CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG NG PON

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề Tài:
CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG
MẠNG NG-PON
Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN TUẤN MINH

Lớp

: D12VT6

Giảng viên hướng dẫn : Ths.Trần Thủy Bình

Hà Nội-2016

1


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở Học viện đến nay, em
đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô trong
Học viện nói chung và đặc biệt là quý thầy cô khoa Viễn thông I nói
riêng đã cùng với tri thức và sự tâm huyết của mình để truyền đạt
vốn kiến thức quý báu cho chúng em. Những kiến thức tiếp thu trong
quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đồ

án mà còn là hành trang quý báu để em bước vào cuộc sống một
cách vững chắc và tự tin hơn.
Em xin chân thành cảm ơn Cô Th.s Trần Thủy Bình đã tận tâm hướng
dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án của mình. Nhờ vậy mà em đã
hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất. Một lần nữa em xin
chân thành cảm ơn cô.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh
nhất, song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa
học, kiến thức cũng như kinh nghiệm của em còn hạn chế và còn
nhiều bỡ ngỡ. Do vậy chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu
sót mà bản thân chưa thấy được. Em rất mong được sự góp ý từ quý
thầy cô để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện đồ
án
NGUYỄN TUẤN MINH

2


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
Điểm: ................................... (bằng chữ: ………………….).
Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng tốt
nghiệp?
Hà Nội, ngày tháng
năm 2016
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
3


NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM CỦA NGƯỜI
CHẤM PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
Điểm: ................................... (bằng chữ: ………………….).
Hà Nội, ngày tháng
năm 2016
NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN
4


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU
5


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
ACK
AON
BBU
B-PON
CE
CO
CoDWDM
CPRI

E-PON

Từ tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

Acknowledge
Active Optical Network
Baseband Unit
Broadband
Passive
Optical Network
Coexistence Element
Central Office
Coherent
Dense
Wavelength
Division
Multiplexing
Common Public Radio
Interface
Ethernet Passive Optical
Network

Xác nhận
Mạng quang chủ động
Đơn vị băng gốc
Mạng quang thụ động băng
rộng
Phần tử tồn tại song song

Tổng đài trung tâm

FTTB/C

Fiber to the Building/Curb

FTTH

Fiber to the Home
Local
Low
Power
Indication
Local Sleep Indication
Local Wake-up Indication
Multi Dwelling Unit
Multi Tenant Unit
Next Generation Passive
Optical Network 2
Optical
Distribution
Network

LPI
LSI
LWI
MDU
MTU
NG-PON2
ODN

Ghép kênh phân chia theo
bước sóng dày kết hợp
Giao diện vô tuyến công
cộng chung
Mạng
quang
thụ
động
Ethernet
Cáp quang đến tòa nhà/khu
dân cư
Cáp quang đến nhà
Chỉ thị công suất thấp cục bộ
Chỉ thị ngủ cục bộ
Chỉ thị đánh thức cục bộ
Đơn vị nhiều người ở
Đơn vị nhiều người thuê
Mạng quang thụ động thế hệ
kế tiếp thứ hai
Mạng phân phối quang
6


QoS
RE
RRU
SA
SFC
SR

Orthogonal
Frequency
Division Multiplexing
Optical Line Terminal
Optical
Line
Terminal
Channel Termination
ONU Management and
Control Interface
Optical Network Unit
Physical Layer Operation
Administration
and
Maintenance
Physical
Medium
Dependent
Passive Optical Network
Point to Point Wavelength
Division Multiplexing
Quality of Service
Reach Extender
Remote Radio Unit
Sleep Allow
Super Frame Counter
Sleep Request

TDM

Time Division Multiplexing

OFDM
OLT
OLT CT
OMCI
ONU
PLOAM
PMD
PON
PtP WDM

TDMA
TWDM
VoD
WDM

Time Division Multiplexing
Access
Time Wavelength Division
Multiplexing
Video on Demand
Wavelength
Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao
Đầu cuối dây quang

Kết cuối kênh đầu cuối dây
quang
Giao diện quản lý và điều
khiển ONU
Đơn vị mạng quang
Vận hành, điều hành và duy
trì lớp vật lý
Lớp phụ thuộc vật lý
trung
Mạng quang thụ động
Ghép kênh phân chia
bước sóng điểm điểm
Chất lượng dịch vụ
Bộ tăng tầm xa
Đơn vị vô tuyến từ xa
Cho phép ngủ
Bộ đếm siêu khung
Yêu cầu ngủ
Ghép kênh phân chia
thời gian
Đa truy nhập phân chia
thời gian
Ghép kênh phân chia
thời gian bước sóng
Video theo yêu cầu
Ghép kênh phân chia
bước sóng

tầm
theo

theo
theo
theo
theo

7


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, trong lĩnh vực truyền dẫn, các mạng quang đã chứng tỏ ưu
thế của mình và ngày càng trở nên phổ biến. Một trong số đó là
mạng quang thụ động PON đã được triển khai bởi nhiều nhà mạng
trên khắp thế giới. Với nhu cầu tăng một cách chóng mặt cả về băng
thông và chất lượng dịch vụ của người dùng, công nghệ cũng phải
nhanh chóng phát triển để thích ứng. Bên cạnh các công nghệ đang
được đưa vào khai thác như Ethernet PON (E-PON), Gigabit PON (GPON), những công nghệ mới hứa hẹn sẽ đáp ứng được nhu cầu đa
dạng của người dùng là XG-PON (NG-PON1) và TWDM-PON (NGPON2) cũng đã đươc nghiên cứu và phát triển.
Thách thức cho những mạng quang thế hệ kế tiếp là trong khi tăng
cường băng thông và tốc độ lưu lượng cho người dùng nhưng vẫn giữ
được chi phí triển khai và vận hành ở mức tối ưu cho các nhà mạng.
Một phần chi phí đó đến từ việc tiêu thụ năng lượng, vậy nên quản lý
công suất và đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống
mạng quang cần nhanh chóng để đưa các công nghệ mới vào áp
dụng trong thực tiễn.
Do vậy, đồ án tốt nghiệp của em là: “Các giải pháp tiết kiệm
năng lượng trong mạng NG-PON”. Đồ án trình bày các vấn đề cơ
bản về yêu cầu chung, tiêu thụ năng lượng và các giải pháp tiết
kiệm năng lượng trong mạng NG-PON. Đồ án bao gồm 3 chương.
Chương 1: Tổng quan chung về mạng NG-PON. Chương này giới

thiệu về lộ trình phát triển của các mạng PON, các yêu cầu chung
của mạng NG-PON thế hệ 1 và 2 cũng như kiến trúc của chúng.
Chương 2: Vấn đề tiêu thụ năng lượng trong mạng NG-PON.
Chương này sẽ đưa ra một kịch bản để so sánh mức tiêu thụ năng
lượng của các công nghệ PON, bao gồm những công nghệ đang khai
8


thác, những công nghệ tiềm năng và những công nghệ được chọn
cho mạng NG-PON1 và NG-PON2.
Chương 3: Những giải pháp tiết kiệm năng lượng trong mạng
NG-PON. Chương này nói về phương pháp quản lý công suất trong
mạng NG-PON1 và NG-PON2 với các chế độ khác nhau, từ đó tăng
hiệu suất tiết kiệm năng lượng trong mạng NG-PON.
Thông qua đồ án em muốn trình bày những hiểu biết của mình về
những giải pháp tiết kiệm năng lượng cho công nghệ mạng mới NGPON Tuy nhiên, do năng lực và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đồ
án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những
đóng góp quý báu của các Thầy – Cô giáo và toàn thể các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHUNG VỀ MẠNG NG-PON
1.1

Giới thiệu chung về mạng PON

Trong quá khứ, thuật ngữ PON được đưa ra nhằm mô tả hạ tầng
mạng quang điểm – đa điểm chỉ bao gồm toàn những thành phần
quang thụ động. Dần dần thuật ngữ này được mở rộng ra cho các hệ
thống viễn thông quang sử dụng kiến trúc hạ tầng như trên và ghép
kênh phân chia theo thời gian để chia sẻ băng thông số khả dụng

cho nhiều thuê bao (TDM-PON). Với các loại hệ thống mới dựa trên
nền tảng PON được giới thiệu, cùng với việc thúc đẩy hàng loạt các
cơ chế vận chuyển TDM (B-PON, G-PON, E-PON) hay các phương
thức đa truy nhập thay thế (WDM-PON), thuật ngữ PON đã trở nên
thông dụng hơn với các yêu cầu phù hợp để tham chiếu cho các kiến
trúc cụ thể. Khi mà thuật ngữ bị sử dụng một cách tràn lan, tùy ngữ
cảnh mà để chỉ một mạng, một hệ thống, kiến trúc hay công nghệ,
tất cả chúng đều có một điểm chung là bao gồm, sử dụng hay dựa
trên hạ tầng mạng quang không có các thành phần chủ động (điện)
giữa giao diện tổng đài trung tâm CO và giao diện thiết bị người
dùng. Gần đây, việc sử dụng các bộ tăng tầm xa chủ động trong
mạng phân phối quang đã tạo ra một sự mâu thuẫn khi mà một
thành phần trong mạng G-PON lại không hoàn toàn thụ động, vậy
nên theo lý thuyết nó không còn là mạng PON. Do đó, để trong
9


khuôn khổ đồ án này, để không bị nhầm lẫn và rõ ràng trong việc
xác định một hệ thống, thuật ngữ PON sẽ chỉ được dùng cho một hệ
thống bao gồm ít nhất một OLT và nhiều ONU được kết nối tới ODN.
So với mạng quang chủ động AON, PON có nhiều ưu điểm hơn khi
đáp ứng được số lượng thuê bao lớn với băng thông vừa phải. Thêm
vào đó, việc sử dụng các thiết bị thụ động không cần nguồn cấp giúp
giảm ảnh hưởng bởi nhiễu nguồn, có độ tin cậy cao và không phải
bảo dưỡng như đối với các phần tử tích cực. Với những lý do trên,
bên cạnh việc triển khai mạng AON cho một số mục đích và đối
tượng đặc thù, mạng PON đã được các nhà mạng triển khai rộng
khắp. Hiện nay, một trong những hệ thống PON phổ biến nhất chính
là G-PON. Kiến trúc tổng quát của một mạng G-PON tương tự như
mạng NG-PON1 trong hình 1.1.

Với tốc độ đường xuống là 2.5 Gbps và đường lên 1.25 Gbps, G-PON
đã và đang đáp ứng nhu cầu sử dụng mạng thông thường của hầu
hết các người dùng. Tuy nhiên, nhu cầu ngày càng tăng về các dịch
vụ dung lượng lớn như các video độ phân giải cao (HD) và 3D đã
hướng sự phát triển tới các dịch vụ truy nhập tốc độ cao, việc phát
triển lên các công nghệ thế hệ kế tiếp là cần thiết và cấp bách đối
với các nhà mạng. Mạng quang thế hệ kế tiếp thứ nhất NG-PON1
(10G-PON hay còn gọi là XG-PON) với tốc độ gấp 10 lần so với mạng
G-PON trong khi mạng quang thế hệ kế tiếp thứ hai NG-PON2
(TWDM-PON) đề xuất một hướng đi mới với tiềm năng phát triển cao
hơn khi NG-PON1 dường như đã tiệm cận giới hạn của mình. Hai
công nghệ này sẽ được giới thiệu ở trong phần sau.
Với tốc độ đường xuống là 2.5 Gbps và đường lên 1.25 Gbps, G-PON
đã và đang đáp ứng nhu cầu sử dụng mạng thông thường của hầu
hết các người dùng. Tuy nhiên, nhu cầu ngày càng tăng về các dịch
vụ dung lượng lớn như các video độ phân giải cao (HD) và 3D đã
hướng sự phát triển tới các dịch vụ truy nhập tốc độ cao, việc phát
triển lên các công nghệ thế hệ kế tiếp là cần thiết và cấp bách đối
với các nhà mạng. Mạng quang thế hệ kế tiếp thứ nhất NG-PON1
(10G-PON hay còn gọi là XG-PON) với tốc độ gấp 10 lần so với mạng
G-PON trong khi mạng quang thế hệ kế tiếp thứ hai NG-PON2
10


(TWDM-PON) đề xuất một hướng đi mới với tiềm năng phát triển cao
hơn khi NG-PON1 dường như đã tiệm cận giới hạn của mình. Hai
công nghệ này sẽ được giới thiệu ở trong phần sau.
1.2 Tổng quan
1.2.1 Kiến trúc

về mạng NG-PON1

Các phần tử quang thuộc hệ thống mạng truy nhập cục bộ có thể
chủ động hoặc thụ động và kiến trúc của của nó có thể là điểm –
điểm hoặc điểm – đa điểm. Hình 1.1 thể hiện kiến trúc đươc xem xét,
có thể lựa chọn một trong các loại hình cáp quang đến tận nhà
(FTTH), cáp quang đến tận vùng cell (FTTCell), cáp quang đến tận
công trình (FTTB/C), cáp quang đến tận cabin (FTTCab), … Với mạng
phân phối quang là chung cho tất cả các kiến trúc, do đó hệ thống
này có tiềm năng để triển khai rộng khắp trên khắp thế giới.

Hình 1.1: Kiến trúc tổng quát mạng NG-PON1
Chú ý rằng, ONU trong loại hình FTTH nhìn chung được coi như là
ONT.
Sự khác biệt giữa giữa các lựa chọn FTTx chủ yếu bởi vì dịch vụ cung
cấp khác nhau và vị trí khác nhau của ONU chứ không phải là bản
thân ODN. Cũng cần chú ý rằng một giao diện quang OLT có thể bao
gồm sự kết hợp của nhiều kịch bản đề cập dưới đây.
XG-PON nên được mở rộng khả năng tăng tầm xa để cung cấp quỹ
công suất quang lớn hơn từ đó đạt được tầm xa hơn cũng như tăng
tỷ lệ bộ chia thụ động.
1.2.2

Yêu cầu cơ bản lớp vật lý
11


1.2.2.1

Tầm xa cáp

Kiến trúc XG-PON dựa trên nền tảng truyền cáp sợi đơn. Loại cáp
được đề xuất sử dụng cho mạng XG-PON cũng tương tự như với loại
đã được triển khai trong mạng G-PON. Loại cáp mới với bán kính uốn
cong thấp cũng đang được nghiên cứu để phù hợp cho các hệ thống
mạng NG-PON.
XG-PON1 phải hỗ trợ tầm xa cáp quang tối đa ít nhất phải lớn hơn 20
km. Thêm vào đó, lớp truyền tải hội tụ TC của mạng cần hỗ trợ tầm
xa cáp quang tối đa là 60 km. Khoảng cách giữa ONU/ONT và OLT
cũng cần được hỗ trợ với tầm xa tối đa là 40 km, với cấu hình bước
nhảy bằng 20 km.
1.2.2.2

Dung lượng

Mạng XG-PON định nghĩa hai loại hình dựa theo tốc độ truyền khác
nhau như sau:
- XG-PON1: 10 Gbps đường xuống, 2.5 Gbps đường lên.
- XG-PON2: 10 Gbps đường xuống, 10 Gbps đường lên.
1.2.2.3

Tỷ lệ chia

Cũng như nhiều nhà mạng khác đã thiết lập hạ tầng mạng truy nhập
quang của mình với tỷ lệ chia 1:32 hay 1:64 như mạng G-PON, tỷ lệ
chia 1:64 (phụ thuộc vào quỹ công suất suy hao tổng) sẽ là yêu cầu
tối thiểu cho mạng XG-PON để cho phép tồn tại chung cả hai mạng.
Cấu hình bộ chia tổng quan của mạng G-PON được thể hiện như hình
1.2.
Trong mô hình này, kiến trúc chia đơn là một trường hợp đặc biệt,

khi mà m = 64 và n = 1 trong khi không cần bộ chia ở nút mạng
truy nhập. Một vài nhà mạng thể hiện sự hứng thú trong việc mở
rộng tỷ lệ chia lên hơn 1:64 (ví dụ như 1:128 hay 1:256) để tăng
hiệu năng kinh tế của mạng NG-PON so với mạng G-PON.

12


Hình 1.2: Cấu hình chung

Hình 1.3: Cấu hình hỗ trợ thêm tỷ lệ chia ở mức mạng truy nhập cao
hơn

13


Hình 1.4: Cấu hình hỗ trợ thêm tỷ lệ chia ở mức mạng truy nhập
thấp hơn
Tỷ lệ chia cao thực sự hấp dẫn đặc biệt với kịch bản giới thiệu độc
lập dịch vụ. Tỷ lệ chia cao cho phép mở rộng mạng PON trong thành
phần đường trục như trong hình 1.3 và mở rộng mạng PON tới tận
người dùng cuối như trong hình 1.4 để cung cấp các cấu hình bộ chia
linh hoạt và hỗ trợ hiệu quả đa dạng các kịch bản khai thác. Với các
lựa chọn như trên, chức năng điều khiển TDMA trong mạng XG-PON
nên hỗ trợ tỷ lệ chia logic 256 hoặc có thể hơn. Tỷ lệ chia vật lý
trong lớp quang phải được lựa chọn cẩn thận dựa trên niên hạn và
hiệu năng giá thành của các thiết bị quang. Việc mở rộng tầm xa có
thể dùng để tăng quỹ công suất suy hao, từ đó tăng tỷ lệ chia trên
lớp vật lý, đặc biệt trong các trường hợp như hình 1.3 và 1.4, bên
cạnh việc tăng tầm xa lý thuyết của hệ thống.

1.3 Tổng quan
1.3.1 Kiến trúc

về mạng NG-PON2

Hình 1.5: Kiến trúc mạng NG-PON2 tham chiếu
Hình 1.5 mô tả kiến trúc chức năng mạng truy nhập quang và các
điểm tham chiếu mà các hệ thống mạng NG-PON2 có thể cùng tồn
14


tại với các hệ thống có sẵn. Mạng ODN bao gồm bộ chia và các
thành phần tồn tại song song WDM. Các bộ tăng tầm xa có thể tùy
chọn dùng hoặc không trong mạng ODN.
Các công nghệ quang được xác định cho các hệ thống mạng NGPON2 nên tương thích với các bộ chia công suất ODN sẵn có (bao
gồm bộ chia công suất và các thành phần cùng tồn tại). Hệ thống
mạng NG-PON2 cũng nên hỗ trợ các ODN mới chỉ bao gồm bộ lọc
bước sóng, hoặc là sự kết hợp giữa bộ lọc bước sóng và bộ chia công
suất.
1.3.2
1.3.2.1

Yêu cầu lớp vật lý

Tầm xa cáp quang

Các hệ thống mạng NG-PON2 phải hỗ trợ tầm xa cáp quang ít nhất
40 km mà không cần đến các bộ tăng tầm xa ở giữa. Ngoài ra
khoảng cách từ OLT đến ONT/ONU tối đa cũng cần hỗ trợ lên đến 40
km, và điều chỉnh được trong khoảng từ 20 km đến 40 km. Các hệ

thống mạng NG-PON2 cũng phải tương thích ngược với hệ thống hạ
tầng đã triển khai như vị trí CO, ống dẫn, cáp quang, …
Các hệ thống mạng NG-PON2 phải có khả năng đạt đến tầm xa 60
km với các bộ tăng tầm xa khi cần. Kể cả với tầm xa hơn từ 60 km
đến 100 km, hệ thống cũng phải tạo điều kiện để nâng cấp CO, kiến
trúc và khả năng mạng.
1.3.2.2

Dung lượng

Các hệ thống mạng NG-PON2 cần có khả năng cung cấp nhiều băng
thông hơn cho mỗi người dùng so với các hệ thống mạng G-PON và
XG-PON hiện nay. Hệ thống mạng NG-PON2 cũng cần hỗ trợ được ít
nhất 40 Gbps băng thông kết hợp mỗi phi-đơ quang ở đường xuống
và ít nhất 10 Gbps băng thông kết hợp đường lên. Mức dung lượng
trần hướng đến phải đạt 160 Gbps đường xuống và 80 Gbps đường
lên. Thông thường ONU nào của mạng NG-PON2 cũng phải có khả
năng hỗ trợ tối đa các dịch vụ băng thông 10 Gbps, trong khi băng
thông thực của mỗi ONU ở trong mạng PON sẽ phụ thuộc vào lựa
chọn về kỹ thuật liên quan đến tỷ lệ chia được chọn, và sự kết hợp
ứng đụng đang xem xét (ví dụ như FTTH, FTTB, đường trục di động).
Lấy ví dụ, một vài kịch bản có thể yêu cầu một dịch vụ tốc độ 100
15


Mbps được cung cấp hiệu quả ngang với dịch vụ tốc độ 10 Gbps trên
cùng một mạng PON. Các hệ thống mạng NG-PON2 cần có khả năng
hỗ trợ các ONU với băng thông đối xứng 10 Gbps. Ngoài ra những
dịch vụ kết hợp cũng phải được hỗ trợ để tăng khả năng chia sẻ hạ
tầng mạng chung. Hệ thống phải cung cấp phương thức chia sẻ lưu

lượng hiệu quả giữa hộ dân, doanh nghiệp và các khách hang khác,
cũng như đề xuất nâng cấp lên băng thống lớn hơn mà không bị ảnh
hưởng bởi những rào cản hay thắt cổ chai giữa các công nghệ.
Các yêu cầu về dung lượng hệ thống NG-PON2 bị chi phối bởi rất
nhiều những dịch vụ truy nhập có thể được cung cấp trên hệ thống
này. Những dịch vụ được dự trù chi phối nhu cầu về các tốc độ chấp
nhận được và tốc độ đỉnh khác nhau, cũng như các tỷ lệ đối xứng
khác nhau giữa tốc độ dữ liệu đường xuống và đường lên. Lấy ví dụ,
các dịch vụ doanh nghiệp hoặc đường trục di động sẽ yêu cầu tốc độ
dữ liệu chấp nhận được và đối xứng 1 Gbps trở lên, trong khi các
khách hàng là hộ dân cư có thể chỉ yêu cầu lượng băng thông thấp
hơn và thời gian yêu cầu băng thông đỉnh sẽ ngắn. Một cách tổng
quan, dịch vụ đối xứng được dự đoán sẽ ngày càng nhiều hơn, và
các hệ thống mạng NG-PON2 phù hợp sẽ là những mạng có mức đối
xứng tốc độ dịch vụ cao, ví dụ như trong khoảng 2:1 và 1:1 (đường
xuống: đường lên). Hơn nữa, các hệ thống mạng NG-PON2 phải cung
cấp hiệu quả các dịch vụ kết hợp bao gồm các dịch vụ có cả mức đối
xứng cao và thấp, có thể cao đến 1:1 hoặc thấp đến 100:1. Hệ thống
mạng NG-PON2 vì vậy sẽ có khả năng cung cấp những dịch vụ phù
hợp cho nhu cầu đa dạng của người dùng trên cùng một hạ tầng
mạng.
Những dịch vụ vi dụ yêu cầu tốc độ dữ liệu cao hơn bao gồm MDUs
phục vụ, kết nối doanh nghiệp, eNodeB phân phối và đường trục di
động. Với trường hợp đường trục di đông, dung lượng tăng lên được
yêu cầu nhằm đáp ứng tốc độ dữ liệu kỳ vọng ở trong vùng phủ lên
đến 300 Mbps đối với LTE và lên đến 1 Gbps đối với LTE Advanced.
Thêm vào đó, hiệu năng chi phí và và dung lượng di động tăng lên
của hạ tầng mạng không dây sẽ giúp tạo ra kiến trúc eNodeB phân
phối. Nhằm hỗ trợ các ứng dụng eNodeB phân phối, cần thiết phải
thúc đẩy các hệ thống mạng NG-PON2 để hỗ trợ truyền tải tốc độ

16


cao (ví dụ như CPRI với tốc độ lên tới 9.83 Gbps) giữa đơn vị băng
gốc BBU và các đơn vị điều khiển vô tuyến RRU.
Rất khó để có thể dự đoán một cách chính xác về các dịch vụ sẽ
phát triển như thế nào trong thập kỷ tới với rất nhiều các tham số
chưa xác định cũng như về thị trường toàn cầu và các mô hình triển
khai sẽ thay đổi ra sao. Vì vậy, các hệ thống NG-PON2 cần phải đủ
khả năng mở rộng để hỗ trợ bất kỳ tình huống nào có thể xảy ra.
1.3.2.3

Tỷ lệ chia

Mạng truy nhập quang dùng các bộ chia công suất được triển khai
hiện nay thường sử dụng tỷ lệ chia từ 1:16 đến 1:128. Các hệ thống
NG-PON2 có thể chạy trên nền tảng các bộ chia ODN sẵn có, định
tuyến bước sóng hoặc sự kết hợp giữa bộ chia công suất và định
tuyến bước sóng. Các hệ thống NG-PON2 cần đủ linh hoạt để đáp
ứng hiệu quả chi phí triển khai trên đa dạng các ODN. Các OLT của
mạng NG-PON2 phải hỗ trợ tỷ lệ chia ít nhất 1:256. Các ứng dụng cụ
thể và lựa chọn của kỹ thuật mạng có thể yêu cầu tỷ lệ chia cao
hơn, vì vậy, thiết kế phần lõi OLT của mạng NG-PON2 không nên bỏ
qua việc hỗ trợ các tỷ lệ chia cao hơn.
Việc hỗ trợ số lượng các ONU trên mỗi ODN nhiều hơn giúp tăng tỷ lệ
chia sẻ hạ tầng và gia cố nút mạng khi sử dụng kết hợp với tầm xa
hơn. Tuy nhiên, phải thừa nhận rằng cần đánh đổi giữa độ lợi chia sẻ
với độ phức tạp hệ thống và giới hạn quỹ công suất. Ở một vài kịch
bản triển khai tỷ lệ chia vật lý có thể tăng lên bằng cách mở rộng
tầm xa cho quỹ công suất suy hao tích hợp.

1.4 Lộ trình phát triển mạng PON
1.4.1 Các kịch bản chuyển giao lên NG-PON1

Các mạng G-PON hay 1G-EPON đã được chuẩn hóa và triển khai
rộng rãi trên thế giới. Với nhu cầu băng thông tăng chóng mặt từ các
ứng dụng dân dụng hay doanh nghiệp, yêu cầu cơ bản nhất cho một
mạng PON thế hệ mới là cung cấp băng thông cao hơn G-PON. Thêm
vào đó, các khoản đầu tư về tiền bạc và thời gian trong triển khai
mạng G-PON chủ yếu nằm ở hạ tầng cáp quang, vậy nên mạng NGPON cần phải có khả năng bảo vệ nguồn đầu tư ấy bằng cách đảm
17


bảo một cuộc chuyển giao êm ái và cho các thuê bao. Việc tồn tại
song song giữa XG-PON và G-PON bằng cách tích hợp quy hoạch
băng bước sóng sẽ cung cấp lựa chọn chồng lấn cho TV quảng bá
trên một bước sóng riêng.
Có rất nhiều kịch bản chuyển giao để đáp ứng các nhu cầu khác
nhau của các nhà cung cấp dịch vụ. Tùy vào các chiến lược dịch vụ
khác nhau mà sẽ ảnh hưởng đến thông số kỹ thuật của mạng NGPON. Phần dưới sẽ trình bày về hai kịch bản chuyển giao khả dĩ nhất.
1.4.1.1

Kịch bản chuyển giao vùng nâu PON

Kịch bản vùng nâu PON là kịch bản mà hệ thống PON đã được đưa
vào khai thác và các nhà mạng quyết định nâng cấp hạ tầng có sẵn
để cung cấp các dịch vụ băng thông cao hơn sử dụng XG-PON. Một
số các thuê bao trên hệ thống mạng G-PON có sẵn muốn yêu cầu
được nâng cấp lên những dịch vụ tốc độ cao hơn sẽ được các nhà
mạng chọn để chuyển lên hệ thống XG-PON, trong khi những thuê
bao còn lại sẽ vẫn tiếp tục sử dụng mạng G-PON. Đến một thời điểm

nào đó, một vài nhà mạng có thể sẽ thực hiện chuyển giao bắt buộc
từ G-PON lên XG-PON khi mà số lượng thuê bao G-PON xuống thấp.
Tuy nhiên nhiều khả năng cả mạng G-PON lẫn XG-PON vẫn sẽ tiếp
tục cùng tồn tại trong một thời gian tương đối dài với kịch bản này.
Ở một kịch bản chuyển giao gần như tương tự khác, nhà mạng có
thể muốn thay thế hoàn toàn mạng G-PON bằng XG-PON. Trong
trường hợp này, vẫn có thể chạy song song cả G-PON và XG-PON và
sẽ cập nhật các khách hàng cùng một lúc, nhưng cửa sổ nâng cấp sẽ
ngắn hơn nhiều.
Một vài yêu cầu chung cho kịch bản này như sau:
- Việc tồn tại song song giữa G-PON và XG-PON trên cùng một cáp
quang cần phải được hỗ trợ trong trường hợp tài nguyên cáp quang
không quá dư thừa.
- Ngắt kết nối dịch vụ của các thuê bao không nâng cấp phải được
tối thiểu hóa.
- Mạng XG-PON phải hỗ trợ hoặc mô phỏng tất cả các dịch vụ G-PON
có sẵn trong trường hợp chuyển giao toàn bộ.
18


1.4.1.2

Kịch bản chuyển giao vùng xanh PON

Việc cải tiến mạng truy nhập lên thành kiến trúc FTTx là khoản đầu
tư lớn nhất của các nhà mạng và cần nhiều thời gian. Khi công nghệ
XG-PON trở nên hoàn thiện, các nhà mạng có thể sẽ muốn sử mạng
XG-PON thay cho kiến trúc dựa trên cáp đồng hoặc dùng để khai
thác một lĩnh vực phát triển mới cùng cấp băng thông và tỷ lệ chia
cao hơn. Vùng mà mạng G-PON chưa từng được đưa vào khai thác

được gọi là vùng xanh PON. Kịch bản này có thể giúp các nhà mạng
đạt hiệu quả kinh tế tốt hơn trong khi vẫn hỗ trợ băng thông từng
người dùng tốt hơn hoặc bằng mạng G-PON. Kịch bản này cũng
không cần thiết phải yêu cầu tồn tại song song cả G-PON.
1.4.1.3

Chuyển giao từ mạng PON truyền thống lên XG-PON

Hình 1.6: Ví dụ về tồn tại song song cả G-PON và XG-PON với lựa
chọn cùng truyền chồng lấn video
Để chắc chắn về một cuộc chuyển giao êm ái, việc chồng lấn của
công nghệ WDM phù hợp với cấp phát bước sóng quang phải được
thực hiện tại tất cả các ONU. Điều đó sẽ đảm bảo lựa chọn của nhà
mạng hoặc tiếp tục sử dụng PON hoặc sẽ thay thế toàn bộ các thiết
bị chủ động PON ngay từ khi bắt đầu quá trình nâng cấp.
Trong thời gian chuyển tiếp, để cả G-PON và XG-PON cùng hoạt động
đồng thời, một bộ kết hợp/chia WDM1r được cài vào mạng, như hình

19


1.6. Bất kỳ sự kết hợp tồn tại song song nào với XG-PON đều có thể
được sử dụng.
1.4.2

Các kịch bản chuyển giao lên NG-PON2

Tương tự NG-PON1, yêu cầu chính của mạng NG-PON2 là cung cấp
băng thông cao hơn các hệ thống PON đang triển khai hiện nay,
trong khi vẫn tận dụng được hạ tầng mạng sẵn có. Có rất nhiều các

kịch bản chuyển giao tùy theo nhu cầu khác nhau của từng mạng,
nhưng chủ yếu sẽ được chia làm hai kịch bản chuyển giao chính như
dưới đây.
1.4.2.1

Kịch bản chuyển giao vùng nâu PON

Kịch bản vùng nâu PON dành cho những vùng mà hệ thống PON đã
được triển khai và hạ tầng mạng sẽ được nâng cấp để có thể cung
cấp các dịch vu băng thông cao hơn sử dụng hệ thống NG-PON2.
Một số các thuê bao có nhu cầu sử dụng các dịch vụ tốc độ cao hơn
sẽ được chuyển lên hệ thống NG-PON2, trong khi các thuê bao khác
không có nhu cầu vẫn sẽ tiếp tục sử dụng các mạng PON sẵn có.
Như vậy nhiều khả năng hai hoặc ba thế hệ mạng PON sẽ cùng tồn
tại trong một khoảng thời gian tương đối dài. Trong một kịch bản
chuyển giao gần như tương tự, mạng PON hiện tại sẽ được thay thế
hoàn toàn mới mạng NG-PON2. Với trường hợp này, sẽ vẫn hữu dụng
khi vận hành cả mạng PON sẵn có và hệ thống NG-PON2 cùng nhau
trên ODN và cập nhật các khách hàng cùng một lúc. Khung thời gian
cho kiểu nâng cấp này thông thường sẽ ngắn hơn nhiều.
Các yêu cầu cơ bản cho kịch bản này như sau:
- Việc tồn tại song song giữa G-PON và NG-PON2 trên cùng một cáp
quang cần phải được hỗ trợ trong trường hợp tài nguyên cáp quang
không quá dư thừa.
- Ngắt kết nối dịch vụ của các thuê bao không nâng cấp phải được
tối thiểu hóa.
- Mạng NG-PON2 phải hỗ trợ hoặc mô phỏng tất cả các dịch vụ GPON có sẵn trong trường hợp chuyển giao toàn bộ.
- Các hệ thống PON sẵn có bao gồm G-PON, XG-PON, GE-PON và
10G-EPON.
20

1.4.2.2

Kịch bản chuyển giao vùng xanh PON

Việc nâng cấp mạng truy nhập lên thành kiến trúc FTTx là khoản đầu
tư lớn của các nhà mạng và cần nhiều thời gian. Khi công nghệ XGPON trở nên hoàn thiện, các nhà mạng có thể sẽ muốn sử mạng XGPON thay cho kiến trúc dựa trên cáp đồng hoặc dùng để khai thác
một lĩnh vực phát triển mới cùng cấp băng thông và tỷ lệ chia cao
hơn. Vùng mà mạng G-PON chưa từng được đưa vào khai thác được
gọi là vùng xanh PON. Kịch bản này có thể giúp các nhà mạng đạt
hiệu quả kinh tế tốt hơn trong khi vẫn hỗ trợ băng thông từng người
dùng tốt hơn hoặc bằng các mạng PON trước đó. Kịch bản này cũng
không cần thiết phải yêu cầu tồn tại song song cả các mạng PON
sẵn có.
1.4.2.3

Tồn tại song song, ngăn xếp và chồng lấn

Có rất nhiều những định nghĩa đã được sử dụng trong G-PON và XGPON có thể gây ra sự thiếu rõ ràng trong những môi trường hệ thống
ngày càng phức tạp. Bảng 1.1 ở dưới sẽ tổng hợp lại các định nghĩa
mới.
Định nghĩa

Lựa chọn

Ảnh hưởng tới
quy hoạch bước
sóng

Chồng lấn Các
dịch
vụ
(overlay) khác nhau được
ghép chung sử
dụng WDM lên
trên các mạng
PON (ví dụ như
RF video).
Tái
dụng
ODN
(ODN
use)

sử Khả năng để tái - RE sẵn có.
sử
dụng
các - OTL sẵn có.
ODN/ODS có sẵn
re- (quỹ công suất - Tồn tại song song.
quang có sẵn
được hỗ trợ).

Ngăn xếp Khả năng để - Các thiết bị lựa Định nghĩa của
(Stacking) một
thế
hệ chọn bước sóng.
một quy hoạch
mạng PON độc

bước
sóng
lập dựa trên
“ngăn
xếp
21


cùng lớp TC có
thể chia sẻ một
phần hoặc cả
ODN/ODS thông
qua WDM. PMD
cho
mỗi
hệ
thống ngăn xếp
chỉ được phân
biệt thông qua
cấp phát bước
sóng.
Tồn
tại
song song
(Coexistence
)

Khả năng để hai
thế hệ mạng
PON cùng hoạt

động đồng thời
trên cùng một
phần tử của hệ
thống
mạng
quang. Yêu cầu
định nghĩa của
các giá trị độc
lập của bộ lọc
cụ thể khi các
chuẩn
truyền
dẫn khác nhau
được sử dụng
đồng thời.

riêng”.

- Miền WDM như cho Phù hợp với
các mạng PON sẵn quy hoạch bước
có.
sóng tồn tại
- Miền TDM như cho song song hoặc
một lớp TC đa
XG-PON1/XG-PON2.
tốc độ.
- Trên ODN/ODS.
- Trên RE.
- Trên OLT.

Bảng 1.1: Định nghĩa các thuật ngữ về khả năng tương thích với các
hệ thống sẵn có
Chuyển giao êm ái giữa hai công nghệ PON trên cùng một ODN cung
cấp trải nghiệm tốt nhất cho các người dùng cuối nhờ giảm thiểu
gián đoạn giữa các thành phần mạng quang đã có. Việc tồn tại song
song tạo điều kiện cho một cuộc chuyển giao êm ái từ mạng PON
sẵn có lên các mạng NG-PON2. Nếu không có khả năng tồn tại song
song ấy, người dùng có thể sẽ phải đợi lâu hơn để chuyển dịch vụ
của mình và tất cả khách hàng trên một mạng ODN có thể sẽ bị gián
đoạn dịch vụ không mong muốn nếu các phần của cơ sở hạ tầng thu
động phải thay thế hoặc cấu hình lại. Việc tồn tại song song hai thế
hệ mạng PON giúp chuyển giao linh hoạt và triển khai các kết nối
mạng PON mới phụ thuộc vào nhu cầu mà không bị gián đoạn dịch
22


vụ. Để có thể linh hoạt nhất, các hệ thống NG-PON2 phải cho phép
tồn tại song song cùng với cả G-PON và XG-PON trên cùng một mạng
ODN.
Để tạo điều kiện cho tồn tại song song, một hệ thống NG-PON2 phải
có khả năng tái sử dụng các bộ chia công suất quang PON đã có và
phải vận hành trên phổ tần khả dụng mà các mạng PON trước đó
chưa đưa vào khai thác. Tuy nhiên, một hệ thống NG-PON2 chỉ có
thể tái sử dụng phổ tần đã được cấp phát cho các hệ thống PON đã
có nếu chúng không tồn tại song song. Các hệ thống NG-PON2 phải
cho phép tồn tại song song trên toàn mạng ODN, bao gồm cả tồn tại
song song trên phi-đơ cáp quang (hình 1.7). Mạng đầu cuối ODN của
NG-PON2 được phân định bởi các điểm tham chiếu R’/S’ tới S’/R’ như
trong hình 1.5. Các hệ thống NG-PON2 hỗ trợ các ODN sử dụng bộ
chia công suất, tuy nhiên, các loại ODN khác vẫn có thể áp dụng

trong các ứng dụng vùng xanh. Các bộ lọc thích hợp phải được cài
trong ONU nhằm loại bỏ nhiễu giữa các thế hệ mạng PON tồn tại
song song. Hơn nữa, bất kỳ nhiễu phi tuyến cáp quang nào cũng cần
được đưa vào tính toán.

Hình 1.7: Kịch bản ODN tồn tại song song các mạng PON
Việc tồn tại song song của hệ thống NG-PON2 với chồng lấn RF-video
hiện có phải được hỗ trợ. Chồng lấn RF-video vẫn tiếp tục được sử
dụng trong tương lai gần nhằm hỗ trợ truyền tải video. Nhiều mạng
PON triển khai hiện nay sử dụng chồng lấn RF-video để truyền tải
video, vì vậy việc tồn tại song song sẽ giúp chuyển giao dễ hơn lên
23


các hệ thống NG-PON2. Yêu cầu này không nên làm tăng tính phức
tạp hệ thống khi mà chồng lấn RF-video không cần đến.
1.4.2.4

Các lựa chọn cho con đường chuyển giao

Các hệ thống NG-PON2 phải cho phép chuyển giao công nghệ trên
cơ sở hạ tầng hiện có mà không làm gián đoạn dịch vụ kéo dài.
Chúng cũng cần có khả năng nâng cấp cho từng khách hàng một có
nhu cầu và phải hỗ trợ con đường chuyển giao từ GPON lên NGPON2 cũng như con đường chuyển giao từ XG-PON lên NG-PON2.
Để hiểu hơn về các con đường chuyển giao, phần dưới đây sẽ trình
bay ba lựa chọn phụ thuộc vào mức độ linh hoạt:
Chuyển giao thẳng
Con đường chuyển giao thẳng phù hợp với thứ tự thế hệ mạng PON
từ G-PON qua XG-PON lên tới NG-PON2. Chuyển giao thẳng yêu cầu
một cuộc chuyển giao hoàn chỉnh từ G-PON lên XG-PON trước khi bắt

đầu nâng cấp lên NG-PON2. Lựa chọn chuyển giao này có thể nhận
biết bằng cách loại bỏ mạng G-PON ra khỏi mạng ODN và tái sử
dụng các cửa sổ bước sóng G-PON để giúp tồn tại song song công
nghệ NG-PON2 và XG-PON.
Chuyển giao linh hoạt
Chuyển giao linh hoạt là con đường chuyển giao trực tiếp từ mạng GPON lên NG-PON2. Chuyển giao linh hoạt yêu cầu một hệ thống NGPON2 có thể tồn tại song song với mạng G-PON.
Chuyển giao tất cả
Mức linh hoạt cao nhất của hệ thống NG-PON2 là cho phép cả GPON, XG-PON và NG-PON2 cùng tồn tại song song. Lựa chọn này là
lựa chọn mang tính thách thức nhất bởi yêu cầu một lượng lớn các
băng bước sóng quang. Khả năng cho phép tồn tại song song với cả
G-PON lẫn XG-PON của hệ thống NG-PON2 sẽ cho phép sự linh hoạt
lớn hơn khi nâng cấp lên XG-PON trong tương lai gần và chuyển giao
lên NG-PON2 sau này. Nó cũng cho phép chuyển giao trực tiếp từ GPON lên NG-PON2. Đây là lựa chọn hấp dẫn nhất vì nó giúp kiểm

24


chứng tương lai ODN hiện có và cung cấp cho các nhà mạng sự linh
hoạt cao.
Trong bất kỳ trường hợp chuyển giao nào bao gồm tồn tại song song,
các ONU và OLT hiện có phải được giữ nguyên và không nên yêu cầu
bất kỳ bộ lọc bổ sung nào để bảo vệ chúng khỏi các tín hiệu NGPON2. Trong trường hợp yêu cầu thêm bộ lọc, tốt nhất là nên ở OLT
nơi truy nhập dễ dàng hơn chứ không phải ở ONU để tránh phải tự
cài đặt. Suy hao của bất kỳ thiết bị thêm vào nào, ví dụ như CEx
tham chiếu như trong hình 1.7, đều phải giữ nguyên như trong các
thiết bị WDM1r nhằm tránh phải chia sẻ quỹ công suất quang hiện
có. Bất kể kịch bản chuyển giao nào được chọn thì đều phải có khả
năng chuyển các khách hàng từ G-PON/XG-PON lên NG-PON2 thông
qua việc thay thế ONU.
1.4.2.5

Hỗ trợ cho các ODN hiện có

Tổng chi phí đầu tư cho triển khai mô hình FTTH chủ yếu đến từ đầu
tư cơ sở hạ tầng. Với việc nhiều mạng hiện nay đã sử dụng các ODN
chứa bộ chia công suất để mang công nghệ G-PON, các hệ thống
NG-PON2 bắt buộc phải tương thích với các ODN đã có này. Một vài
ODN sử dụng các connector một cách rộng rãi, với chín connector
giữa OLT và ONU (tám connector tiếp xúc góc vật lý APC tại ODN và
một connector siêu tiếp xúc vật lý UPC tại OLT). Các hệ thống NGPON2 phải có khả năng chứa các phản xạ ngược lại kết quả và suy
hao connector nhưng không yêu cầu sai số phản xạ khắt khe hơn
định nghĩa trong chuẩn B-PON/G-PON. Cơ sở hạ tầng truy nhập có
thời gian sử dụng rất dài (trên 20 năm) vậy nên cần thiết phải có lộ
trình nâng cấp cho những cơ sở hạ tầng đã triển khai trong quá trình
sử dụng. Tốt nhất là các hệ thống NG-PON2 cho phép nâng cấp cơ sở
hạ tầng sẵn có mà không gây ra bất kỳ gián đoạn dịch vụ kéo dài
nào. Các hệ thống NG-PON2 cũng phải có khả năng cung cấp sự linh
hoạt trong trường hợp nhiều tầng và số lượng bộ chia mỗi tầng khác
nhau bất kể công nghệ chia nào được sử dụng (chia công suất, chia
bước sóng hoặc kết hợp cả hai).
Mạng ODN không lựa chọn bước sóng có thể sẽ được ưu tiên hơn
nhằm xây dựng một hệ thống mạng phân phối độc lập. Ưu điểm của
25