Khảo Sát Mạng truy cập Gpon

Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 1

Phần 0:
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THÔNG TIN QUANG
NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Đề tài:
KHẢO SÁT MẠNG TRUY CẬP GPON
DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYTEM
GVHD : TS. ĐỖ ĐÌNH THUẤN
SVTH : NGUYỄN TẤN NGUYÊN – MSSV: 11141146
LÊ ANH PÔN- MSSV: 11141166
HOÀNG VĂN CƯƠNG- MSSV: 11141371
TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2014
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 2
MỤC LỤC
1. Giới thiệu công nghệ GPON
GPON định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984. GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983
bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài
thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. Thêm nữa, chuẩn cho phép lựa chọn tốc độ bit của
đường lên và đường xuống. Phương thức đóng gói GPON - GEM cho phép đóng gói lưu
lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS
cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao
hơn, tăng cường bảo mật và chọn giao thức lớp 2 (ATM, GEM, Ethernet). Điều đó cho
phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng
như cho phép khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị.
Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT và thiết bị kết

cuối mạng ONU hay ONT được nối với nhau qua mạng phân phối quang ODN. Quan hệ
giữa OLT và ONU là quan hệ một - nhiều, một OLT sẽ kết nối với nhiều ONU.
2. Kiến trúc mạng GPON
Cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, bộ chia quang Splitter và các sợi
quang. Sợi quang được kết nối với các OLT đi tới bộ chia quang Splitter, tại bộ chia
quang chia ra các sợi khác và các sợi phân nhánh này được kết nối với ONU.
Hệ thống GPON bao gồm các thành phần sau đây:
 OLT: Thiết bị kết nối cáp quang tích cực lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ,
thường được đặt tại các trạm đài.
 ONT: Thiết bị kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho
trường hợp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH).
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 3
 ONU: Thiết bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho
trường hợp kết nối quang tới các tòa nhà, tới các vỉa hè hoặc các node (FTTB,
FTTC, FTTN).
 Bộ chia/ ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép tín hiệu quang từ nhà
cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý.
Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang
(AP). Bộ chia/ghép quang có hai loại, một đặt tại nhà trạm viễn thông, sử dụng các tủ
kiểu indoor, loại kia sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra khi cần thiết và đặt tại
các điểm măng xông.
 FDC: Tủ phối quang.
 FDB: Hộp phân phối quang loại nhỏ.
2.1 Kết cuối đường quang OLT
Kết cuối đường quang OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các
giao diện được chuẩn hoá. 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 chính được mô tả trong hình 2.5.

Hình 2.1: Các khối chức năng trong 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
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 4
các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác. OLT cung cấp chức
năng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM hoặc
Dual).
 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.
2.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT
Hầu hết các khối chức năng của ONU/ONT tương tự như các khối chức năng của OLT.
Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chế
độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo có thể được bỏ qua. Thay vào đó là chức năng ghép
và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng. Cấu hình tiêu biểu của ONU
được thể hiện trong hình 2.6. Sơ đồ các khối chức năng ONU. Mỗi PON TC sẽ lựa chọn
một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai.
Hình 2.2: Các khối chức năng của ONU
2.3 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.
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 5
Hình 2.3: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao
 Bộ tách/ghép quang: Mạng GPON 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.
Các bộ tách/ghép được đặc trưng bằng 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.
Suy hao xen: Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông
thường khoảng 0.1dB đến 1dB.
Suyên âm: Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị rò 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 40 đến 50 dB.
 Mạng cáp quang thuê bao: Được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi
quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT. 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 CO) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 6
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 phối quang (Distribution Optical Cable): Xuất phát từ điểm phối quang (DP)
tới các điểm truy nhập mạng AP (Access Point) hay từ các tủ phối quang 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.
3. Các tiêu chuẩn kỹ thuật
3.1 Tốc độ bit
Tốc độ truyền dẫn:
1244,16 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên.

1244,16 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên.
1244,16 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên.
2488,32 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên.
2488,32 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên.
2488,32 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên.
2488,32 Mbps đường xuống / 2488,32 Mbps đường lên.
Các thông số kỹ thuật khác:
Bước sóng: 1480 - 1500nm đường xuống và 1260 - 1360nm đường lên.
Đa truy nhập đường 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).
Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: Tối đa 1:128
Giá trị BER lớn nhất: 10
-12
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 7
Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc +2
đến +7dBm (20km ODN).
Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10km và 20km ODN).
Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-T Rec. G.652.
Suy hao tối đa giữa các ONU:15dB.
Cự ly cáp tối đa: 20Km với DFB laser luồng lên, 10Km với Fabry-Perot.
3.2 Khoảng cách
Khoảng cách logic: Là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ khoảng
vật lý. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km.
Khoảng cách vật lý: Là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT. Trong
mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10 km và 20 km.
3.3 Tỉ lệ chia

Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi
hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là
tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển
tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng.
4. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON
4.1 Kỹ thuật truy nhập
Hình 4.1: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây
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 truyền dẫn
thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 8
trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức
chuyển giao đang sử dụng. Hình 2.8 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON
hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi số 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.
Mạng 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 cần một bộ thu, điều này sẽ dễ 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 của
lưu lượng đường lên để tránh xung đột số 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 tín hiệu ghép. Phía đầu xa không thể nhận dạng được
chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt 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.
4.2 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 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 tăng được quỹ công suất trong mạng. Việc sử
dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tăng 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
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 9
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.
5. Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON
Lớp hội tụ truyền dẫn
(Transmission convergence)
Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn
(TC adaption sub- layer)
Phân lớp đóng khung GTC
(GTC framing sub- layer)
Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý (Physical Media Dependence)
Hình 5.1: Cấu trúc phân lớp mạng GPON.
5.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD.
Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý quản lý các thông tin về tốc độ, phương tiện vật lý và

phương thức truyền cũng như mã hóa đường dây và bước sóng hoạt động.
 Tốc độ tín hiệu: Tốc độ đường truyền là các tốc độ bội số của 8 kHz. Hệ thống
được chuẩn hóa sẽ có các tốc độ (đường xuống/đường lên) như sau:
1244,16 Mbps / 155,52 Mbps.
1244,16 Mbps / 622,08 Mbps.
1244,16 Mbps / 1244,16 Mbps.
2488,32 Mbps / 155,52 Mbps.
2488,32 Mbps / 622,08 Mbps.
2488,32 Mbps / 1244,16 Mbps.
2488,32 Mbps / 2488,32 Mbps.
Các thông số này tương đương với với các thông số trong mạng quang để đạt được tỉ lệ
lỗi bit BER ≥ 10
-10
trong trường hợp điều kiện suy hao và tán sắc đường truyền lớn nhất
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 10
do ảnh hưởng bởi môi trường và yếu tố thời gian.
 Phương tiện vật lý và phương thức truyền.
Tín hiệu được truyền ở cả đường lên và đường xuống bằng phương tiện truyền dẫn. Việc
truyền dẫn song hướng được thực hiện bằng cách ghép kênh theo bước sóng WDM để
truyền trên một sợi quang hoặc truyền đơn hướng trên hai sợi quang.
 Tốc độ bit.
Tốc độ đường xuống: Tốc độ bit tín hiệu từ OLT tới ONU là 1244,16 Mbps hoặc 2488.32
Mbps. Khi OLT và đầu xa đang hoạt động ở tốc độ danh định (đường lên/ đường xuống)
của nó thì tốc độ này được theo dõi bởi một đồng hồ lớp 1 với độ chính xác 1 × 10
11
. Khi
đầu xa hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng
hồ lớp 3 với độ chính xác 4.6 × 10
6

. Khi OLT hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín
hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 3.2 × 10
5
.
Tốc độ đường lên: Tốc độ bit tín hiệu từ ONU tới OLT là 155,52 Mbps, 622,08 Mbps,
1244,16 Mbps hoặc 2488,32 Mbps. Khi đang ở trạng thái hoạt động và được cấp quyền,
ONU sẽ phát tín hiệu với độ chính xác bằng độ chính xác của tín hiệu thu được ở đường
xuống. ONU sẽ không phát tín hiệu khi không đang ở trạng thái hoạt động hoặc không
được cấp quyền.
 Mã hóa đường dây.
Mã hóa đường lên và đường xuống sử dụng mã NRZ. Phương thức ngẫu nhiên hóa
không được định nghĩa trong lớp phụ thuộc vật lý. Quy định sử dụng mức logic quang là:
Phát mức cao cho bit 1, phát mức thấp cho bit 0.
 Bước sóng hoạt động.
Đường xuống: Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng
một sợi quang là 1480-1500 nm. Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong
hệ thống sử dụng hai sợi quang là 1260nm - 1360 nm.
Đường lên: Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260nm -1360 nm.
5.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC
Lớp GTC bao gồm hai phân lớp: Phân lớp đóng khung GTC và phân lớp tương tích hội
tụ truyền dẫn. Trong Hình 2.10, phần ATM, GEM, OAM và PLOAM trong phân lớp
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 11
đóng khung GTC được phân biệt theo vị trí trong một khung tín hiệu GTC. Chỉ có phần
OAM mang thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng được kết cuối tại phân lớp đóng
khung GTC để lấy các thông tin điều khiển cho phân lớp này vì thông tin trong phần
OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC. Thông tin vận hành, quản lý và bảo
dưỡng lớp vật lý PLOAM được xử lý tại khối PLOAM trong phân lớp này. Các gói tin
dịch vụ SDU trong phần ATM và GEM được chuyển thành từ gói tin giao thức PDU của
phần ATM và GEM tại mỗi phân lớp thích ứng hội tụ tương ứng. Ngoài ra các PDU còn

bao gồm dữ liệu kênh OMCI, được xem xét ở phân lớp hội tụ này và được trao đổi với
thực thể giao diện điều khiển và quản lý ONU.
Khối điều khiển cấp phát băng tần động (DBA control) là khối chức năng chung, có trách
nhiệm cấp phát băng tần động cho toàn bộ các ONU.
Hình 5.2: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC
Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU không cần thiết phải có cả 2 chế độ hỗ trợ giao thức
ATM hay GEM. Việc nhận dạng chế độ nào đang được yêu cầu ngay khi cài đặt hệ
thống. ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thông qua bản tin
Serial_Number. Nếu OLT có thể giao tiếp với một trong số các chế độ mà ONU đưa ra
thì nó sẽ tiến hành thiết lập kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI) và thiết
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 12
bị ONU sẽ xuất hiện trong mạng. Nếu OLT không hỗ trợ chế độ hoạt động mà ONU đưa
ra thì ONU sẽ được xếp vào hàng đợi nhưng sẽ được thông báo không tương thích với hệ
thống đang hoạt động.
OAM và PLOAM: quản lý các chức năng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD và các lớp
GTC.
OMCI: cung cấp hệ thống quản lý đồng bộ các lớp cao hơn (lớp dịch vụ)
Kênh PLOAM bao gồm các thông tin được dành riêng chỗ trong khung GTC. Kênh này
được dùng cho tất cả các thông tin quản lý GTC và PMD khác không được gửi qua kênh
OAM.
Kênh OMCI được dùng để quản lý các lớp dịch vụ nằm trên lớp GTC. GTC cung cấp 2
lựa chọn về giao diện truyền tải cho lưu lượng quản lý này là ATM và GEM. Chức năng
GTC cung cấp phương tiện để cấu hình các kênh tùy chọn này sao cho đáp ứng được khả
năng của thiết bị bao gồm nhận dạng luồng giao thức truyền tải (VPI/VCI hoặc Port-ID).
5.3 Cấu trúc khung GTC
 Cấu trúc khung đường xuống.
Hình 5.3: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC.
Khung có chiều dài 125s cho cả tốc độ dữ liệu 1244,16 Mbps và 2488,32 Mbps do đó
khung dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1244,16 Mbps và dài 38880 byte trong hệ

thống tốc độ. Chiều dài của PCB đường xuống là như nhau cho cả hai tốc độ và phụ
thuộc vào số lượng cấu trúc cấp phát đối với mỗi khung.
 Cấu trúc khung đường lên.
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 13
Hình 5.4: Cấu trúc khung đường lên GTC
Độ dài khung bằng độ dài của khung đường xuống đối với các loại tốc độ. Mỗi khung
bao gồm các truyền dẫn cho một hoặc nhiều ONU. Bwmap (ánh xạ băng tần) thực hiện
sắp xếp các truyền dẫn này. Trong quá trình cấp phát băng tần theo sự điều khiển của
OLT, ONU có thể phát từ 1 tới 4 loại tiêu đề PON và dữ liệu người dùng. Các loại tiêu đề
đó như sau:
Tiêu đề lớp vật lý đường lên (PLOu).
Quản lý vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý đường lên (PLOAMu).
Chuỗi định mức công suất đường lên (PLSu).
Báo cáo băng tần động đường lên (DBRu).
Tiêu đề khung đường lên GTC chỉ ra chi tiết nội dung của các tiêu đề này.
6. Bảo mật trong GPON
Trong hệ thống PON thì đường xuống, dữ liệu được truyền broadcast đến tất cả ONU.
Mỗi ONU chỉ có thể truy nhập dữ liệu của mình, nhưng nếu người dùng nào có ý định
phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để truy nhập dữ liệu, hệ thống bảo mật
PON sẽ ngăn chặn việc này. Giống như các mạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật mã
để ngăn ngừa việc lấy trộm các tín hiệu không mong muốn. Không giống như truy nhập
wireless hay modem, trong mạng PON, bất kì ONU nào cũng không thể thấy được lưu
lượng đường lên của ONU khác.
Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần mật mã ở đường
truyền xuống của dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu đường lên có thể truyền khóa mật mã.
Mạng GPON là loại mạng điểm – đa điểm nên dữ liệu đường xuống có thể được đưa đến
tất cả các ONU (tùy thuộc vào bộ Splitter: Là loại Splitter chia công suất hay là loại chia
bước sóng). Công nghệ GPON sử dụng chuẩn mật mã tiên tiến AES. Đó là một khối mật
mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte (128 bit). Đặc biệt chế độ đếm được sử

dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16 byte được phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 14
tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT. Ở ONU, dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuỗi giả
ngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48
byte được mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao
đổi khóa bằng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu
trách nhiệm tạo ra khóa và phát ngược trở về OLT.
7. Khảo sát mạng truy cập GPON một người dùng và nhiều người dùng trên phần
mềm optisystem
7.1 Giới phần mềm thiệu OptiSystem:
7.1.1 Giới thiệu chung
Cùng với sự bùng nổ về nhu cầu thông tin, các hệ thống thông tin quang ngày càng trở
nên phức tạp. Để phân tích, thiết kế các hệ thống này bắt buộc phải sử dụng các công cụ
mô phỏng như OptiSystem, optisystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang.
Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại
tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong
thực tế. Bên cạnh đó, phần mềm này cũng có thể dễ dàng mở rộng do người sử dụng có
thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào. Phần mềm có giao diện thân thiện, khả năng
hiển thị trực quan.
Hình 7.1: Giao diện của OptiSystem.
7.4.1 Các ứng dụng của phần mềm OptiSystem:
Phần mềm OptiSystem cho phép thiết kế tự động hầu hết các loại tuyến thông tin quang ở
lớp vật lý, từ hệ thống đường trục cho đến các mạng LAN, MAN quang.
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 15
Các ứng dụng cụ thể bao gồm:
Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống ở lớp vật lý.
Thiết kế mạng TDM/WDM và CATV.
Thiết kế mạng FTTx dựa trên mạng quang thụ động (PON).

Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber).
Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang.
Thiết kế sơ đồ tán sắc.
Đánh giá BER và penalty của hệ thông với các mô hình bộ thu khác nhau.
Tính toán BER và quỹ công suất tuyến của các hệ thống có sử dụng khuếch đại
quang.
7.4.2 Các đặc điểm chính của phần mềm OptiSystem
Thư viện các phần tử:
Optisystem có một thư viện các phần tử phong phú với hàng trăm phần tử được mô hình
hóa để có đáp ứng giống như các thiết bị trong thực tế. Cụ thể bao gồm:
Thư viện nguồn quang.
Thư viện các bộ thu quang.
Thư viện sợi quang.
Thư viện các bộ khuếch đại (quang, điện).
Thư viện các bộ MUX, DEMUX.
Thư viên các bộ lọc (quang, điện).
Thư viện các phần tử FSO.
Thư viện các phần tử truy nhập.
Thư viện các phần tử thụ động (quang, điện).
Thư viện các phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện).
Thư viện các phần tử mạng quang.
Thư viện các thiết bị đo quang, đo điện.
Ngoài các phần tử đã được định nghĩa sẵn, OptiSystem còn có:
Các phần tử Measured components. Với các phần tử này, Optisystem cho phép
nhập các tham số được đo từ các thiết bị thực của các nhà cung cấp khác nhau.
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 16
Các phần tử do người sử dụng tự định nghĩa (User-defined Components).
7.5 Khai báo thông số toàn cục cho cả hệ thống single user và multiple user:
Tốc độ bit (Bit rate): 2500 Mbps

Chiều dài chuỗi bit (Sequence length): 256 bit
Số lượng mẫu trên mỗi bit (Number of samples per bit): 32
Cửa sổ thời gian (Time windown) = chiều dài chuỗi bit
∗
số mẫu trên một bit
=
2500000000
1
256∗
=
7
10024.1
−
∗
(s)
Số lượng mẫu (Number of samples) = chiều dài chuỗi bít
∗
số mẫu trên một bit
=
32256 ∗
=
8912
(mẫu)
Tốc độ lấy mẫu (Samples rate) = Số lượng mẫu / cửa sổ thời gian
=
7
10024.1
8912
−
∗

=
08000000000
(Hz)
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 17
Hình 7.2: thiết lập thông số.
7.6 Mạng truy cập một người dùng:
Các bước thực hiện mô phỏng mạng truy cập một người dùng:
Bước 1: xây dựng phương án thiết kế hệ thống thông tin quang đơn kênh với mô hình
như hình dưới:
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 18
Hình 7.3 : sơ đồ mạch mô phỏng
Bước 2: sử dụng phần mềm optisystem xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống. Các thông
số toàn cục:
- tốc độ bit: 2.5 Gbit/s
- chiều dài chuỗi: 256 bits
- số mẫu trong 1 bit: 32
Bước 3: đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng.
- thiết bị đo công suất quang.
- Thiết bị phân tích phổ.
- Thiết bị phân tích trên miền thời gian.
- Thiết bị đo BER.
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 19
Bước 4: chạy mô phỏng
Trường hợp 1: bước sóng 1490 nm và chọn chiều dài sợi quang 50km và sự suy hao là
0.7 db/km.
Hình 7.4: phổ trước và sau khi qua sợi quang.
Phần 0:

Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 20
Hình 7.5: công suất đầu vào và đầu ra sau khi qua sợi quang.
Hình 7.6: đồ thị BER của thiết bị đo BER.
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 21
Hình 7.7: biểu đồ mắt.
Kết quả:
Bảng 1: kết quả chạy mô phỏng
Q FACTOR 7.0109
MIN BER 1.1831e-012
OPTICAL POWER Trước khi phát 6.818 dbm
Sau khi phát -28.382 dbm
Nhận xét: hình 7.7 biểu thị một hệ số Q cao và đồ thị sắc nét tổn hao thấp, hình 7.6 biểu
thị một BER nhỏ. Công suất của sợi quang bị suy giảm ở thiết bị cuối từ 6.818 dbm
xuống -28.382 dbm.
Trường hợp 2: bước sóng 1699.983 nm với chiều dài của sợi quang là 50km và sự suy
hao là 0.6 db/km.
Tương tự như bước thiết lập thông số ở trường hợp 1 ta có kết quả như sau:
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 22
Hình 7.8: biểu đồ mắt.
Bảng 2: kết quả chạy mô phỏng
Q FACTOR 22.3321
MIN BER 8.98147e-111
OPTICAL POWER Trước khi phát 6.818 dbm
Sau khi phát -23.382 dbm
Nhận xét: hệ số Q trong trường hợp này lớn, điều đó cho thấy bước sóng càng lớn thì Q
càng lớn. Công suất quang bị suy giảm ở thiết bị cuối từ 6.818 dbm xuống -23.382 dbm.
7.7 Mạng truy cập nhiều người dùng:
Bước 1: kết nối sơ đồ mạng như hình sau:

Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 23
Hình 7.9 : sơ đồ mạch mô phỏng
các thành phần chính là:
 Thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất OLT. Đó chính là bộ ghép kênh phân chia
theo bước sóng. Ở đây các dữ liệu đã được điều chế lên các bước sóng thuộc cửa
sổ quang 1490 nm. Sau khi điều chế các tín hiệu sẽ được đưa vào bộ ghép kênh
theo bước sóng WDM.
 Thiết bị Circulator dùng để tách một bước sóng ra để phân tích tín hiệu trên
đường truyền quang.
 Sử dụng sợi quang đơn mode có chiều dài là 20 km tính từ phía OLT đến ONU.
 Splitter quang: Về bản chất, splitter quang là một bộ chia công suất. Có nhiều
loại splitter quang, có loại thì công suất ở các ngõ đầu ra bằng nhau nhưng
cũng có loại thì công suất đầu ra theo các tỉ lệ 1:2, 1:3… Hơn thế nữa, nó cũng là
bộ chia băng thông. Giả sử, tốc độ đường xuống là 2,5 Gbps, hệ số chia của
splitter là 1:4 thì băng thông tối đa dành cho các user đường xuống sẽ là 2,5: 4=
0.625 Gbps.
 ONU là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng. Nó có chức năng là biến đổi tín
hiệu quang thành tín hiệu điện. Số lượng ONU là 4. Cấu trúc bên trong của ONU
được cụ thể như hình 3.6. Ta có thể thấy trong sơ đồ, ONU sẽ gồm 2 phần thu và
phát.
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 24
Hình 7.10: Cấu trúc khối ONU
Phần thu gồm có một bộ tách quang, một bộ lọc Bessel. Tín hiệu khi đến đầu vào
của ONU tín hiệu quang được chuyển sang tín hiệu điện nhờ Photodiode, bộ lọc
Besel thu lại tín hiệu có tần số thấp rồi qua bộ khôi phục tín hiệu và cuối cùng
đưa vào bộ phân tích tỉ lệ lỗi bit BER.
Phần phát gồm một bộ phát quang có các tham số đã được thiết lập như hình
vẽ. Tín hiệu quang được truyền qua các bộ Dynamic Select và đi theo đường lên.

Bước 2: thiết lập thông số như phần single user
Bước 3: đưa các thiết bị đo vào mô hình mô phỏng.
- thiết bị đo công suất quang.
- Thiết bị phân tích phổ.
- Thiết bị phân tích trên miền thời gian.
- Thiết bị đo BER.
Bước 4: chạy mô phỏng
- Trường hợp 1: bước sóng 1700 nm và chọn chiều dài sợi quang 50km và sự suy hao
là 0.2 db/km.
Kết quả:
Phần 0:
Khảo sát mạng truy cập GPON dựa trên phần mềm optisystem trang 25
Hình 7.11 : công suất đầu vào và đầu ra sau khi qua sợi quang.
Hình 7.12: biểu đồ mắt .
Bảng 2: kết quả chạy mô phỏng
Q FACTOR 19.3969
MIN BER 4.09436e-084
OPTICAL POWER Trước khi phát -3.218 dbm
Sau khi phát -13.218 dbm
- Trường hợp 2: bước sóng 1500 nm và chọn chiều dài sợi quang 20km và sự suy hao
là 0.2 db/km.
Kết quả:
Hình 7.13: công suất đầu vào và đầu ra sau khi qua sợi quang.
Phần 0: