Mạng truy nhập quang thụ động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO ĐẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

------ ------

Đề tài: Tìm hiểu mạng truy nhập quang thụ động

HÀ NỘI
Tháng 07 năm 2016


LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................................. 3
Chương 1...................................................................................................................................................... 4
1.1.

Tổng quan về công nghệ PON..................................................................................................... 4

1.2.

Đặc điểm của mạng PON ............................................................................................................ 5

1.3.

Các thành phần cơ bản của mạng PON ..................................................................................... 5

1.3.1.

Sợi quang và cáp quang ........................................................................................................ 5

1.3.2.

Bộ tách ghép quang............................................................................................................... 7

1.3.3.

Đầu cuối đường quang OLT – Optical Line Terminal.......................................................... 9

1.3.4.

Đơn vị quang ONU - Optical Network Unit ....................................................................... 10

1.3.5.

ODN .................................................................................................................................... 12

1.3.6.

Bộ chia – Splitter................................................................................................................. 12

1.4.

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

1.4.1.

TDM PON ........................................................................................................................... 13

1.4.2.

WDM PON ......................................................................................................................... 15

1.5.

So sánh mạng PON với công nghệ mạng quang chủ động AON ............................................ 17

Chương 2.................................................................................................................................................... 20
2.1.

Nhu cầu của mạng quang thụ động Ethernet .......................................................................... 20

2.1.1.

So sánh mạng GPON và EPON .......................................................................................... 20

2.2.

Tiêu chuẩn của mạng quang thụ động Ethernet ...................................................................... 23

2.3.

Mạng truy nhập quang thụ động EPON ................................................................................... 23

2.3.1.

Nguyên lý hoạt động của mạng quang thụ động EPON ..................................................... 23

2.3.2.

Ứng dụng của mạng quang thụ động Ethernet – PON ....................................................... 25

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 2


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng
thông tin quang trong mạng truy nhập là điều thiết yếu nhằm đáp ứng các nhu cầu gia
tăng của người dùng viễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày
càng phong phú, đặc biệt là giúp giải quyết vấn đề then chốt giữa mạng đường trục và
mạng truy nhập hiện nay.
Để giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp và
người sử dụng dịch vụ, công nghệ mạng quang thụ động PON đã được đưa vào hoạt
động. Công nghệ này đã mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ và giải quyết
hàng loạt các vấn đề truy nhập băng rộng tới người sử dụng đầu cuối, hỗ trợ kết nối
khách hàng… So với mạng truy nập cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu như không
giới hạn băng thông. Bởi vậy, việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục
đích phát triển trong tương lai.
Nhận thấy được những ưu điểm vượt trội của mạng quang thụ động, nhóm nghiên
cứu đã lựa chọn đề tài này để tìm hiểu và nghiên cứu, nhằm hiểu sâu hơn và tìm ra được
các công nghệ, giải pháp để có thể giúp ứng dụng vào thực tế.
Qua đây, nhóm nghiên cứu muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Ths. Chu
Công Cẩn đã gợi ý và giúp đỡ nhóm tìm được đề tài. Do khuôn khổ thời gian nghiên cứu
có hạn, cũng như kiến thưc còn nhiều nhiều non kém nên những sai sót là không thể tránh
khỏi. Vì vậy, nhóm nghiên cứu rất mong nhận được những đóng góp và ý kiến chân
thành từ Quý thầy cô, cùng toàn thể các bạn để đề tài của nhó được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 19 tháng 3 năm 2014
Nhóm sinh viên thực hiện.

Lớp kỹ thuật viễn thông K52

Page 3


Chương 1
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON
1.1.

Tổng quan về công nghệ PON
PON (Passive Optical Network) là mạng quang thụ động, mạng công nghệ giúp

tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp và người sử dụng.
Công nghệ PON được biết đến đầu tiên đó là TPON – Telephony PON. Trong công nghệ
PON, tất cả các thành phần chủ động giữa tổng đài CO – Contral 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 lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên
đường truyền . Vì vậy người ta gọi đây là công nghệ quang thụ động.
Dưới đây là mô hình mạng quang thụ động:

Hình 1.1. Mô hình mạng quang thụ động
Chú thích các thuật ngữ trong hình:
-

Passive Slitter: Bộ chia quang thụ động

-

Feeder Fiber: Cáp Feeder

-

Central Office: Vă phòng trung tâm

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 4


-

Distribution fiber: Phân phối quang

-

Management system: Hệ thống quản lý

-

Passive splitter: Bộ chia quang thụ động

Mạng sử dụng phần tử thu quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa
thiết bị đường truyền quang OLT - Otical Line Terminal và thiết bị kết nối mạng quang
OUN – Optical Network Unit.
Các phần tử của PON đều nằm trong mạng phana bố quang hay còn gọi là mạng
phân bố 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 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 mạng quang thụ
động PON.

1.2.

Đặc điểm của mạng PON
Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng

nhà thuê bao sử dụng bộ chia có thể lên tới 1:128.
PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet. PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu và
hình ảnh với tốc độ cao và khả năng cung cấp băng thông rộng.
Trong hệ thống PON, băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng, điều này sẽ
làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng. Cũng như khả năng tận dụng công nghệ
WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băng thông động để giảm
thiểu số lượng cáp quang cần thiết kể kết nối giữa OLT và bộ chia.
PON được thực hiện truyền dẫn hai chiều trên hai sợi quang hay hai chiều trên
cùng một sợi quang. PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, bus, hình sao hay vòng ring.
1.3.

Các thành phần cơ bản của mạng PON

1.3.1. Sợi quang và cáp quang
Sợi quang là một trong những thành phần quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống
thông tin quang nào. Sợi quang không đáp ứng được những yêu cầu về tốc độ, độ rộng
băng tần và cự ly truyền dẫn mà nó còn có khả năng cung cấp một chất lượng truyền tín
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 5


hiệu tuyệt hảo, với tính bảo mật cao. Hai thông số quan trọng của sợi quang là suy hao và
tán sắc,tuy nhiên sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ quang tâm đến suy hao
không quang tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20km và tán sắc là
không đáng kể. Hiện này người ta chủ yếu sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652.

Nếu như cáp đồng sử dụng điện để truyền tín hiệu thì cáp quang lại sử dụng ánh
sáng để truyền tín hiệu đi. Chính vì sự khác biệt đó mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao
và có khả năng truyền đi xa. Tuy vậy đến này thì cáp quang mới được phát triển mạnh,
nhất là trong lĩnh vực kết nối giữa các lục địa và giữ các quốc gia. Với những tín năng ưu
việt đó cáp quang đang dẫn thay thế mạng cáp đồng phục vụ trực tiếp đến người sử dụng.
Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic được tin
chế nhằm truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng. Cáp quang gồm các sợi quang được kết
lại theo hình xoắc ốc để hạn chế tối đa tán xạ. Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm
phản chiếu tốt các tín hiệu.
Dưới đây là hình vẽ cáp quang:

Hình 1.2. Cấu trúc của cáp quang
Từ hình 1.2 ta thấy được các thành phần của cáp quang bao gồm:
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 6


- Lõi: trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua.
- Cladding: vật chất quang bên ngoài bao bọc mà phản xạ ánh sáng trở lại vào
lõi.
- Buffer Coating: lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi quang không bị hỏng và ẩm
ướt.
- Jacket: hàng trăm hay hàng nghìn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp
quang. Những bó này được bảo vệ bởi phủ bên ngoài của cáp gọi là jacket.
Cáp quang có độ suy hao thấp, truyền tín hiệu đi xa hàng ngàn km, dung lượng tải
của các cao và sự dụng ít nguồn điện, không cháy. Tuy nhiên, cáp quang và các thiết bị đi
kèm lại rất đắt tiền so với các loại cáp đồng.
1.3.2. 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 gồm hai sợi quang nối với nhau. Tỷ số tách của bộ tách
có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối vì vậy nó là hằng số.

Hình 1.3. Cấu trúc cơ bản của các loại coupler
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 7


-

Hình 2.2a: Có chức năng tách 1 tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler
Y.

-

Hình 2.2b: Là Coupler ghép tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín
hiệu 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 hai cổng ra
gọi là Coupler hình sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Coupler 2x2.

Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:
-

Tổn hao tách: Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với đầu năng lượng
đầu vào. Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3db.

-

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 1 dB.

-

Định hướng: 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 40db - 50db.

Thông thường, các Coupler chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một bộ kết hợp. Các
Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín hiệu. Các thiết bị như thế
này được gọi là “Tap Coupler”.

Hình 1.4. Coupler 8x8 tạo từ nhiều coupler
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 8


1.3.3. Đầu cuối đường quang OLT – Optical Line Terminal
OLT cung cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy nhập quang thụ động PON và
mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, video và dữ liệu. OLT được
đặt bện trong tổng đài hoặc tại một trạm từ xa, OLT kết nối đến mạng lõi của nhả cung
cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS. Sơ đồ khối chức năng OLT được mô tả
như hình dưới đây:

Hình 1.5. Các khối chức năng trong OLT
a)

Phần lõi OLT bao gồm các chức năng như sau:

-

Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi với
phần mạng phối quang ODN.

-

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các kết nối VP giữa chức năng cổng
dịch vụ SPF và giao diện ODN. Các VP khác được gán vào các dịch vụ khác. Các
thông tin như báo hiệu, OAM được trao đổi nhờ các VC trong VP.

-

Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nối OLT với
một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động. Nó điều khiển quá trình
chuyển đổi E/O và O/E. Để thực hiện các chức năng trên thì OLT sẽ có các chức
năng giao diện ODN giống như phần mạng phối quang ODN.

b)

Phần dịch vụ OLT

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 9


Phần dịch vụ OLT thì có chức năng cổng dịch vụ. Các cổng dịch vụ sẽ truyền
ít nhất tốc độ ISDN và có thêm cấu hình một số hoặc hỗ trợ đồng thời hai hay nhiều dịch

vụ khác nhau như game online, truyền dữ liệu hay truyền hình HDTV. Bất kỳ khối TU
nào cũng đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2Mps phụ thuộc vào cách cấu hình
trên mỗi port.
Chức năng cổng dịch vụ đóng vai trò giao tiếp với node dịch vụ. Nó thực hiện
chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH đường lên, tách tế bào ATM ở tải trọng đường
xuống. Chức năng này phải được dự phòng do đó chuyển mạch bảo về là cần thiết.
c)

Phần chung OLT
Phần chung OLT bao gồm các chức năng cấp nguồn, chức năng hoạt động quản lý

và bảo dưỡng OAM. Chức năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong
muốn. Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động quản lý và
bảo dưỡng cho tất cả các khối OLT. Ở điều kiện nội bộ một giao diện có thể được cung
cấp cho mục đích chạy thử.
1.3.4. Đơn vị quang ONU - Optical Network Unit
ONU đặt tại phía khách hàng, OUN cung cấp các phương tiện cần thiết để phân
phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT.
Một ONU được chia làm 3 làm phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.
1.3.4.1. Phần lõi
ONU gồm giao diện ODN, cổng người dùng, chức năng ghép kênh và phân
kênh truyền dẫn, dịch vụ và khách hàng, cấp nguồn.
a)

Giao diện OND
Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang điện. Giao diện ODN lấy

các tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống và chèn các tế bào ATM vào tải trọng
đường lên trên cơ sở trên cơ sở đồng bộ từ sự định thời khung đường xuống.

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 10


Hình 1.6. Các khối chức năng trong ONU
b)

Ghép kênh
Chỉ các tế bào ATM có hiệu lực mới có thể đi qua bộ phận ghép kênh do đó nhiều

VP có thể chia sẻ băng thông đường lên một các hiệu quả.
Phần lõi ONU bao gồm:

1.3.4.2.

-

Chức năng khách hàng và dịch vụ

-

Chức năng ghép kênh truyền dẫn

-

Chức năng giao diện ODN

Phần dịch vụ ONU

Phần này cung cấp các chức năng cổng của người dùng. Chức năng cổng cảu

người dùng cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộ thích nghi của
chúng là 64kbps hay n x 64 kbps. Ngoài ra nó còn cung cấp các chức năng chuyển đổi tín
hiệu tùy thuộc vào giao diện vật lý.
Chức năng cổng người dùng UPF tương thích với các yêu cầu UNI riêng biệt.
OAM có thể cung cấp một số các truy cập và các UNI khác nhau. Các UNI này yêu cầu
các chức năng riêng biệt phụ thuộc vào các giao diện đặc tả có liên quan. Tách các tế bào
ATM đường xuống và chèn các tế bào ATM đường lên.
1.3.4.3.

Phần chung ONU
Phần chung ONU bào gồm các chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động,

quản lý và bảo dưỡng OAM. Chức năng cấp nguồn cấp nguồn cho ONU, ví dụ như
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 11


chuyển đổi xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại. Nhiều ONU có thế chia sẻ nguồn.
ONU có thể hoạt động bằng nguồn dự phòng. Chức năng OAM cung cấp các phương tiện
để điểu khiển các chức năng hoạt đông quản lý, bảo dưỡng cho tất cả các khối ONU.
1.3.5. ODN
ODN cung cấp các phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật lý giữa OLT và
ONU. ODN bao gồm các thành phần quang thụ động: cáp và sợi quang đơn mode ,
connector quang , thiết bị rẽ nhánh quang thụ động, bộ suy hao quang thụ động và mối
hàn.
Giao diện quang
ODN cung cấp đường quang giữa OLT và ONU. Mỗi đường quang được định
nghĩa là khoảng ở giữa các điểm tham chiếu tại một cửa sổ bước sóng nhất định.

Hình 1.7. Các giao diện quang

Oru, Ord giao diện quang tại điểm tham chiếu S/R giữa ONU và ODN cho đường
lên và đường xuống tương ứng.
Olu, Old giao diện quang tại điểm tham chiếu S/R giữa ODN và OLT cho đường
lên và đường xuống tương ứng.
1.3.6. Bộ chia – Splitter
Thành phần được nhắc chủ yếu trong mạng PON là bộ chia. Nó là một thiết bị thụ
động, làm nhiệm vụ chia công suất từ một sợi quang ra nhiều sợi quang khác nhau. Từ
OLT đến ONU có thể sử dụng các bộ chia khác nhau như 1:2, 1:4,1:8,1:16, 1:32, 1:64,
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 12


1:128. Hầu hết trong hệ thống PON sử dụng bộ chia 1:16 và 1:32. Tỉ lệ chia càng cao
cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do suy hao của bộ chia
1:N tính theo công thức 10 x log N dB nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng gấp đôi thì suy hao sẽ
tăng lên 3dB.
Bảng 1: liệt kê suy hao của các bộ splitter tương ứng

1.4.

WDM PON và TDM PON

1.4.1. TDM PON
TDM PON là mạng quang thụ động là phương thức sử dụng đa ghép kênh phân
chia theo thời gian. Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ gây ra hiện
tượng xung đột khi đến bộ kết hợp. Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải được
truyền trong cửa sổ hay còn gọi là khe thời gian truyền của nó. Một thuận lợi lớn của
TDM PON là tất cả các ONU có thể hoạt động ở cùng một bước sóng. OLT cũng chỉ cần
bộ thu đơn. Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí băng thông có
thể dùng của ONU thấp hơn. Tuy nhiên đặc tính này cũng cho phép TDM PON đạt hiệu

quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cách thay đổi kích cỡ khe thời
gian được ấn định hay thậm chí sử dụng phép ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng
thông được dùng của mạng PON.
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 13


Trong mạng truy nhập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống không
phải là Peer to Peer. Vì vậy điều này dường như là hợp lý để tách kênh lên và kênh
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 sợi
quang, giảm chi phí sửa chữa và bảo quản thì một sợi quang có thể được sử dụng cho
truyền theo hai hướng. Trong trường hợp này hai bước sóng được sử dụng là: hướng lên
λ1=1310nm, hướng xuống λ2=1550nm. Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân
phối linh động giữa các ONU.

Hình 1.8. Mạng PON sử dụng một sợi quang
Với các thuật ngữ:
-

ONU: Optical Network Unit-Đơn vị mạng quang

-

Data transmitsion: Dữ liệu vào

-

Data receiver: Dữ liệu ra

-

WDM: Ghép kênh phân chia theo bước sóng

Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp ưu tiên hiện nay cho việc chia
sẻ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn ở hướng lên
và bộ thu phát đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế hơn về chi phí đầu tư.
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 14


1.4.2. WDM PON
WDM PON là mang quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phân chia
theo bước sóng thay vì theo thời gian như TDM PON. OLT sử dụng một bước sóng riêng
rẽ để thông tin với ONU theo dạng điểm điểm. Mỗi một ONU có một bộ lọc quang để lựa
chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng có bộ lọc cho mỗi ONU. Đã có nhiều
phương thức khác được nghiên cứu để tạo ra bước sóng ONU như là:
Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước sóng ONU, dùng
các laser điều chỉnh được và cắt phổ tín hiệu.
Các phương thức thụ động mà theo đó OLT cung cấp tín hiệu mang tới các ONU.
Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước sóng đầu ra của laser ONU.
Cấu trúc của WDM PON được mô tả như trong hình 2. Trong đó WDM PON có
thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng dụng cho đường
dây thuê bao tốc độ cao VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa. Các bộ thu WDM
PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn sóng. Một bộ lọc quang mảng ống dẫn
sóng có thể đặt trong nhà hoặc ngoài trời.
Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc một mảng bộ thu ở
OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn để khó khăn cho các nhà khai thác
mạng là kiểm kê tầng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có một loại ONU thì có nhiều loại
ONU khác nhau dựa trên các bước sóng laser của nó. Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser hẹp

và độ rộng phổ được cho là rất đắt tiền. Mặt khác nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra
nhiễu cho các ONU khác của 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 WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.
Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu theo
các cấu trúc khác nhau như DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet, tùy theo yêu cầu về
băng thông của khách hàng. Tuy nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON là chi phí khá
lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau. WDMLớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 15


PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông
truyền tin.

Hình 1.9. Cấu trúc của WDM PON
Với các thuật ngữ:
-

CO :Center office: Văn phòng trung tâm

-

FTTH: Fiber to the home-Cáp quang thuê bao

-

FTTB: Fiber to the building- Cáp quang tới tòa nhà

-

FTTC: Fiber to the curt- cáp quang tới khu dân cư

-

VDSL switch: Thiết bị định tuyến đường dây thuê bao số tốc độ rất cao.

-

Wireless Access point : Điểm truy cập mạng không dây
Các công nghệ PON được liệt kê dưới bảng sau:

Tiêu chuẩn

Khung

APON
FSAN
ITU-T
G.983
ATM

BPON
FSAN
ITU-T
G.983
ATM,
Ethernet
phân
bổ
vodee

EPON
EFM IEEE
802.3h
Ethernet

GPON
FSAN
ITU-T
G.984
GPON kiểu
đóng gói

WDM PON
Chưa có

Không phụ
thuộc

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 16


1.5.

Tốc độ
xuống
Tốc độ lên

622-1244M

1.244G

1-10G

2.488G

1-10G đơn
kênh
1/10G đơn
kênh

155-622M

622M

1-10G

2,488G

Số thuê
bao/nhánh
Băng
tần/thuê
bao
Dịch vụ
video
Giá thành

16

32

16

64

20M

20M

60M

40M

1-10G

RF

RF

RF/IP

RF/IP

RF/IP

Thấp

Thấp

Thấp nhất

Trung bình

Cao

Bảng 2: Các công nghệ PON
So sánh mạng PON với công nghệ mạng quang chủ động AON
AON (Active Optical Network - mạng cáp quang chủ động) là kiến trúc mạng

điểm - điểm (point to point), thông thường mỗi thuê bao có một đường cáp quang riêng
chạy từ thiết bị trung tâm (Access Node) đến thuê bao (FTTH – Fiber to the Home).
AON có nhiều ưu điểm như: tầm kéo dây xa (lên đến 70km mà không cần bộ lặp
(repeater)), tính bảo mật cao (do việc can thiệp nghe lén (eavesdropping) trên đường
truyền gần như là không thể), dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao khi cần, dễ xác định
lỗi… Tuy nhiên, công nghệ AON cũng có khuyết điểm là chi phí cao do: việc vận hành
các thiết bị trên đường truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang
riêng, cần nhiều không gian chứa cáp …
PON (Passive Optical Network) là kiến trúc mạng điểm - nhiều điểm (point to
multipoint). Để giảm chi phí trên mỗi thuê bao, đường truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung
tâm OLT (Optical Line Termination) qua một thiết bị chia tín hiệu (Splitter) và từ thiết bị
này mới kéo đến nhiều người dùng (có thể chia từ 32 – 64 thuê bao). Splitter không cần
nguồn cung cấp, có thể đặt bất kỳ đâu nên nếu triển khai cho nhiều thuê bao thì chi phí
giảm đáng kể so với AON. Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống cũng tiết kiệm điện
hơn và không gian chứa cáp cũng ít hơn so với AON.
Tuy nhiên PON cũng có nhiều khuyết điểm như khó nâng cấp băng thông khi thuê
bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm sẽ ảnh hưởng đến những thuê bao khác
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 17

trong trường hợp đã dùng hết băng thông), khó xác định lỗi hơn do 1 sợi quang chung
cho nhiều người dùng, tính bảo mật cũng không cao bằng AON (có thể bị nghe lén nếu
không mã hóa dữ liệu)….
Tùy vào nhu cầu băng thông thuê bao, PON cũng có thể sử dụng kết hợp với cáp
đồng để triển khai mạng ADSL2+, VDSL2 …
Dưới đây là bảng so sánh hai công nghệ trên
Bảng so sánh hai công nghệ
AON
Băng thông trên mỗi 100Mbps – 1Gbps.
thuê bao

Tăng băng thông tạm
thời cho thuê bao
(cần sao lưu dự phòng
máy chủ, chẳng hạn)

PON
2,5 Gbps/1,25Gbps nếu
không dùng splitter, triển
khai theo mô hình điểm điểm, tuy nhiên thường
chia thành 1:32 (78Mbps)
hay 1:64 (39Mbps).

Đơn giản

Phức tạp

Số thuê bao bị ảnh

hưởng khi có lỗi

Ít

Nhiều

Thời gian xác định lỗi

Nhanh

Chậm hơn

Khả năng bị nghe lén

Rất thấp

Cao

Cao do tùy mô hình
khách hàng có thể được
kết nối theo dual-homing
(có 2 đường truyền khác
nhau), vòng tròn (ring)
hay 2 kết nối.
Cao do mỗi thuê bao là
một sợi quang riêng.

Thấp, không có phương
án 2 kết nối trên một
PON.

Độ tin cậy của đường
cáp đến thuê bao

Chi phí triển khai

Chi phí vận hành

Thấp vì sợi quang từ
OLT sẽ được chia sẻ cho
nhiều thuê bao qua bộ
chia thụ động (passive
splitter).
Cao các thiết bị như
Thấp do OLT kích thước
Access Node cần cấp
nhỏ và passive splitter
nguồn và kích thước cũng không cần nguồn. Phục

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 18


Chi phí nâng cấp

lớn, yêu cầu không gian.
Không gian cho cáp cũng
cần nhiều.
Thấp, do đặc tính điểm
đến điểm nên việc nâng

cấp băng thông đơn giản,
chẳng hạn chỉ cần thay
thiết bị đầu cuối (CPE).

vụ khoảng 8000 thuê bao
chỉ cần không gian của
một tủ rack.
Cao do một toàn bộ thuê
bao trong một dây PON
(từ OLT qua splitter đến
người dùng) phải được
nâng cấp.

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 19


Chương 2
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG
ETHERNET – EPON
2.1.

Nhu cầu của mạng quang thụ động Ethernet

2.1.1. So sánh mạng GPON và EPON
a)

Băng thông sử dụng
Băng thông thay đổi giữa hai giao thức: GPON có tốc độ chiều xuống là 1,25Gbps

và băng thông chiều lên dao động từ 155Mbps đến 2,5Gbps. EPON phân phối băng thông
đối xứng 1Gbps. Dịch vụ Gigabit Ethernet của EPON thiết lập 1Gbps của băng thông cho
dữ liệu và 250Mbps của băng thông cho mã hóa. Dịch vụ 1,25Gbps của GPON xác định
băng thông sử dụng là 1,25Gbps, không yêu cầu cho mã hóa.
Giao diện Gigabit Ethernet cho chuyển mạch tổng hợp, tổng đài trung tâm và
mạng metro hiện là cách thức tối ưu cho cổng truyền tốc độ 1Gbit. Không có bộ chuyển
mạch tối ưu nào có khả năng truyền 1,25Gbit giá tiền băng thông mà GPON thêm có thể
mua thiết bị EPON. Mặt khác,đường lên giá thấp giá thấp cho dự đoán tương lai là
Gigabit Ethernet ,tốc độ bit chính xác của EPON. Ở điểm này băng thông của GPON
thêm vào chứng tỏ không thể chứng tỏ có lợi cho nhà cung cấp.
b)

Phạm vi
Với một giao thức, hạn chế thực tế xuất phát từ số lượng liên kết quang.Với phạm

vi của cả hai giao thức hiện tại xác định ở khoảng xấp xỉ 20km, sự khác nhau ở tốc độ
tách –số ONU được hỗ trợ bởi một OLT là một điểm khác biệt.
GPON sẽ hỗ trợ lên tới 128 ONU. Với tiêu chuẩn EPON không hạn chế số
ONU.Phụ thuộc vào độ lớn của diode laser, khi sử dụng cáp quang giá thấp,EPON có thể
phân chia 32 ONU trên một OLT hoặc 62 với sửa lổi chuyển tiếp.
c)

Giá thành trên một thuê bao
Sử dụng EPON cho phép nhà cung cấp loại trừ thiết bị ATM và SONET mắc tiền,

phức tạp và để đơn giản mạng, giá thành thấp hơn cho thuê bao. Giá thiết bị EPON xấp
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 20

xỉ 1/10 giá thiết bị GPON và thiết bị EPON nhanh chóng trở thành giá cạnh tranh với
VDSL.
d)

Hiệu quả mỗi tiêu chuẩn
Trong EPON, truyền dữ liệu xảy ra ở gói có chiều dài thay đổi lên tới 1518 byte

cùng với giao thức IEEE802.3 cho Ethernet.Trong ATM PON gồm cả GPON, truyền dữ
liệu xảy ra ở cell 53byte có chiều dài cố định với 48 byte dữ liệu và 5 byte mào đầu như
giao thức ATM xác định.
Đối với mạng GPON mang lưu lượng IP, các gói bị chia thành những đoạn 48
byte với 5 byte header cho mỗi đoạn. Quá trình này tiêu tốn nhiều thời gian, phức tạp và
thêm chi phí cho OLT tổng đài trung tâm cũng như ONU đưa vào khách hàng.
Ngược lại, để sử dụng gói có chiều dài thay đổi Ethernet mang lưu lượng IP và có
thể giảm đáng kể màu đầu liên quan tới ATM. Một nhà nghiên cứu cho rằng khi phân
phối kích thước gói 3 chế độ ,mào đầu đóng gói Ethernet la 7,42% trong khi đó mào đầu
đóng gói ATM là 13,22 %. Thêm vào đó khi khung Ethernet chứa tỷ lệ dữ liệu cho mào
đầu cao hơn GPON, sự áp dụng cao có thể đưa ra khi sử dụng cáp quang giá thấp. Cáp
quang độ chính xác cao bắt buộc là một phần tiêu chuẩn GPON.
Quản lý hệ thống

e)

EPON yêu cầu hệ thống quản lý đơn, trái với ba hệ thống quản lý cho ba giao thức
lớp hai ở GPON, nghĩa là những kết quả EPON trong tổng chi phí thấp hơn quyền sở
hữu. EPON cũng không yêu cầu sự chuyển đổi đa điểm.
GPON không hỗ trợ dịch vụ multicast, đưa ra hỗ trợ cho video IP hơn là chi phối
băng thông.
f)

Hỗ trợ everlayCATV
Cả hai giao thức hỗ trợ overlay truyền hình cáp CATV, đưa ra yêu cầu cho dịch vụ

video chiều xuống tốc độ cao. Bước sóng EPON là 1490 nm chiều xuống và 1310 nm
chiều lên, bỏ lại bước sóng 1550nm cho overlay CATV giống bước sóng cho BPON và
GPON.
g)

Mã hóa

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 21


Với GPON, mã hóa là một phần của tiêu chuẩn ITU.Tuy nhiên mã hóa GPON chỉ
có ở chiều xuống.EPON sử dụng cơ cấu dựa vào tiêu chuẩn mã hóa mở rộng AES được
hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp.Hơn nữa ,mã hóa EPON có cả chiều xuống và lên.
h)

Bảo vệ mạng
Cả hai giao thức cung cấp chức năng bảo vệ sóng mang cụ thể và nhà khách hàng

cụ thể. Điều này bao gồm hỗ trợ chức năng vận hành, quản trị và bảo dưỡng sóng mang
cụ thể và nhà khách hàng cụ thể.

Kết luận
EPON là sự kết hợp giữa mạng truy nhập quang thụ động PON và công nghệ
Ethernet nên nó mang ưu điểm của cả hai công nghệ 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 nhập quang thụ động nào. Tốc độ lưu lượng hướng
xuống là 1 Gbps và lưu lượng lên từ 64 ONU có thể vượt quá 800Mbps. Với
khả năng cung cấp băng thông 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.

 Chi phí đầu tư thấp hơn: hệ thống EPON đang khắc phục giữa chi phí và hiệu
suất bằng sợi quang và các linh kiện Ethernet. Việc giảm chi phí đạt được nhờ
kiến trúc đơn giản hiệu quả hoạt động cao và chi phí bảo dưỡng thấp.
 Nhiều thuận lợi hơn: EPON có thể hỗ trợ đồng thời các dịch vụ dữ liệu, thoại
và video, cho phép nhà cung cấp nâng cao chất lượng băng rộng và linh hoạt.
Ngoài ra, nó cũng cung cấp các dịch vụ truyền thống như POST, T1...hỗ trợ các
dịch vụ trên nền ATM, TDM, SONET.

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 22

2.2.

Tiêu chuẩn của mạng quang thụ động Ethernet
Để phát triển Ethernet cho mạng thuê bao nội hạt, thì tập trung vào 4 tiêu chuẩn

chính sau:
-

Ethernet qua cáp đồng.

-

Ethernet qua cáp quang điểm – điểm.

-

Ethernet qua cáp quang điểm – đa điểm và nó được xem như mạng EPON.

-

Vận hành quản lý và bảo dưỡng OAM.

Tầm quan trọng của EFM ở cáp quang và cáp đồng đều đánh giá cho công nghệ
first mile và chúng hợp với nhau bằng hệ thống OAM chung, đặc biệt là có tầm nhìn tốt
do nó cho phép nhân viên vận hành mạng nội bộ lựa chọn Ethernet để sử dụng nền phần
cứng và quản lý chung. Ở mỗi tiêu chuẩn này, đặc điểm lớp vật lý mới được bàn luận và
thông qua để đưa ra những yêu cầu cho nhà cung cấp dịch vụ trong khi vẫn lưu giữ tính
toàn vẹn của Ethernet.
Đặc điểm kỹ thuật thỏa mãn 5 chỉ tiêu sau:

-

Tiềm năng thị trường rộng.

-

Tính khả thi kỹ thuật.

-

Tính khả thi kinh tế.

-

Tương thích với cấu trúc 802 bao gồm việc bắc cầu và cơ sở dữ liệu thông

tin quản lý MIB-Management Information Base.
-

Nhận dạng riêng biệt, ví dụ như sự khác biệt từ những tiêu chuẩn IEEE 802

khác.
2.3.

Mạng truy nhập quang thụ động EPON
EPON là mạng dựa trên mạng PON mà nó mang lưu lượng giữ liệu được đóng gói

vào khung Ethernet. Nó sửu dụng chuẩn mã đường chuyền 8b/10b (8bit người dùng được
mã hóa như 10 bit đường truyền ) và hoạt động ở tốc độ chuẩn của Ethernet.
2.3.1. Nguyên lý hoạt động của mạng quang thụ động EPON

Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hình cơ bản cho một mạng Ethernet. Một cấu
hình trong đó có trạm sử dụng chung môi trường chuyền dẫn với giao thức đa truy nhập
Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 23


sóng mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD) và cấu hình còn lại, các trạm 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.
Ở hướng xuống, EPON hoạt động như một mạng quảng bá. Khung Ethernet được
truyền bởi OLT qua bộ chia quang thụ động đến từng ONU ( với N trong khoảng từ 4 đến
64 ). ONU sẽ lọc bỏ các gói tin không phải là của nó nhờ vào địa chỉ MAC ( Media
Access Control ) trước khi truyền các gói tin còn lại đến người dùng.

Hình 2.1. Lưu lượng hướng xuống trong EPON
Ở hướng lên, vì đặc tính định hướng của bộ kết hợp quang thụ động, khung dữ
liệu từ bất kỳ ONU nào chỉ đến OLT và không đến các ONU khác. Trong trường hợp đó,
ở hướng lên: đặc tính của EPON giống như kiến trúc điểm- điểm. Tuy nhiên, không
giống như mạng điểm - điểm thật sự, các khung dữ liệu trong EPON từ các ONU khác
nhau được truyền đồng thời vẫn có thể bị xung đột. Vì vậy, ở hướng lên (từ người dùng
đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ dung
lượng kênh quang hợp lý. Ở đây, luồng dữ liệu hướng lên được phân bố theo thời gian.

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 24


Hình 2.2. Lưu lượng xuống của EPON
Nếu không có khung nào trong bộ đệm để điền vào khe thời gian thì 10 bit đặc

tính rỗng sẽ được truyền. Sự sắp xếp định vị khe thời gian hợp lý có thể định vị tĩnh
(TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức thời trong từng ONU (thực hiện thống
kê ). Có nhiều mô hình định vị như là định vị dựa vào quyền ưu tiên của dữ liệu, dựa vào
chất lượng dịch vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết ( SLAs : Service Level
Agreements).
2.3.2. Ứng dụng của mạng quang thụ động Ethernet – PON
Với các ưu điểm vượt trội PON nói chung và EPON nói riêng được ứng dụng
trong thông tin viễn thông, các kết nối các thiết bị đầu cuối qua mạng các quang. ứng
dụng trong chỉ dẫn trong thông tin đo lường thông tin quang, ứng dụng trong điều khiển
từ xa dùng cảm biến cáp quang và mạng truyền hình cáp quang với thời gian thực.Công
nghệ EPON được dùng làm mạng truy nhập cho mạng quang FTTx. Hiện nay con người
có thể sử dụng FTTx để thực hiện các dịch vụ mạng riêng ảo, truyền hình tương tác
IPTV, hội nghị truyền hình,xem phim theo yêu cầu,game online,hosting server riêng.

Lớp kỹ thuật viễn thông K52
Page 25