Mạng truy nhập quang thụ động GPON

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GPON

TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 08 NĂM 2017


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ VIỄN THÔNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ............................ 8
1.1.

Sứ mệnh - Tầm nhìn ................................................................................................................... 8

1.2.

Hạ tầng mạng lưới ....................................................................................................................... 8

1.3.

Các lĩnh vực kinh doanh ........................................................................................................ 10

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG ..................................................... 11
2.1.

Định nghĩa .................................................................................................................................... 11

2.2.

Cáp quang..................................................................................................................................... 11

2.2.1.

Cấu tạo................................................................................................................................... 11

2.2.2.

Phân loại sợi quang ......................................................................................................... 11

2.2.3.

Nguyên lý hoạt động của cáp quang ........................................................................ 11

2.2.4.

Ưu điểm và nhược điểm của cáp quang so với cáp đồng ............................... 12

2.3.

Cấu trúc mạng truy nhập quang ........................................................................................ 12

2.3.1.

Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang ....................................................... 12

2.3.2.

Các khối chức năng cơ bản ........................................................................................... 13

CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG TÍCH CỰC AON ...................... 16
CHƯƠNG 4. MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GPON ................................................. 17
4.1.

Giới thiệu chung ........................................................................................................................ 17

4.2.

Các đặc tính của GPON ........................................................................................................... 18

4.2.1.

Bước sóng hoạt động ...................................................................................................... 18

4.2.2.

Forward error correction (FEC) ................................................................................ 18

4.2.3.

Transmission containers (T–CONT) ........................................................................ 19

4.2.4.

Cấp phát băng thông động (DBA) ............................................................................. 19

4.2.5.

Bảo mật ................................................................................................................................. 20


4.2.6.
4.3.

Bảo vệ .................................................................................................................................... 20

Truyền dẫn GPON ..................................................................................................................... 20

4.3.1.

Cấu trúc khung đường xuống GPON ........................................................................ 20

4.3.2.

Cấu trúc khung đường lên GPON .............................................................................. 21

4.3.3.

T–CONT ................................................................................................................................. 21

4.3.4.

Phân đoạn GEM ................................................................................................................. 21

4.4.

B�ứng dụng không phải time – sensitive. T–CONT 3 là
sự kết hợp của bảo đảm băng thông tối thiểu và không bảo đảm. T–CONT 4 là
tự phân bổ mà không cần đảm bảo băng thông. T–CONT 5 là hỗn hợp của tất cả
các loại dịch vụ.
4.2.4. Cấp phát băng thông động (DBA)
Cấp phát băng thông động (DBA) là phương pháp cho phép việc nhận
nhanh việc phân bổ băng thông dựa trên những yêu cầu truy cập hiện tại. DBA

được điều khiển bởi OLT, cấp phát khối lượng băng thông đến ONU. Kỹ thuật
này chỉ làm việc ở hướng lên, ở hướng xuống, lưu lượng truy cập được phát.

Hình 4.3 – Quá trình DBA
Để tìm ra cần bao nhiêu lưu lượng truy cập được chuyển tới ONU, OLT
cần phải biết trạng thái truy cập của T–CONT liên kết với ONU. Ở phương pháp báo
- Trang 19 -


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Mạng quang thụ động GPON

cáo trạng thái, T–CONT chỉ ra có bao nhiêu gói đang chờ ở bộ đệm. Một khi OLT nhận
thông tin này, nó có thể cấp phát cho các ONU tương ứng. Khi ONU không có thông tin
chờ để được vận chuyển, thông qua việc nhận cấp phát, nó gởi một tín hiệu cho biết
bộ đệm đang trống. Điều này sẽ thông tin cho OLT rằng việc cấp phát có thể được thực
hiện cho những T–CONT khác. Nếu ONU có một hàng dài xếp hàng ở bộ đệm, OLT sẽ
chỉ định nhiều T–CONT đến ONU đó.
4.2.5. Bảo mật
Chức năng cơ bản của GPON là dữ liệu downstream được phát cho tất
cả ONU và mỗi ONU có thời gian được chỉ định khi dữ liệu thuộc về nó (giống như
TDM). Bởi vậy, một số user độc hại có thể cấu hình lại ONU của nó và chiếm một số dữ
liệu downstream thuộc về tất cả ONU kết nối tới OLT đó. Ở hướng upstream, GPON sử
dụng kết nối điểm – điểm để tất cả lưu lượng truy cập được bảo vệ khỏi tổn hao. Do
đó, mỗi thông tin quan trọng như mật khẩu có thể được gửi ở dạng trang trắng.
4.2.6. Bảo vệ
Việc bảo vệ kiến trúc mạng của GPON được xem như là để tăng cường
độ tin cậy của mạng truy cập. Tuy nhiên, được xem như cơ chế bổ sung bởi vì việc thực
hiện của nó phụ thuộc vào điều kiện kinh tế.

Có hai loại chuyển mạch bảo vệ, chuyển mạch tự động và chuyển mạch
bắt buộc. Chuyển mạch tự động được kích hoạt bằng việc phát hiện lỗi chẳng hạn như
sự mất tín hiệu, mất khung, suy hao tín hiệu,… Chuyển mạch bắt buộc được kích hoạt
bằng những sự kiện như định hướng lại cáp quang, thay thế cáp quang,…
4.3. Truyền dẫn GPON
4.3.1. Cấu trúc khung đường xuống GPON
Lưu lượng truy cập đường xuống được phát từ OLT tới tất cả ONU bằng
phương pháp TDM. Khun đường xuống bao gồm khối điều khiển vật lý đường
xuống (PCBd), phân vùng ATM và phân vùng GEM. Khung đường xuống cung
cấp việc tham chiếu thời gian thông thường cho PON và cung cấp báo hiệu điều
khiển cho đường lên.

Hình 4.4 – Khung đường xuống GPON
Cấu trúc khung đường xuống GPON được thể hiện ở hình 4.4 như trên.
Tốc độ dữ liệu cho cả đường xuống là 125 µs. Chiều dài PCBd giống nhau cho tất cả tốc
- Trang 20 -


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Mạng quang thụ động GPON

độ và phụ thuộc vào số cấu trúc phân bổ mỗi frame. Nếu không có dữ liệu gởi, khung
đường xuống vẫn được truyền và sử dụng cho việc đồng bộ thời gian.
4.3.2. Cấu trúc khung đường lên GPON
Việc truy cập đường lên sử dụng TDMA, chịu sự điều khiển của OLT ở
CO, chỉ định những khung thời gian cho mỗi ONU cho việc đồng bộ đường truyền.
Khung đường lên gồm nhiều burst. Mỗi burst chứa một lượng tối thiểu PLOu (Physical
Layer Overhead). Ngoài khối tải, nó có thể chứa các thành phần PLOAMu (Physical
Layer Operations, Administration and Management upstream), PLSu (Power Leveling

Sequence upstream ) và DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream).

Hình 4.5 – Cấu trúc khung đường lên GPON
4.3.3. T–CONT
Lưu lượng khách hàng, xếp hàng, T–CONT mapping và reporting được
thể hiện ở hình 4.6 dưới đây.

Hình 4.6 – T–CONT mapping và reporting
4.3.4. Phân đoạn GEM
GPON cung cấp hai phương pháp đóng gói: ATM và GEM. Với GEM, tất
cả truy cập được ánh xạ thông qua mạng GPON sử dụng sự sai khác của SONET/SDH
GFP. GEM cung cấp việc truyền thoại, video và dữ liệu mà không cần thêm ATM hay
lớp đóng gói IP. GPON cho phép tốc độ dữ liệu đường xuống 2.5 Gbits/s và tốc độ dữ
liệu đường lên từ 155 Mbits/s tới Gbits/s.
- Trang 21 -


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Mạng quang thụ động GPON

Hình 4.7 – Kỹ thuật đóng gói GPON
4.4.

Bộ chia quang
PON điển hình sẽ kết nối một sợi quang từ OLT tới nhiều ONU. Kết nối điểm
– đa điểm giữa OLT và nhiều ONU đạt được nhờ sử dụng một hay nhiều thiết bị phân
nhánh thụ động trong đường dẫn quang.
Một trong những thông số quan trọng đối với mỗi người thiết kế mạng FTTH
là khoảng cách có thể đạt được giữa central office và thuê bao, nói cách khác là dung

lượng quang tối đa cho phép trong hệ thống. Dung lượng quang đó bao gồm sự suy
giảm từ splices, kết nối, sợi quang và các bộ chia quang. Một bộ chia quang 1:32 có thể
suy hao từ 17 đến 18 dB.

Hình 4.8 – Một bộ chia quang 1:8
4.5.

Cấu trúc của mạng truy cập quang (dung lượng đường truyền)
Mạng PON điển hình bao gồm OLT và các ONU và ODN. Các thành phần
này tạo thành phương tiện truyền dẫn cho kết nối từ OLT tới ONU. Đặc tính của ODN
như suy hao rất quan trọng trong việc thiết kế mạng truy nhập quang. Thông thường,
nó bao gồm các thành phần thụ động sau: cáp quang đơn mode, đầu nối cáp quang, các
thành phần phân nhánh, các bộ suy hao và khe nối. Suy hao đường truyền quang liên
quan đến các thành phần nối trên. Dung lượng đường truyền được cho trong bảng 4.2
dưới đây. Dung lượng này bao gồm tất cả các thành phần quang giữa OLT và ONU.

- Trang 22 -


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Mạng quang thụ động GPON

Loại
Minimum optical loss 1490 nm
Minimum optical loss 1310 nm
Maximum optical loss 1490 nm
Maximum optical loss 1310 nm

Đơn vị tính

dB
dB
dB
dB

Suy hao
13
13
28
28

Bảng 4.2 – Suy hao trong hệ thống GPON
Dưới đây là bảng công suất tối thiểu cho các cấu hình PON khác nhau.
Công suất đó được tính như sau:
P  FCA  L  SL  Penalties
P: công suất; FCA: suy hao sợi quang;
L: khoảng cách; SL: suy hao bộ chia quang;
ONUs
16
16
32
32

L
10 km
20 km
10 km
20 km

λ

1310 nm
1550 nm
1310 nm
1550 nm

FCA
0.4 dB/m
0.4 dB/m
0.4 dB/m
0.4 dB/m

SL
Penalties
P
14.5 dB
2.5 dB
21 dB
14.5 dB
2.5 dB
23 dB
17 dB
2.5 dB
23.5 dB
17 dB
2.5 dB
25.5dB

Bảng 4.3 – Công suất tối thiểu cho một số cấu hình PON
4.6. Khả năng cung cấp dịch vụ của GPON
 Khoảng cách OLT – ONU:

Giới hạn của công nghệ GPON hiện nay được quy ước trong khoảng 20 km
với hệ số chia/ghép quang lên tới 1:128 (hiện tại thường sử dụng tỷ lệ 1:32).
 Chi phí trên mỗi khách hàng:
Hiện tại giá thiết bị GPON còn tương đối cao. Tuy nhiên với việc xuất hiện
các bộ tách/ghép quang có hệ số tách/ghép quang lớn sẽ giúp giảm chi phí trên mỗi
khách hàng. Ngoài ra khi lưu lượng sử dụng lớn thì chi phí trên mỗi Mbps sẽ rẻ hơn so
với công nghệ GEPON.
 Khả năng hỗ trợ cấu trúc xếp chồng CATV:
GPON có khả năng hỗ trợ cấu trúc mạng xếp chồng dịch vụ CATV, đáp ứng
được đòi hỏi cho dịch vụ hướng xuống tốc độ cao. Các hệ thống này đều sử dụng bước
sóng 1490 nm hướng xuống và 1310 nm hướng lên, bước sóng 1550 nm được dành
riêng cho CATV.
 Đặc điểm dịch vụ
GPON được triển khai để đáp ứng tỷ lệ dung lượng dịch vụ/chi phí khi so
sánh với mạng cáp đồng và mạng HFC có dung lượng nhỏ và các mạng SDH/SONET
cũng như giải pháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao. Vì vậy nó phù hợp với
các hộ gia đình, doanh nghiệp vừa và nhỏ, chính phủ và các cơ quan công sở.
 Các ứng dụng cơ bản:

- Trang 23 -


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Mạng quang thụ động GPON

+ GPON được ứng dụng trong các mạng truy nhập quang FTTx để cung
cấp các dịch vụ như IPTV, VoD, RF Video (chồng lấn), Internet tốc độ cao, VoIP, Voice
TDM với tốc độ dữ liệu/thuê bao có thể đạt 1000 Mbps, hỗ trợ QoS đầy đủ.
+ Thông tin liên lạc – Các đường thoại, thông tin liên lạc, Truy cập

Internet, Internet tốc độ cao, truy cập internet không dây tại những địa điểm công
cộng, đường băng thông lớn (BPLL) và làm backhaul cho mạng không dây
+ Bảo mật - Camera, Báo cháy, báo đột nhập, Báo động an ninh, trung
tâm điều khiển 24/7 với khả năng giám sát, backup dữ liệu, SANs
+ Giải trí - CATV, HDTV, PPV, PDVR, IPTV – Hệ thống đường lên Video
hoàn thiện cho modem DOCSIS và dịch vụ Video tương tác, truyền hình vệ tinh; tất cả
các dịch vụ trên cáp quang GEPON.
+ Nhà thông minh, Giám sát trong nhà & BMS –Nước, điện và giám sát
xử lý chất thải, khám sức khỏe tại nhà, điều khiển đèn từ xa, điều khiển từ xa các thiết
bị tự động trong nhà.
4.7. So sánh công nghệ AON với GPON
Công nghệ
AON
PON
2.5Gbps/1.25Gbps nếu không
Băng thông trên mỗi
dùng splitter, tuy nhiên
100Mbps – 1Gbps
thuê bao
thường chia thành 1:32
(78Mbps) hay 1:64 (39Mbps).
Tăng băng thông tạm
Đơn giản
Phức tạp
thời cho thuê bao
Số thuê bao bị ảnh
Ít
Nhiều
hưởng khi có lỗi
Thời gian xác định lỗi

Nhanh
Chậm hơn
Khả năng bị nghe lén
Rất thấp
Cao
Độ tin cậy của đường Cao do tùy theo mô hình
Thấp, không có phương án 2
cáp đến thuê bao
khách hàng
kết nối trên một PON
Thấp vì sợi quang từ OLT sẽ
Cao do mỗi thuê bao là một
Chi phí triển khai
được chia sẻ cho nhiều thuê
sợi quang riêng
bao qua bộ chia thụ động
Cao các thiết bị như Access Thấp do OLT kích thước nhỏ
Node cần cấp nguồn và kích và passive splitter không cần
Chi phí vận hành
thước cũng lớn, yêu cầu nguồn. Phục vụ khoảng 8000
không gian. Không gian cho thuê bao chỉ cần không gian
cáp cũng cần nhiều.
của một tủ rack
Thấp, do đặc tính điểm đến
Cao do một toàn bộ thuê bao
điểm nên việc nâng cấp
trong một dây PON (từ OLT
Chi phí nâng cấp
băng thông đơn giản, chẳng
qua splitter đến người dùng)

hạn chỉ cần thay thiết bị đầu
phải được nâng cấp.
cuối (CPE)
Bảng 4.4 – So sánh công nghệ AON và GPON
- Trang 24 -


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Mạng quang thụ động GPON

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN
Từ những gì đã trình bày ở các chương trước, ta đã hiểu thêm về mạng truy
nhập quang, về công nghệ AON hay GPON và những ưu điểm cũng như nhược điểm
của hai công nghệ trên.
Quá trình thực tập tại Trung tâm Viễn thông Nam Sài Gòn đã giúp em hiểu hơn
về ngành viễn thông và những công nghệ viễn thông mới nhất hiện nay. Quá trình đi
tham quan, khảo sát ở một số chi nhánh của trung tâm cũng giúp em hiểu hơn về hoạt
động của các hệ thống cáp quang. Qua quá trình thực tập tại trung tâm, em sẽ có nhiều
kiến thức thực tế hơn giúp ít cho quá trình làm luận văn cũng như công việc sau này.

- Trang 25 -


Báo cáo thực tập tốt nghiệp

Mạng quang thụ động GPON

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ivica Cale, Aida Salihovic, Matija Ivekovic, Gigabit Passive Optical Network – GPON

[2] Chinlon Lin, editor. Broadband – Optical Access Networks and Fiber to the home.
England: John Wiley & Sons Ltd; 2006
[3] David Cleary, Ph. D., Fundamentals of Passive Optical Network (PON)
[4] Bộ Thông tin và Truyền thông, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện, Thuyết minh tiêu
chuẩn Hệ thống truy nhập quang thụ động GPON.

- Trang 26 -