạng là OLT
và ONU. Chương này cũng đưa ra hai kỹ thuật được sử dụng trong việc truyền tải
của mạng PON đó là WDM và TDM. Từ đó đưa ra ưu nhược từng kỹ thuật để đi
đến lý do chọn kỹ thuật TDM.
Chương 3
CÔNG NGHỆ ETHERNET
Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về kỹ thuật Ethernet, quan hệ giữa
mô hình Ethernet với mô hình 7 lớp OSI , kiến trúc khung của Ethernet, các phương
thức phát dữ liệu của Ethernet cũng như các chuẩn của nó. Từ đó cho thấy được thế
mạnh của công nghệ này trong mạng truy nhập quang thụ động.
Chương 4
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG EHTERNET –
EPON
Chương này nói lên những ích lợi của việc sử dụng mạng truy nhập EPON,
phân tích nguyên lý hoạt động của nó, phân tích về chuẩn IEEE 802. Chương cũng
phân tích hai mô hình Share Medium và song công. Từ đó cho thấy quá trình truyền
dữ liệu trong mạng EPON.
Chương 5
KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI
BĂNG THÔNG TRONG EPON
Chương này đưa ra các phương pháp phân phối băng thông cơ bản được sử
dụng trong mạng EPON và phân tích tính toán các thành phần trễ ảnh hưởng đến
quá trình truyền tải của mạng.
Chương 6
GIAO DIỆN MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Chương này đưa ra giao diện mô phỏng và hình ảnh đồ thị cũng như ma trận

của quá trình tính toán của chương trước, cũng như đưa ra các thuật toán sử dụng để



tính toán. Thuật toán được viết dựa trên ngôn ngữ MathCad, giao diện mô phỏng
viết trên ngôn ngữ
Visual Basic.
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 và bạn bè để đề tài
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN TẤN HƯNG người đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài này. Em cũng chân thành cảm ơn các
thầy cô trong khoa đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em
hoàn thành đề tài tốt nghiệp này
.

Sinh viên thực hiện
VÕ DŨNG

Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

1
CHƯƠNG1
HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI

1.1Giới thiệu chương

Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tin

quang trong mạng truy cập là 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. Chương này sẽ trình bày về hiện
trạng mạng truyền dẫn của Việt Nam, xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới
và tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động.
1.2Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam
Mạng viễn thông Việt Nam hiện tại được chia thành ba thành phần chính:
Cấp Quốc Tế, cấp Quốc Gia và cấp nội tỉnh (hình 1.1).
1.2.1 Truyền dẫn Quốc Tế
 Các trạm cập bờ cáp biển TVH (ThaiLan-VietNam-HongKong_560Mb/s)
và SMW3 (SouthEastAsia-MiddleEast-WestEurope_2,5Gb/s).
 Các trạm thuộc tuyến CSC(2,5Gb/s), tuyến cáp quang TP Hồ Chí Minh-
PhnomPenh (155Mb/s).
 Ngoài ra còn có các trạm thông tin vệ tinh mặt đất.
1.2.2 Truyền dẫn Quốc Gia
 Tuyến trục Bắc-Nam sử dụng mạng Ring cáp quang 2,5Gb/s (trên cáp
quang quốc lộ 1A và cáp quang 500Kv) và tuyến vi ba PDH (Plesiochoronous
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

2
Digital Hierachy) 140Mb/s (có cấu hình 2+1), ngoài ra còn có tuyến cáp quang dọc
đường Trường Sơn.
 Cuối năm 2004, mạng NGN (Next Generation Network) đã được đưa vào
khai thác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng và
nhanh chóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định và
di động với Internet băng rộng.

1.2.3Truyền dẫn nội tỉnh
 Các tuyến vi ba số PDH.
 Các tuyến cáp quang nội tỉnh.
 Mạng truy nhập thuê bao sử dụng cáp đồng.
1.3 Sự phát triển của lưu lượng
Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy. Có thể
chứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ những năm
Quốc Tế
Quốc gia
Nội tỉnh
Gateway
Quốc Tế
TOLL quốc
gia
TOLL quốc
gia
Gateway
Quốc Tế
Host Host
Hình 1.1: Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam hiện tại
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

3
1990. Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế đã làm
cho tốc độ tăng lên rất cao ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng 1000%. Xu hướng
online và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiều thời gian và sử dụng những ứng
dụng đòi hỏi băng thông lớn. Việc nghiên cứu thị trường cho thấy, sau khi nâng cấp
lên băng rộng người dùng đã online nhiều hơn 35% so với trước. Lưu lượng thoại
cũng tăng nhưng tốc độ chậm hơn 8% mỗi năm. Theo như hầu hết các nhà phân tích
thì lưu lượng dữ liệu đã vượt trội lưu lương thoại. Nhiều dịch vụ và ứng dụng sẽ trỡ
thành hiện thực khi mà băng thông mỗi người dùng được tăng lên. Cả DSL( Digital
Subscriber Line) và cáp modem đều không thể theo kịp nhu cầu. Cả hai công nghệ
này đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàng đầu hiện nay nhưng
không tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu. Trong mạng cáp Modem, chỉ một vài kênh
RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băng thông dành cho video tương
tự. Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ dữ liệu ở khoảng cách yêu
cầu do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu. Hầu hết các nhà hoạt động mạng đều nhận
thức rõ rằng sự cần thiết của một giải pháp tập trung dữ liệu, các dịch vụ truyền
thống như thoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy đủ các dịch vụ sẽ ra đời.
1.4 Xu hướng phát triển hiện nay
Trong những năm gần đây, mạng đường trục ( mạng xương sống:backbone)
đã có một sự phát triển vượt bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự phát
triển kinh khủng của lưu lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của
dung lượng mạng truy cập. Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập
và mạng đường trục. Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL
và mạng cáp Modem. Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-
up 56Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như
video, tró chơi tương tác hay hội nghị truyền hình. Một công nghệ mới đã được đưa
ra, có chi phí đầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng cấp, có khả năng hội tụ các
dịch vụ thoại dữ liệu và video đến người dùng trên một mạng đơn. Đó là EPON
(Ethernet Passive Optical Network), là giải pháp truy nhập quang sử dụng mạng

Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

4
quang thụ động (PON: Passive Optical Network) kết hợp với giao thức Ethernet
(EPON). Giải pháp này mang ưu diểm của cả hai công nghệ PON với băng rộng và
Ethernet được thiết kế phù hợp tải mang lưu lượng IP (Internet Protocol). Đây là
một công nghệ truy nhập được kỳ vọng trong những năm tới và cũng được xem như
là một trong những công nghệ động lực để tiến đến mạng toàn quang.
1.5 Mạng truy nhập thế hệ sau









Sợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại, dữ
liệu và video với khoảng cách trên 20Km trong mạng truy nhập. Phương thức vật
lý để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập nội hạt là sử dụng mô hình điểm
điểm (PtP: Point to Point), với sợi quang chạy từ CO (Central Office) đến mỗi đầu
cuối thuê bao (hình 1.2a). Kiến trúc này đơn giản tuy nhiên chi phí khá cao. Chúng
ta xét N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L Km thì mô hình PtP
yêu cầu 2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợi quang.
(a) Point to
Point
Network
(b) Curb-
Switched

Network
(c) Passive
optical
network
Hình 1.2: Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

5
Để giảm chiều dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ
xa, làm giảm chiều dài sợi quang chỉ còn L km (khoảng cách giữa chuyển mạch và
người dùng không đáng kể) nhưng sẽ làm tăng số lượng bộ thu phát lên 2N+2 (hình
1.2b). Ngoài ra, kiến trúc mạng chuyển mạch cụm thuê bao (Curb-Switched) yêu
cầu năng lượng điện cũng như năng lượng sao lưu tại Curb-switch.
Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các nhà cung cấp tổng đài nội
hạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội hạt. Cho nên, thật hợp
lý khi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang thụ động rẽ tiền (hình
1.2c).
PON là một kỷ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các bộ
thu phát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít. PON là mạng quang điểm đa
điểm( PtMP: Point to MultiPoint) với các phần tử không kích hoạt trong đường dẫn
tín hiệu từ nguồn đến đích. Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là
các linh kiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang. Một mạng
truy nhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi
quang
1.6 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động
toàn cầu
Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008

Triệu USD 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Tổng (FTTB+FTTH) 221,4 363,4 547,7 754,7 979,9 1161,5

Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

6

Bảng 1.2 So sánh giữa các giải pháp truy nhập

Từ hai bảng trên, triển vọng của EPON được minh chứng qua dự báo thị
trường sản phẩm mạng PON và phẩm chất kỹ thuật so với các giải pháp truy nhập
khác. Tốc độ phát triển trung bình 39,3% trong giai đoạn 2003-2008 cho thấy một
tương lai đầy hứa hẹn với thị trường PON trong bối cảnh suy thoái của thị trường
viễn thông trong thời gian qua. Đây được xem là một trong những thị trường hấp
dẫn nhất đối với các nhà đầu tư trong giai đoạn tới.
Đánh giá Công
nghệ
Tốc độ
cực đại
(Mbit/s)
Khoảng
cách
cực đại
(m)
Tốc độ
Khoảng
cách
Chia
sẽ môi
trường
Chi
phí
Công

lao
động
Độ tin
cậy
Cáp
đồng

DSL 1.5 3200 Thấp T/bình Không T/bình T/bình T/bình
Đồng
trục
10 3200 T/bình T/bình Có Cao T/bình T/bình
CAT-
5(6)
100 300 Cao Gần Không T/bình T/bình T/bình
Sợi
quang

Đa
mode
>10 10000 Cao T/bình Không T/bình Cao Cao
Đơn
mode
>10 100000 Cao Xa Không T/bình Cao Cao
PON 100 10000 Cao T/bình Có T/bình T/bình Cao
Vô
tuyến

Satellite <1 N/A Thấp T/bình Có Cao Thấp T/bình
WiFi <11 100 T/bình Tb/Gần Có Cao Thấp Cao
802.11a 50 20 Cao Gần Có Cao Thấp T/bình

Blue
Tooth
10 3 T/bình Gần Có Cao Thấp T/bình
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

7
1.7 Kết luận chương
Như đã trình bày ở trên, mạng đường trục là mạng với tốc độ dữ liệu cao lên
đến hàng Gb/s và được áp dụng công nghệ chuyển mạch gói (mạng chuyển mạch
thế hệ sau NGN) với sự hội tụ của thoại, dữ liệu và video tốc độ cao trong khi đó
mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển tương xứng. Gần đây, với công
nghệ DSL đã giảm bớt phần nào vấn đề “nút cổ chai” tuy nhiên vẫn chưa giải quyết
triệt để vấn đề này. Như vậy, sự nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu vào
lúc này. Tuy nhiên, kỹ thuật nào được lựa chọn ? Theo như xu hướng trên thế giới
và những ưu điểm mà nó đem lại, EPON đã chứng tỏ là giải pháp hữu hiệu nhất cho
mạng truy nhập hiện nay. EPON là sự kết hợp giữa mạng quang thụ động PON và
công nghệ Ethernet. Sự kết hợp này sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo.











Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

8
CHƯƠNG2
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

2.1Giới thiệu chương
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. Trong chương này
sẽ nói về PON là như thế nào, hoạt động ra sao, cấu trúc của nó cũng như phương
thức được sử dụng để truyền dữ liệu WDM và TDM PON. Từ đó đưa ra ưu và
nhược của từng phương thức.
2.2 Tổng quang về công nghệ PON
Mạng quang thụ động PON (hình 2.1) sử dụng phần tử chia quang thụ động
trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền quang (OLT) và thiết bị
kết cuối mạng quang (ONU). Hoạt động của mạng PON được điều khiển bởi giao
thức truy nhập theo địa chỉ MAC (lớp 2)








Hình 2.1: Mô hình mạng quang thụ động
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

9
Hình 2.2: Cấu hình cơ bản các loại Coupler
a)
c)

b)
I
1
I
1
I
2
I
1
I
2
O2
O3
O2
O2
O3
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn
gọi là mạng quang 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 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.
2.2.1 Bộ tách / ghép quang
Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu
quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là
Coupler quang. Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỷ số
tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là
hằng số.

Hình 2.2a có chức năng tách tia cào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler
Y.Hình 2.2b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

10
a) Coupler 4 ngăn 8x8 b) Coupler 3 ngăn 8x8
Hình 2.3: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler
tại đầu ra. Hình 2.2c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler
phân hướng 2x2. Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi là
Coupler hình sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2.




Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:
 Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với
năng lượng đầu vào (db). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 2.3
minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn
(hình a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình (b) đưa ra mô
hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mô hình này mỗi đầu
ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào.
 Insertion loss(tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của
quá trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.

 Directivity (định hướng): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng
đầu vào đến các cổng đầu vào khác. Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số
định hướng trong khoảng 40-50dB.
Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một
Combiner (bộ kết hợp). Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối
xứng cao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). Các Coupler loại này được sử dụng để
tách một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng. Các thiết bị như
thế này được gọi là “tap coupler”.

Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

11
2.2.2 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).
 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...
 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.
2.2.3 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.

Mô hình cây ( sử dụng splitter 1:N)(a)
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

12
Mô hình vòng (c)
Mô hình cây với ređunant trunk (d)
Hình 2.4: Các mô hình mạng PON















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
Mô hình bus sử dụng tapcoupler(b)
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

13
trục (có thể là mạng IP, ATM hay SONET). ONU ở tại đầu cuối người sử 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...
2.2.4 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 được
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 vậy trong hướng lên, PON sẽ
sử dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ
công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế.
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 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. Mặc khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU
khác trong mạng PON. Việc sử dụng Laser điều khiển được có thể khắc phục được
vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghệ hiện tại. Với những khó khăn như vậy thì
WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

14
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 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.
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 và bảo
quảng, 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=1310nm, hướng xuống
2=1550nm. Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa
các ONU.



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 2.5: Mạng PON sử dụng một sợi
quang
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

15
2.3 Kết luận chương
Nội dung trên đã trình bày cho ta biết tổng quan về mạng truy nhập quang
thụ động PON. Và cũng cho ta thấy cấu trúc cơ bản của nó. Chương tiếp theo sẽ
trình bày một công nghệ được sử dụng trong mạng PON, nhằm khai thác khả năng
tốt nhất của mạng truy nhập quang thụ động. Đó là công nghệ Ethernet và được gọi
là mạng truy nhập quang thụ động Ethernet – EPON.