Triển khai và đo kiểm mạng PON tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn–Viễn Thông Bắc Ninh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------

NGUYỄN ANH VŨ

TRIỂN KHAI VÀ ĐO KIỂM MẠNG PON TẠI
TRUNG TÂM VIỄN THÔNG TỪ SƠN
VIỄN THÔNG BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2016


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------

NGUYỄN ANH VŨ

TRIỂN KHAI VÀ ĐO KIỂM MẠNG PON TẠI
TRUNG TÂM VIỄN THÔNG TỪ SƠN
VIỄN THÔNG BẮC NINH
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 60.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐỨC NHÂN

HÀ NỘI - 2016


3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Vũ


4

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn đề tài “Triển
khai và đo kiểm mạng PON tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn–Viễn Thông
Bắc Ninh” tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tận tìnhcủa quý các thầy cô,
các anh chị và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Đức Nhân đã trực tiếp hướng dẫn,
giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình
học tập và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng được cảm ơn các vị lãnh đạo và tập thể cán bộ công nhân viên
Trung tâm Viễn Thông Từ Sơn, Viễn thông Bắc Ninh, Trung tâm Tin học VNPT
Lâm Đồng, Trung tâm tin học VNPT Hà Nội đã cung cấp thông tin, tài liệu và hỗ
trợ giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn.

Và để có được những kiến thức như ngày hôm nay, cho phép em gửi lời cảm
ơn sâu sắc đến quý thầy cô Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông trong thời
gian qua đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu.
Xin trân trọng cảm ơn!


5

MỤC LỤC


6

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
A
AON

Active Optical Network

APON

ATM Passive Optical Network

ATM

Asynchronous Tranfer Mode

Mạng cáp quang chủ động
Mạng quang thụ động dùng
ATM

Chế độ truyền tải không đồng
bộ

B
BDRu

Dynamic Bandwidth Report Uplink

Báo cáo băng thông động
hướng lên

C
CO
CRC

Central Office
Cyclic Redundancy Check

Tổng đài Trung tâm
Kiểm tra lỗi khung
E

EPON

Ethernet Passive Optical Network

Mạng quang thụ động dùng
Ethernet

F

FEC
FTTB
FTTC
FTTH

Forward Error Correction
Fibre to the Building
Fibre to the Cabinet/Curb
Fibre to the Home

Sửa lỗi hướng tới trước
Mạng quang đến tòa nhà
Mạng quang đến tủ cáp
Mạng quang đến hộ gia đình

GEM

G
GPON Encapsulation Method
Gigabit - Capable Passive Optical

Giao thức đóng gói GPON

GPON
GTC
IP
MAN E

Network
GPON Transmission Convergence

I
Internet Protocol
M
Metropolitan Area Network –
Ethernet

Mạng quang thụ động Gigabit
Khung truyền dẫn hội tụ GPON
Giao thức Internet
Mạng đô thị băng rộng công
nghệ Ethernet

N
NG-PON

Next Generation PON

Mạng PONthees hệ kế tiếp

ODN
OLT
ONT

O
Optical Distribution Network
Optical Line Terminal
Optical Network Terminal

Hệ thống phân phối quang
Thiết bị kết cuối đường quang

Thiết bị kết cuối mạng quang


7

ONU

Optical Network Unit

PCBd

P
Physical control block downstream

PLOAM

Physical layer OAM

PLOu
PLSu
PON
T-CONT
TDM
TDM PON
TDMA
TWDM

Physical layer overhead upstream
Power leveling sequence upstream
Passive Optical Network

T
Transmission Container
Time Division Multiplexing
Time Division Multiplexing PON
Time Division Multiplexing Access
Time Wave Division Multiplexing

PON

PON

Khối điều khiển vật lý
Quản lý vận hành bảo dưỡng
lớp vật lý
Mào đầu lớp vật lý
Điều chỉnh công suất
Mạng quang thụ động
Khung truyền dẫn GPON
Ghép kênh theo thời gian
PON ghép kênh theo thời gian
Đa truy nhập theo thời gian
PON ghép kênh theo thời gian
và bước sóng

WDM

V
Virtual Local Area Network
W
Wavelength Division Multiplexing

PON

PON

VLAN

Thiết bị mạng quang

Mạng lan ảo
Hệ thống PON ghép kênh theo
bước sóng

DANH MỤC BẢNG BIỂU


8

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ


9

MỞ ĐẦU
Ngày nay, mạng internet đã và đang ngày càng trở thành một phần không thể
thiếu trong cuộc sống hiện đại. Với những nhu cầu sử dụng các dịch vụ của mạng
internet ngày càng lớn và đa dạng, đòi hỏi công nghệ internet cũng ngày càng phát
triển, tốc độ cần phải nâng cao để đáp ứng điều đó.
Cuối năm 2014 Viễn thông Bắc ninh là một trong những tỉnh được tập đoàn
bưu chính Viễn thông (VNPT) cho đầu tư hệ thống cáp quang truy nhập sử dụng

công nghệ GPON, dần dần thay thế cho mạng internet công nghệ xDSL và mạng
FTTx AON.
Viễn thông Bắc ninh giao cho các đơn vị trực thuộc lập kế hoạch đến hết
năm 2016 sẽ đầu tư cơ bản hệ thống mạng truy nhập quang GPON trên địa bàn toàn
Tỉnh, đáp ứng nhu cầu phát triển mạng truy nhập băng rộng cho hầu hết các khu
vực trên toàn địa bàn.
Từ các vấn đề trên, em lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Triển khai và đo kiểm
mạng PON tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn–Viễn Thông Bắc Ninh”nhằm đáp
ứng một số yêu cầu đã được nêu trên.
Đề tài này nghiên cứu triển khai đầu tư hệ thống mạng cáp quang dựa trên
công nghệ GPON với quy mô trên toàn bộ địa bàn Thị xã Từ Sơn Tỉnh Bắc ninh
giai đoạn đến 2016 nhằm đảm bảo có một hệ thống mạng truy nhập quang tốt nhất,
các vấn đề đo kiểm trong quá trình triển khai cũng cần phải được xem xét. Bên cạnh
đó, sự phát triển về nhu cầu sử dụng mạng giai đoạn sau 2016 cũng cần được ước
tính và xem xét các giải pháp công nghệ PON đáp ứng được các yêu cầu đặt ra
trong giai đoạn này trên địa bàn thị xã Từ Sơn do đơn vị Trung tâm Viễn thông Từ
Sơn quản lý.
Luận văn “Triển khai và đo kiểm mạng PON tại trung tâm Viễn thông Từ
Sơn – Viễn thông Bắc Ninh” gồm 3 chương:
Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động PON – Trình bày tổng quan về
mạng truy nhập PON và các hệ thống PON đang được triển khai.


10

Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON và thế hệ kế tiếp – Trình
bày tổng quan về mạng truy nhập PON công nghệ GPON và công nghệ NG PON.
Chương 3: Triển khai và đo kiểm chất lượng dịch vụ PON tại Trung tâm
Viễn thông Từ Sơn – Trình bày về quá trình triển khai mạng PON tại Trung tâm
Viễn thông Từ Sơn và kết quả đo kiểm chất lượng thực tế để đánh giá chất lượng

dịch vụ tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn. Nghiên cứu triển khai nâng cấp mạng
GPON giai đoạn sau 2016.


11

CHƯƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON
Chương này tìm hiểu chung về mạng truy nhập cáp quang thụ động PON,
trong đó có đề cập đến các loại mạng truy nhập, các công nghệ chủ yếu trong mạng
PON và các thế hệ của mạng PON.

1.1. Khái niệm mạng truy nhập
“Mạng truy nhập ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối tới thuê
bao, bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được lắp đặt giữa trạm chuyển mạch
nội hạt với các thiết bị đầu cuối của thuê bao”[4, Tr 2].

1.1.1. Mạng truy nhập hữu tuyến cáp đồng
Là mạng truy nhập hữu tuyến với môi trường truyền dẫn từ tổng đài đến thuê
bao là đôi dây đồng hoặc cáp đồng trục.
Ưu điểm của mạng hữu tuyến là dễ triển khai, giá thành các thiết bị đầu cuối,
thiết bị xử lý tín hiệu thấp. Tuy nhiên nhược điểm khoảng cách ngắn do suy hao
lớn, tốc độ truy nhập tối đa là 100 Mbp/s khi sử dụng công nghệ VDSL2+, hơn nữa
giá thành cáp đồng cao.

1.1.2. Mạng truy nhập cáp quang
Là mạng truy nhập hữu tuyến với môi trường truyền dẫn từ tổng đài đến thuê
bao là sợi cáp quang.
Ưu điểm của mạng cáp quang là dễ triển khai, tốc độ cao có thể đạt được đến
hàng Gigabit thậm chí hàng trăm Gigabit tùy thuộc vào công nghệ sử dụng, khoảng
cách truyền dẫn lớn đến hàng chục kilômét, giá thành cáp quang rẻ. Tuy nhiên

nhược điểm công nghệ xử lý phức tạp, thiết bị tổng đài và thiết bị đầu cuối giá
thành cao.

1.1.3. Mạng truy nhập vô tuyến
Là mạng truy nhập không dây với môi trường truyền dẫn là không khí.


12

Ưu điểm của mạng vô tuyến là không cần dây đấu nối giữa các thiết bị, tuy
nhiên nhược điểm là dễ bị vật cản che chắn và chịu sự tác động của môi trường
xung quanh.

1.2. Mạng truy nhập cáp quang PON
1.2.1. Khái niệm mạng truy nhập quang PON
PON, viết tắt của tên tiếng Anh - Passive Optical Network, nghĩa là "mạng
quang thụ động", là một hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nối
Điểm - Đa điểm (P2M), các sợi quang làm cơ sở tạo kiến trúc mạng. Mỗi khách
hàng được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia quang thụ động và không
cần nguồn cấp, vì vậy không có các thiết bị điện chủ động trong mạng phân chia và
băng thông được chia sẻ từ nhánh (feeder) đến người dùng (drop), cho phép một sợi
quang đơn phục vụ nhiều nhánh cơ sở, thường là từ 16-128. PON bao gồm một thiết
bị đầu cuối dây quang (OLT - Optical Line Terminal) tại tổng đài trung tâm của nhà
cung cấp dịch vụ và các thiết bị mạng quang (ONUs -Optical Network Units) nơi
gần người dùng cuối. Công nghệ PON làm giảm yêu cầu số lượng dây dẫn và thiết
bị tại tổng đài trung tâm so với các kiến trúc điểm - điểm.
Mạng PON không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự
chuyển đổi điện - quang. Thay vào đó, PON bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết
hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc,... Điều này giúp cho PON có một số ưu
điểm như:

+ Không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có
độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như
đối với các phần tử tích cực. Các thiết bị splitter không cần cấp nguồn, có giá thành
rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc và các điều kiện môi trường, không
cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa tồng đài trung tâm và phía người
dùng. Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo
dưỡng, vận hành. Kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang và giảm chi
phí cho thiết bị tại CO do nó cho phép nhiều người dùng (8,16,32,64 hoặc 128 user)
chia sẻ chung một sợi quang


13

+ Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ưu
điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng đã có
từ trước. PON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU theo yêu
cầu của các dịch vụ, trong khi đó việc thiết lập thêm các nút trong mạng tích cực
khá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng, và trong mỗi nút mạng đều cần
có các bộ phát lại.
+ PON còn có khả năng chống lỗi cao (cao hơn SONET/SDH). Do các nút
của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng lượng trên các nút này
không gây ảnh hưởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút mất năng lượng mà
không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp
không thể đảm bảo được năng lượng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa.
Với những lý do như trên, công nghệ PON có thể được coi là một giải pháp
hàng đầu cho mạng truy nhập. PON cũng cho phép tương thích với các giao diện
SONET/SDH và có thể được sử dụng như một vòng thu quang thay thế cho các
tuyến truyền dẫn ngắn trong mạng đô thị hay mạch vòng SONET/SDH đường trục.
Ngoài những ưu điểm trên thì nhược điểm của mạng PON so với mạng AON
là giới hạn khoảng cách nhỏ, khoảng cách truyền dẫn tối đa là 20 km.

Mô hình mạng PON được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1: Mô hình mạng cáp quang thụ động PON


14

Mạng phân bố quang ODN (Optical Distribution Network): Thực hiện truyền
dẫn quang từ OLT tới người dùng và ngược lại, sử dụng các cấu kiện quang thụ
động.
Thiết bị kết cuối đường dây OLT (Optical Line Termination): Cung cấp giao
diện phía mạng
Thiết bị kết cuối mạng ONT (Optical Network Termination): Là thiết bị
ONU cung cấp chức năng cổng giao diện cho người dùng trong mạng FTTH.
Thiết bị mạng quang ONU (Optical Network Unit): Cung cấp giao diện phía
người dùng (trực tiếp hoặc từ xa) của mạng OAN và được kết nối tới mạng ODN.

1.2.2. Các thế hệ mạng PON
a. APON/BPON
Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm
FSAN (Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho
mạng truy nhập băng rộng. Hiện nay các thành viên của FSAN đã tăng lên đến trên
40 trong đó có nhiều hãng sản xuất và cung cấp thiết bị viễn thông lớn trên thế giới.
Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử
dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó. Hệ thống này được gọi là APON
(viết tắt của ATM PON). Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON với ý
diễn đạt PON băng rộng. Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng
rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo, kênh thuê riêng, v.v... Năm 1997 nhóm
FSAN đưa các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính thức. Từ đó,
các tiêu chuẩn ITU G.983.x cho mạng BPON lần lượt được thông qua. Hệ thống

BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướng
xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps. Các hệ thống BPON đã được sử dụng nhiều
ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu
b. GPON
Do đặc tính cấu trúc của BPON khó có thể nâng cấp lên tốc độ cao hơn 622
Mbps và mạng PON trên cở sở nền ATM không tối ưu đối với lưu lượng IP, nhóm
FSAN phát triển một hệ thống mạng PON mới từ năm 2001 với tốc độ 1Gbps hỗ trợ


15

cả lưu lượng ATM và IP. Dựa trên các khuyến nghị của FSAN, từ năm 2003-2004,
ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng PON Gigabit (GPON) bao
gồm G.984.1,G.984.2 và G.984.3.
Chuẩn GPON hiện nay được định nghĩa dựa trên các giao thức cơ bản của
chuẩn SONET/SDH ITU. Các giao thức của nó khá đơn giản và đòi hỏi rất ít thủ
tục. Chính vì thế mà hiệu suất băng thông của GPON đạt tới hơn 90%.
Các ưu điểm của GPON : Cung cấp dịch vụ bộ ba, hỗ trợ các dịch vụ âm
thanh, dữ liệu và video truyền theo định dạng gốc của nó. Rất nhiều các dịch vụ
Ethernet như QoS, VLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) và RSTP
(Rapid Spanning Tree Protocol)cũng được hỗ trợ. Hiệu suất và tốc độ đường truyền
cao nhất: GPON hỗ trợ tốc độ bít cao nhất từ trước tới nay với tốc độ hướng
xuống/hướng lên tương ứng 2,488/1,244 Gbit/s. GPON cung cấp độ rộng băng lớn
chưa từng có từ trước tới nay và là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH và
FTTB.
Hiện nay GPON là công nghệ phù hợp cho việc truyền thông Ethernet/IP với
việc hỗ trợ truyền tiếng nói và video qua PON bằng việc sử dụng giao thức
SONET/SDH.
c. EPON
Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile

(EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập
vùng, hướng tới các mạng các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với
yêu cầu vẫn giữ các tính chất của Ethernet truyền thống. Ethernet PON được bắt
đầu nghiên cứu trong thời gian gian này.
Ethernet PON (EPON) là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói
trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3. Sử dụng mã đường
truyền 8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps
d. NG-PON
NG-PON (next Generation PON) thế hệ tiếp theo của PON ra đời nhằm đáp
ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ và băng thông truy nhập.


16

Các công nghệ cho thế hệ kế tiếp như 10GPON, 10GEPON được định nghĩa
tại IEEE 802.3av vào năm 2009, các tiêu chuẩn này hỗ trợ cả 2 cấu hình: Không đối
xứng hoạt động ở tốc độ 10Gbps (cho đường xuống), 1Gbps ( cho đường lên) và
cấu hình đối xứng hoạt động ở tốc độ 10Gbps cho cả hai hướng.
Cuối cùng vào năm 2010, 10GPON được chuẩn hóa tại tiêu chuẩn ITU-T
G987: 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems, và được xác
định dựa trên kiến trúc TDM PON
Cả hai tiêu chuẩn IEEE và ITU-T cho phép sự cùng tồn tại của các thế hệ
khác nhau của công nghệ PON. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn NG-PON2 đề xuất đã
cung cấp một con đường rõ ràng để dung lượng cao hơn, và do đó dự kiến sẽ giải
quyết tốt hơn các nhu cầu của các nhà khai thác trong tương lai.
NG-PON 2 được xác định tại tiêu chuẩn ITU – 989: 40-Gigabit-capable
passive optical networks (NG-PON2).
Mạng quang thụ động thế hệ kế tiếp NG-PON 2 sử dụng công nghệ
(TWDM) ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) và đa truy nhập phân chia
theo thời gian (TDM). TWDM - PON sẽ cùng tồn tại với hệ thống GPON và

10GPON.

1.3. Kết luận chương
Chương 1 tìm hiểu tổng quan về mạng PON, các thiết bị, ưu điểm và các
công nghệ trong mạng PON
Chương này cũng nêu ra những hệ thống PON đã và đang được triển khai
hiện nay như APON, BPON, GPON, EPON và mạng PON thế hệ kế tiếp XG PON,
NG PON2 sử dụng công nghệ TWDM PON.


17

CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON VÀ THẾ
HỆ KẾ TIẾP
Chương này tìm hiểu sâu thêm về mạng truy nhập quang thụ động GPON
bao gồm các thông số kỹ thuật, các phương thức đóng gói và truyền tải dữ liệu
trong mạng, khả năng bảo mật mạng, khả năng cung cấp băng thông. Để từ đó có
thể triển khai mạng truy nhập GPON được hiệu quả, ổn định và đảm bảo chất
lượng. Cùng với đó tìm hiểu thêm xu hướng phát triển mạng PON thế hệ kế tiếp và
các vấn đề chuyển tiếp từ mạng GPON lên mạng thế hệ sau cũng sẽ được trình bày
trong chương này.

2.1. Khái niệm GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Network) 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 vài sự lựa chọn của tốc độ bit, nhưng kỹ nghệ
hội tụ trên 2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng
thông luồng lên. Phương thức đóng gói GPON - GEM (GPON Encapsulation
Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn

khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) 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 lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực
tế ATM chưa từng được sử dụng). 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.

2.2. Các tiêu chuẩn ITU – T của GPON
GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, mở
rộng từ chuẩn BPON G.983.
-

ITU-T G.984.1 ( 03/2003) “G-PON: General characteristics”: Cung cấp các
giao diện mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một số
dịch vụ. Chuẩn này kế thừa hệ thống G.982 (APON) và G.983.x (BPON)


18

bằng việc xem xét lại dịch vụ hỗ trợ, chính sách bảo mật, tốc độ bit danh
định.
-

ITU-T G.984.2 (03/2003) “G-PON: PMD layer specification”: Chỉ ra các
yêu cầu cho lớp vật lý và các chi tiết kỹ thuật cho lớp PMD. Nó bao gồm các
hệ thống có tốc độ hướng xuống 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s và hướng
lên 155.520 Mbit/s, 622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s. Mô
tả cả hệ thống GPON đối xứng và bất đối xứng.

-

ITU-T G.984.2 Adm 1 (02/2006): Thêm phụ lục cho ITU-T G.984.2, các xác
minh về khả năng châp nhận giá thành sản xuât công nghiệp đối với hệ
thống G- PON 2.488/1.244 Gbit/s.

-

ITU-T G.984.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specification”: Mô tả lớp hội tụ
truyền dẫn (Transmission convergence - TC) cho các mạng G-PON bao gồm
định dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương
thức ranging, chức năng OAM và bảo mật.

-

ITU-T G.984.3 Adml (07/2005): Cải tiến chỉ tiêu kỹ thuật lớp TC, sửa đổi
hiệu chỉnh về từ ngữ G.984.3.

-

ITU-T G.984.3 Adm2 (03/2006): Thêm thông tin phần phụ lục ITU-T
G.984.3 cho phần kỹ thuật và định dạng tín hiệu hướng xuống.

-

ITU-T G.984.3 Adm3 (12/2006): Sáng tỏ và cô đọng nội dung ITU-T
G.984.3.

-

ITU-T G.984.4 (06/2004) “G-PON: ONT management and control interface

specification”: cung cấp chỉ tiêu kỹ thuật giao diện điều khiển (OMCI) và
quản lý ONT các hệ thống GPON.

- ITU-T G.984.4 Adm1 (06/2005): Sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4.
-

ITU-T G.984.4 Adm2 (03/2006): Sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4. ITU-T
G.984.4 Adm3 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả các mức
cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vận chuyển
lưu lượng pseudowire.

-

ITU-T G.984.5 (09/2007): “G-PON: Enhancement band” đưa ra dải bước


19

sóng dành cho các tín hiệu dịch vụ áp dụng cho WDM trong mạng G-PON.
-

ITU-T G.984.6 (03/2008): “G-PON : Reach Extension”, bổ sung thêm các
nghiên cứu mới về bước sóng quang và tốc độ chia tách.

-

ITU-T G.984.7 (07/2010): “Long reach”, đưa ra bộ các yêu cầu lớp PMD và
lớp hội tụ truyền dẫn đối với hệ thống G-PON có cự ly truyền dẫn từ 20km
đến 40km.

2.3. Kiến trúc chung của hệ thống GPON

Hình 2.1. Kiến trúc chung của hệ thống GPON
(Nguồn: />
-

Hệ thống G-PON bao gồm 3 thành phần chính: OLT, ONT/ONU, ODN
(fible, splitter, ODF …).

-

Thiết bị kết cuối quang OLT (Optical Line Terminator) thường đặt tại phòng
máy CO.

-

Các thiết bị đầu cuối quang ONT (Optical Network Terminer) hoặc Khối
mạng quang ONU (Optical Network Unit) đặt tại phía khách hàng. ONU là
thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối với OLT thông qua mạng
phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buiding
hoặc tới các cabinet (FTTB, FTTC, FTTCab).


20

-

Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) gồm có 2 thành
phần chính là bộ chia quang (Splitter) và các sợi quang, ngoài ra còn có các
phụ kiện khác như tủ phân phối quang (ODF), măng xông, tủ ngoài trời.

-

Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động 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 sẽ có 2
loại, một loại đặt tại các nhà trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại
thứ 2 sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra được khi cần thiết và đặt
tại các điểm măng xông hay tủ phối quang đặt ngoài trời.

-

Trong mạng GPON chỉ có 2 loại phần tử là thiết bị tích cực (yêu cầu phải có
nguồn điện) là OLT, ONT/ONU. Các thành phần khác trong mạng (splitter,
phụ kiện quang…) đều là thiết bị thụ động (không yêu cầu phải cấp nguồn)
do đó giảm thiểu được rất nhiều sự cố có thể có đối với một phần tử tích cực.

2.4. Các mô hình mạng truy nhập cáp quang GPON
Hiện nay, GPON có 3 mô hình mạng cơ bản là FTTC, FTTH, FTTB

Hình 2.2: Các mô hình triển khai mạng cáp quang GPON
(Nguồn: />

21

FTTC: Fiber to the cabinet – Mạng cáp quang đến các tủ cáp trong khu vực
FTTB: Fiber to the Building – Mạng cáp quang đến các tòa nhà
FTTH : Fiber to the home – Mạng cáp quang đến hộ gia đình

2.5. Thông số kỹ thuật của mạng GPON
2.5.1. Tốc độ truyền dẫn
Về cơ bản, GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặc bằng 1.2 Gbit/s.
Tuy nhiên, trong trường hợp dịch vụ xDSL không đối xứng cho FTTH hoặc FTTH
thì không cần thiết đến tốc độ cao như vậy. GPON định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như
sau[2, tr.20], [14, tr.4 - 6]
0,15552 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống.
0,62208 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống.
1,24416 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống.
0,15552 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.
0,62208 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.
1,24416 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.
2,48832 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống.

2.5.2. Các thông số kỹ thuật khác
Bước sóng: 1260-1360nm đường lên; 1480-1500nm đường xuống
Đa truy nhập hướng lên: TDMA
Cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwith Allocation)
Loại lưu lượng: dữ liệu số
Khung truyền dẫn: GEM
Dịch vụ: dịch vụ đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS)
Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: tối đa 1:128
Giá trị BER lớn nhât: 10-12
Phạm vi công suât phát quang luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN)
hoặc +2 đến +7 (20km ODN)


22

Phạm vi công suât phát quang 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

2.6. Đóng gói dữ liệu và nguyên tắc hoạt động của mạng GPON
2.6.1. Kỹ thuật truy nhập
Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện
nay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA).

Hình 2.3: Ghép kênh TDMA trong GPON
(Nguồn: />
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 trước cho mỗi khách
hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử
dụng. Hình 2.3 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 địnhcó ưu điểm rât 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


23

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 mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau.

2.6.2 Phương thức đóng gói dữ liệu trong GPON
GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM và GEM (GPON
Encapsulation Method). Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM
hoặc GEM.
GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ GTC (GPON Transmission
Convergence).Khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua
phương pháp đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method). Phần tải khung GTC
chứa cả ATM và GEM.
Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GPON Transmission
Convergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và ONU.
Ngoài ra hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượng
hướng lên. Trong các khung hướng xuống sẽ chỉ thị khe thời gianđược phép truyền
lưu lượng lên trong khung hướng lên đồng bộ với khung hướng xuống.
Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON được mô tả ở hình 2.4. OLT gửi
các con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắt
đầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữ
liệu hướng lên. Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì thời điểm
nào không có sự tranh chấp trong hoạt động bình thường. Các con trỏ được đưa vào


24

các khối byte, cho phép OLT điều khiển môi trường mạng với tốc độ 64 kbps. Tuy
nhiên, chuẩn cho phép nhà khai thác dịch vụ thêm các tốc độ lớn hơn.

Hình 2.4: Điều khiển đa truy nhập GPON

(Nguồn: ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems
based on Passive Optical Networks (PON), 2005)
Mặc dù GPON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ
chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet
được gọi là phương thức đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method - GEM)
Phương thức đóng gói dữ liệu GPON (GPON Encapsulation Method - GEM)
sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON. GEM cung cấp khả năng thông tin
kết nối định hướng tương tự ATM. GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả cao
trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thông cho phép trên kênh
truyền dẫn.
GEM Port là đơn vị nhỏ nhất mang thông tin dịch vụ trong mạng GPON. Nó
là một cổng ảo để thực hiện đóng gói và truyền khung giữa OLT và ONU / ONT


25

(theo phương thức đóng gói GEM). Mỗi ONU được gán một GEM port khác nhau
và được xác định bởi một ID cổng duy nhất. Port ID khoảng từ 0 đến 4095, nó được
cấp phát bởi OLT, tức là một cổng GEM chỉ có thể được sử dụng bởi một ONU /
ONT duy nhất cho mỗi giao diện PON trên OLT.
T-CONT là một bộ đệm mang các dịch vụ, nó được sử dụng cho nhiều
hướng lên. Mỗi T-CONT tương ứng với một lưu lượng truy cập dịch vụ của một
loại băng thông. Mỗi T-CONT được xác định bởi một ALLOC_ID duy nhất. Các
ALLOC_ID giá trị khoảng từ 0 đến 4095. Nó được cấp phát bởi OLT tức là một TCONT chỉ có thể được sử dụng bởi một ONU/ONT mỗi giao diện PON trên OLT.
Mỗi T-CONT bao gồm một hoặc nhiều GEM Port. Mỗi GEM Port mang một

loại hình lưu lượng dịch vụ tức là một loại T-CONT.

ONU

T-CONT

GEM port
GEM port
GEM port

GPON

T-CONT

GEM port
GEM port

ONU

T-CONT

GEM port
GEM port
GEM port

ONU

Nhận dạng bởi
ONU - ID

T-CONT

GEM port

Nhận dạng bởi
Alloc - ID

Nhận dạng bởi
Port - ID

Hình 2.5: Kiến trúc ghép kênh GPON

2.6.3. Cấu trúc khung tín hiệu trong GPON
GPON sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON Transmission Conversion) cho
truyền dẫn ở hướng xuống và hướng lên là khác nhau.
a. Cấu trúc khung hướng xuống