Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)

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

NGUYỄN HỒNG ĐỨC

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG MẠNG GPON
TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG DUY TIÊN – VNPT HÀ NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2018


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

NGUYỄN HỒNG ĐỨC

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG MẠNG GPON TẠI
TRUNG TÂM VIỄN THÔNG DUY TIÊN – VNPT HÀ NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 85.20.208

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Mạnh Lâm

HÀ NỘI - 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan toàn bộ nội dung luận văn do tôi tự học tập từ bài giảng các
môn học của thầy cô, nghiên cứu trên Internet, sách báo, các tài liệu trong nƣớc và
nƣớc ngoài có liên quan cùng với những kinh nghiêm thực tế có đƣợc. Đây là công
trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Đức


ii

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Mạnh Lâm đã trực tiếp hƣớng dẫn, giúp
đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình từ xây
dựng đề cƣơng sơ bộ đến khi hoàn thiện luận văn “Các giải pháp nâng cao chất
lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên - Viễn thông Hà Nam”
Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong Khoa quốc tế và đào tạo sau
đại học, Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông, những nhà giáo đã truyền dạy
cho tôi kiến thức quý báu trong suốt những năm học vừa qua.
Xin đƣợc trân trọng cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp trong toàn VNPT Hà
Nam đã cung cấp thông tin, tài liệu và hỗ trợ giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình

thực hiện luận văn.
Do thời gian hoàn thành luận văn có hạn cho nên những suy nghĩ cũng nhƣ
sự thể hiện ý tƣởng trong luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết. Tôi rất
mong đƣợc sự động viên và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo.
Xin trân trọng cảm ơn!


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ...............................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ ...............................................................................ix
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON .............................................................................................................................3
1.1. Khái niệm mạng truy nhập ..............................................................................3
1.1.1. Mạng truy nhập cáp quang ...........................................................................6
1.1.2. Mạng truy nhập vô tuyến ............................ Error! Bookmark not defined.
1.3. Mạng truy nhập quang thụ động PON .............................................................6
1.3.1. Khái niệm mạng truy nhập quang thụ động PON ........................................6
1.3.2. Các thế hệ mạng PON...................................................................................9
1.3. Kết luận chƣơng .............................................................................................10
CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON ......................12
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ .....................12
2.1. Khái niệm GPON ...........................................................................................12
2.2. Các tiêu chuẩn ITU – T của GPON ...............................................................12
2.3. Kiến trúc chung của hệ thống GPON ............................................................14
2.4. Các mô hình mạng truy nhập cáp quang GPON ...........................................15

2.5. Thông số kỹ thuật của mạng GPON ..............................................................15
2.5.1. Tốc độ truyền dẫn .......................................................................................15
2.5.2. Các thông số kỹ thuật khác .........................................................................16
2.6. Đóng gói dữ liệu và nguyên tắc hoạt động của mạng GPON........................16
2.6.1. Kỹ thuật truy nhập ......................................................................................16
2.6.2 Phƣơng thức đóng gói dữ liệu trong GPON ................................................17
2.7. Các ứng dụng cơ bản và khả năng cung cấp dịch vụ của GPON ..................20


iv

2.8. Công nghệ PON thế hệ kế tiếp ......................................................................21
2.8.1 Phát triển các tiêu chuẩn PON .....................................................................22
2.8.2 NG-PON1 ....................................................................................................23
2.8.3 NG-PON2 ....................................................................................................24
2.9. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ trên mạng GPON ................26
2.9.1. Phân tích các yêu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ ............................26
2.9.2 Băng thông kết nối giữa UPE với các OLT .................................................27
2.9.3 Suy hao đƣờng truyền từ OLT đến ONT .....................................................27
2.10 Kết luận chƣơng ............................................................................................29
CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG MẠNG GPON TẠI
TRUNG TÂM VIỄN THÔNG DUY TIÊN – VNPT HÀ NAM ..............................30
3.1. Giới thiệu chung ............................................................................................30
3.2 Hiện trạng mạng truy nhập Viễn thông Hà Nam ............................................31
3.2.1. Mạng MAN- E Viễn thông Hà Nam 2017..................................................31
3.2.2. Hiện trạng mạng truy nhập Trung tâm Viễn thông Duy Tiên ....................34
3.4. Đo kiểm, giám sát, đánh giá chất lƣợng dịch vụ viễn thông sử dụng công
nghệ GPON ...........................................................................................................40
3.4.1. Các thiết bị phục vụ việc đo kiểm chất lƣợng mạng GPON tại Trung tâm
Viễn thông Duy Tiên ............................................................................................40

3.4.2. Hệ thống đo kiểm chất lƣợng dịch vụ xTest ...............................................41
3.4.3 Đo kiểm chất lƣợng dịch vụ tại Trung tâm viễn thông Duy Tiên ...............45
3.5. Đánh giá hiện trạng mạng quang thụ động GPON tại Trung tâm viễn thông
Duy Tiên trƣớc khi thực hiện các giải pháp nâng cao chất lƣợng ........................47
3.6. Các giải pháp nâng cao chất lƣợng mạng GPON ..........................................48
3.6.1. Tối ƣu, quy hoạch lại mạng GPON tại Trung tâm viễn thông Duy Tiên ...49
3.6.2. Thực hiện đấu nối các Splitter sơ cấp và Splitter thứ cấp theo nguyên tắc
Mid span ...............................................................................................................55
3.6.3. Nâng cấp thiết bị AGG và UPE, Giám sát băng thông kết nối giữa UPE với
các OLT ................................................................................................................58


v

3.6.4. Xây dựng quy trình giám sát chất lƣợng mạng GPON cho các thuê bao đang
hoạt động và các thuê bao phát triển mới. ................................................................65
3.6.5. Kết quả chất lƣợng mạng GPON sau khi thực hiện các giải pháp ..................72
3.7. Kết luận chƣơng .................................................................................................73
KẾT LUẬN ...............................................................................................................74
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................75


vi

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
A
Mạng cáp quang chủ động

AON

Active Optical Network

APON

ATM Passive Optical Network

ATM

Asynchronous Tranfer Mode

Mạng quang thụ động dùng
ATM
Chế độ truyền tải không đồng
bộ

B
BDRU

Dynamic Bandwidth Report Uplink

Báo cáo băng thông động
hƣớng lên

C
CO

Central Office

Tổng đài Trung tâm

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra lỗi khung
E

EPON

Ethernet Passive Optical Network

Mạng quang thụ động dùng
Ethernet

F
FEC
FTTB
FTTC
FTTH
GEM
GPON
GTC

Sửa lỗi hƣớng tới trƣớc
Mạng quang đến tòa nhà
Mạng quang đến tủ cáp
Mạng quang đến hộ gia đình

Forward Error Correction
Fibre to the Building

Fibre to the Cabinet/Curb
Fibre to the Home
G
GPON Encapsulation Method
Gigabit - Capable Passive Optical
Network
GPON Transmission Convergence

Giao thức đóng gói GPON
Mạng quang thụ động Gigabit
Khung truyền dẫn hội tụ
GPON

I
IP

MAN E

Internet Protocol

Giao thức Internet

M
Metropolitan Area Network –
Ethernet

Mạng đô thị băng rộng công
nghệ Ethernet

N

vii

NG-PON

Next Generation PON

Mạng PON thế hệ kế tiếp

ODN
OLT

O
Optical Distribution Network
Optical Line Terminal

Hệ thống phân phối quang
Thiết bị kết cuối đƣờng quang

ONT

Optical Network Terminal

Thiết bị kết cuối mạng quang

ONU

Optical Network Unit

Thiết bị mạng quang
P

PCBD

Physical Control Block

Khối điều khiển vật lý

Downstream

PLOAM

Physical Layer OAM

PLOU

Physical Layer Overhead Upstream

PLSU
PON

Power Leveling Sequence
Upstream
Passive Optical Network

Quản lý vận hành bảo dƣỡng
lớp vật lý
Mào đầu lớp vật lý
Điều chỉnh công suất

Mạng quang thụ động

T
Khung truyền dẫn GPON
Ghép kênh theo thời gian
PON ghép kênh theo thời gian

T-CONT
TDM
TDM PON

Transmission Container
Time Division Multiplexing
Time Division Multiplexing PON

TDMA
TWDM
PON

Time Division Multiplexing Access Đa truy nhập theo thời gian
Time Wave Division Multiplexing PON ghép kênh theo thời gian
PON
và bƣớc sóng

VLAN

V
Virtual Local Area Network

Mạng LAN ảo

WDM
PON

W
Wavelength Division Multiplexing
PON

Hệ thống PON ghép kênh
theo bƣớc sóng


viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Tổng suy hao đƣờng truyền từ OLT đến ONT .........................................28
Bảng 2.2: Tổng suy hao đầu fast connector và cáp thuê bao ....................................28
Bảng 3.1: Các tiêu chuẩn suy hao đƣờng dây GPON ...............................................44
Bảng 3.2: Mức đánh giá chất lƣợng của Hệ thống đo kiểm xTest............................45
Bảng 3.3: Suy hao các thuê bao GPON tại Trung tâm viễn thông Duy Tiên ...........47
Bảng 3.4: Danh sách Username trên Hệ thống đo xTest ..........................................67
Bảng 3.5: Bảng giao địa bàn quản lý và số lƣợng thuê bao Fiber VNN cho từng
nhân viên kỹ thuật .....................................................................................................70
Bảng 3.6: Chi tiết kết quả chất lƣợng mạng GPON sau khi thực hiện các giải pháp
nâng cao chất lƣợng mạng GPON.............................................................................73


ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 1.1: Mô hình mạng cáp quang thụ động PON....................................................7
Hình 2.1. Kiến trúc chung của hệ thống GPON........................................................14
Hình 2.2: Các mô hình triển khai mạng cáp quang GPON .......................................15
Hình 2.3: Ghép kênh TDMA trong GPON ...............................................................17
Hình 2.4: Điều khiển đa truy nhập GPON ................................................................18
Hình 2.5: Kiến trúc ghép kênh GPON ......................................................................19
Hình 2.6: Biểu đồ tăng trƣởng dữ liệu di động .........................................................22
Hình 2.7: Quy định bƣớc sóng trong ITU – T G.987 ...............................................23
Hình 2.8: Kiến trúc TWDM - PON ...........................................................................25
Hình 2.9: Các thành phần chính của đƣờng truyền từ OLT đến ONT......................28
Hình 3.1 Cấu trúc mạng MAN-E Viễn thông Hà Nam ...........................................31
Hình 3.2 Mô hình nguyên lý kết nối các thiết bị truy nhập - Viễn thông Hà Nam.28
Hình 3.3 .....................................................................................................................36
Hình 3.4 : Sơ đồ Mạng Truy nhập GPON Trung tâm viễn thông Duy Tiên trƣớc
khi thực hiện tối ƣu ...................................................................................................39
Hình 3.5: Sơ đồ chức năng của hệ thống xTest ........................................................41
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối hệ thống đo kiểm xTest ......................................................42
Hình 3.7: Kết quả đo nhân công 01 thuê bao trên Hệ thống Xtest ...........................45
Hình 3.8: Bảng thống kê các thuê bao tại OLT Đồng văn ........................................46
Hình 3.9: Giản đồ mạng cáp quang tại Trạm Cầu Giát khi đã thực hiện quy hoạch,
tối ƣu OLT về trạm Cầu Giát ....................................................................................53


x

Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc mạng truy nhập Trung tâm viễn thông Duy Tiên sau tối
ƣu ...............................................................................................................................54
Hình 3.11: Đấu nối Splitter theo nguyên tắc Mid Span ............................................56
Hình: 3.12: Kết quả đo suy hao toàn tuyến Đồng Văn – Duy Minh khi chƣa thực
hiện hàn nối theo nguyên tắc Mid Span ....................................................................57

Hình 3.13 : Kết quả đo suy hao toàn tuyến Đồng Văn – Duy Minh khi đã thực hiện
hàn nối theo nguyên tắc Mid Span. ...........................................................................58
Hình 3.14: Mô hình kết nối OLT đến UPE ..............................................................65
Hình 3.15: Kết quả đo Online một Cổng PON 1 ......................................................71


1

MỞ ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế-xã hội nƣớc ta trong những năm gần đây
với sự hình thành các khu công nghiệp, khu công nghệ cao, trung tâm thƣơng mại,
chung cƣ cao cấp... cùng với việc ứng dụng rộng rãi công nghệ thông tin trong mọi
lĩnh vực đã tạo ra nhu cầu sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và
dữ liệu rất lớn. Bên cạnh đó, nhu cầu về các dịch vụ ứng dụng trên Internet nhƣ mua
bán trực tuyến, ngân hàng trực tuyến, các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến,
vv... cũng đang ngày càng tăng mạnh. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới,
đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc
độ truy nhập cao. Công nghệ quang thu động (PON) ngoài việc giải quyết đƣợc vấn
đề băng thông, còn có ƣu điểm là chi phí lắp đặt thấp đồng thời cho phép tận dụng
đƣợc những sợi quang trong mạng đã có từ trƣớc. Bên cạnh đó với công nghệ PON
việc ghép thêm các thiết bị kết cuối mạng theo yêu cầu của các dịch vụ cũng dễ
dàng và thuận tiện, trong khi việc thiết lập thêm các nút mạng trong mạng tích cực
khá phức tạp do việc cấp nguồn tại các nút mạng .
Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đƣợc ITU chuẩn hóa từ năm
2005 (ITU – T G984) đã đƣợc triển khai phổ biến ở Bắc Mỹ, Châu Âu, Trung
Quốc,... GPON là công nghệ cung cấp dịch vụ mạng băng rộng, cho phép tích hợp
thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn, tốc độ cao. Ở Việt Nam hầu hết các
nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã chọn công nghệ GPON để cung cấp dịch vụ
FTTH cho khách hàng. Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã lựa
chọn công nghệ GPON để triển khai tại các tỉnh, thành phố. Cuối năm 2014 Tập

đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam đã quyết định cho phép Viễn thông Hà Nam
đầu tƣ hệ thống cáp quang truy nhập sử dụng công nghệ GPON. Trung tâm viễn
thông Duy Tiên - Viễn thông Hà Nam cũng bắt đầu triển khai công nghệ GPON từ
cuối tháng 12 năm 2014 và triển khai mạnh mẽ vào năm 2015, đặc biệt là năm 2016
và năm 2017.
Trung tâm viễn thông Duy Tiên - Viễn thông Hà Nam triển khai mạng
GPON dựa trên hạ tầng mạng quang ODN đƣợc xây dựng từ năm 2010 và hạ tầng
mạng quang xây dựng mới. Trong bối cảnh nhu cầu về các dịch vụ viễn thông của
xã hội ngày càng lớn, với số lƣợng thuê bao ngày càng gia tăng và yêu cầu về chất
lƣợng dịch vụ của khách hàng ngày càng cao, VNPT đã đề ra mục tiêu phấn đấu trở


2

thành nhà cung cấp dịch vụ viễn thông có chất lƣợng dịch vụ và phục vụ tốt nhất.
Để làm đƣợc điều đó thì việc nâng cao chất lƣợng mạng GPON là một nhiệm vụ rất
quan trọng và cần thiết.
Là một học viên đang công tác tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT
Hà Nam, đơn vị chịu trách nhiện chính trong việc đảm bảo chất lƣợng mạng GPON
trên địa bàn, em lựa chọn đề tài nghiên cứu “Các giải pháp nâng cao chất lượng
mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam”. Các kết quả
của đề tài đƣợc áp dụng vào thực tế để mạng truy nhập quang công nghệ GPON của
Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam đƣợc khai thác một cách hiệu
quả, vừa đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cung cấp cho khách hàng, vừa đảm bảo nhu
cầu phát triển dịch vụ của đơn vị.
Luận văn tập trung tìm hiểu những đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ
mạng GPON, các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng mạng GPON và nghiên cứu các
giải pháp nhằm nâng cao chất lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy
Tiên – VNPT Hà Nam. Luận văn đƣợc trình bày với các nội dung chủ yếu sau đây:
MỞ ĐẦU

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ
ĐỘNG – PON
CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON VÀ
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
CHƢƠNG 3: MẠNG GPON VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT
LƢỢNG MẠNG GPON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG DUY TIÊN – VNPT
HÀ NAM
KẾT LUẬN


3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP
QUANG THỤ ĐỘNG - PON
Chƣơng 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 viễn thông thƣờng đƣợc cấu thành bởi ba mạng chính: mạng lõi, mạng
phía khách hàng và 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 đƣờng dây đƣợc
lắp đặt giữa trạm chuyển mạch nội hạt với các thiết bị đầu cuối của thuê bao”[4, Tr
2].
Các công nghệ trong mạng truy nhập có thể đƣợc chia thành hai nhóm chính
là:
a) Các công nghệ truy nhập vô tuyến:
Mạng truy nhập vô tuyến là mạng truy nhập không dây với môi trƣờng
truyền dẫn là không khí.
Ƣu điểm của mạng vô tuyến là không cần dây đấu nối giữa các thiết bị. Tuy
nhiên, nhƣợc điểm là dễ bị vật cản che chắn và chịu sự tác động của môi trƣờng

xung quanh. Dƣới đây là một số công nghệ truy nhập vô tuyến đã và đang đƣợc sử
dung:
Truy nhập qua vệ tinh
Hệ thống truy nhập đa điểm nội hạt LMDS Local Multipoint
Distribution System)
WiFi, WiMAX
3G, 4G
b) Các công nghệ hữu tuyến:
Mạng truy nhập hữu tuyến là mạng truy nhập sử dụng các loại dây dẫn để
đấu nối các thiết bị. Dƣới đây là một số công nghệ truy nhập vô tuyến đã và đang
đƣợc sử dung:
xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL.. qua đƣờng
cáp đồng.


4

 Truy nhập qua mạng cáp truyền hình
 FTTx: (FTTH, FTTB, FTTC, FTTN..) truy nhập băng rộng qua đƣờng
cáp quang.
 Truy nhập băng rộng qua đƣờng truyền tải điện (Broadband over Power
Line –BPL hay Power Line Communications – PLC).
1.1.1. Wifi và Wimax
WiFi là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn
IEEE 802.11. WiFi đã và đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi ở các nơi công cộng: nhà
ga, sân bay, khách sạn, quán cafe do giá thành thiết bị truy nhập AP (Access Point)
rẻ, thiết bị đầu cuối có sẵn trong tất cả các máy tính xách tay, điện thoại di
động…Tuy nhiên Wifi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp
dịch vụ vì khoảng cách bao phủ quá ngắn (dƣới 100m). Với công nghệ Wi-Fi, các
trạm đầu cuối truy nhập theo điểm truy cập (Access point) trên cơ sở ngẫu nhiên.Vì

thế, trạm xa điểm truy cập dễ bị đứt kết nối hơn so với trạm ở gần. Điều này hạn chế
việc triển khai những dịch vụ chất lƣợng cao nhƣ IPTV, VoIP...
WiMAX là một công nghệ truy cập không dây băng rộng do diễn đàn
WiMAX (WiMAX Forum) xây dựng và hƣớng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định
đến di động, nó cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) nhƣ
một phƣơng thức thay thế cho cáp và DSL, đặc biệt hữu ích đối với các vùng không
triển khai đƣợc công nghệ DSL. WiMAX có thể cung cấp tốc độ hàng chục Mbps
tới ngƣời sử dụng và trong khoảng cách hàng chục km theo chuẩn IEEE 802.16,
tầm hoạt động có thể lên tới 50 km đối với các trạm cố định, và 5 - 15km cho di
động.
Tuy WiMAX có nhiều điểm ƣu việt nhƣ vậy và có thể cạnh tranh với các
xDSL nhƣng cũng chƣa đủ đáp ứng nhu cầu băng thông cỡ Gigabit tới ngƣời dùng.
Việc triển khai công nghệ này cũng có những khó khăn nhất định; giá cả thiết bị đầu
cuối đắt, số lƣợng các nhà sản xuất các thiết bị đầu cuối hạn chế, việc chuẩn hoá
thiết bị khó đồng nhất do thiếu khả năng mềm dẻo, linh hoạt của WiMAX. Dải tần
mà WiMAX sử dụng không tƣơng thích tại mọi quốc gia điều này sẽ hạn chế khả
năng phổ biến của WiMAX, mặt khác còn một hạn chế khác là quỹ băng tần có hạn
chỉ có thể cấp cho một số nhà khai thác. Ngoài ra WiMAX sử dụng sóng vô tuyến
nên chịu ảnh hƣởng nhiều bởi các yếu tố môi trƣờng.
1.1.2. Công nghệ xDSL


5

Công nghệ xDSL tận dụng hệ thống hạ tầng cáp điện thoại bằng đồng có sẵn
để truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao. xDSL tách băng thông trên đƣờng điện thoại
thành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền tải dữ
liệu ở tốc độ cao. xDSL có nhiều biến thể nhƣ ADSL (Asymetric DSL), ADSL2,
ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), HDSL.. Bảng 1.1 dƣới đây tóm tắt một
số đặc tính các kỹ thuật xDSL.

Bảng 1.1: Một số đặc tính các kỹ thuật xDSL
1.1.3. Cáp truyền hình
Truy nhập Internet tốc độ cao qua đƣờng truyền hình cáp là mô hình lai
ghép HFC (Hybrid Fiber Coaxial) tận dụng cơ sơ hạ tầng cáp quang và cáp đồng
trục của mạng truyền hình cáp. Công nghệ theo tiêu chuẩn DOCSIS (Data Over
Cable Service Interface Specification) cho phép khách hàng có thể kết nối Internet
với tốc độ tải dữ liệu (download) tối đa lên tới 10Mbps và tốc độ gửi dữ liệu
(upload) lên tới 2Mbps cao hơn nhiều so với tốc độ đƣờng ADSL (8 Mbps
download, 600 Kbps upload).
Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin 1 chiều từ nhà cung
cấp nội dung chƣơng trình (các kênh TV) tới các thuê bao nhƣng để sử dụng đƣợc
Internet là hình thức thông tin hai chiều thì các nhà cung cấp truyền hình cáp cần
phải đầu tƣ nâng cấp thiết bị để có khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngƣợc
lại từ phía đầu cuối khách hàng, đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhà
cung cấp dịch vụ thứ ba. Điều này là một nhƣợc điểm của phƣơng án này vì cần chi
phí triển khai, duy tu và bảo dƣỡng cao.


6

1.1.4. Truy nhập băng rộng qua đường truyền tải điện
Công nghệ truyền thông qua đƣờng truyền tải điện (Power Line
Communications – PLC) sử dụng mạng lƣới đƣờng dây cung cấp điện năng cho
mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chi phí đầu tƣ. Để có thể truyền thông
tin qua phƣơng tiện truyền dẫn là đƣờng dây dẫn điện, cần phải có các thiết bị đầu
cuối là PLC modem, các modem này có chức năng biến đổi tín hiệu từ các thiết bị
viễn thông truyền thống sang một định dạng phù hợp để truyền qua đƣờng dây dẫn
điện. Hiện nay, công nghệ PLC đã có thể đƣợc sử dụng cho các ứng dụng thƣơng
mại trong nhà nhƣ hệ thống giám sát, cảnh báo, tự động hoá...Các ứng dụng truyền

tin dựa trên PLC hiện đang còn rất nhiều tiềm năng cần đƣợc tiếp tục khai phá.
1.1.5. Mạng truy nhập cáp quang
Mạng truy nhập cáp quang là mạng truy nhập hữu tuyến với môi trƣờng
truyền dẫn từ tổng đài đến thuê bao là sợi cáp quang.
Ƣu điểm của mạng cáp quang là dễ triển khai, tốc độ cao có thể đạt đƣợc 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
nhƣợc điểm là công nghệ xử lý phức tạp, thiết bị tổng đài và thiết bị đầu cuối giá
thành cao.
1.2. Mạng truy nhập quang chủ động AON
Mạng truy nhập quang chủ động (Active Optical Network - AON) sử dụng
các thiết bị quang tích cực và cung cấp các kết nối Điểm - Điểm (P2P) thông qua
đôi sợi quang kết nối thẳng từ thiết bị Tổng đài đặt tại nhà trạm tới thiết bị IPDSLAM hoặc qua thiết bị Tổng đài đặt trung gian (cấu trúc mạng MAN-E). Với mô
hình này, để cung cấp dịch vụ băng rộng tới mỗi khách hàng sẽ phải sử dụng đôi sợi
quang để kết nối. Do vậy nhu cầu sử dụng sợi quang lớn, chi phí đầu tƣ, bảo dƣỡng
mạng cáp quang tăng cao.
1.3. Mạng truy nhập quang thụ động PON
1.3.1. Khái niệm mạng truy nhập quang thụ động 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), trong đó các sợi quang làm cơ sở tạo kiến trúc mạng. Trong
mạng này có một đƣờng quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa
lý (Xem Hình 1.1). Tại đây đƣờng quang dùng chung này sẽ đƣợc chia tách thành
các đƣờng quang riêng biệt (thƣờng là từ 8 đến 128 nhánh) đi đến từng khách hàng.


7

Nhƣ vậy, mỗi khách hàng đƣợc 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 tích

cực trong mạng phân chia và băng thông đƣợc chia sẻ từ nhánh (feeder) đến ngƣời
dùng (drop), cho phép một sợi quang đơn phục vụ nhiều nhánh cơ sở.
Mô hình mạng PON đƣợc thể hiện ở Hình 1.1

Hình 1.1: Mô hình mạng cáp quang thụ động PON
Thiết bị kết cuối đƣờng dây OLT (Optical Line Termination): Cung cấp giao
diện phía mạng.
Mạng phân bố quang ODN (Optical Distribution Network): Thực hiện truyền
dẫn quang từ OLT tới ngƣời dùng và ngƣợc lại, sử dụng các cấu kiện quang thụ
động.
Thiết bị mạng quang ONU (Optical Network Unit): Cung cấp giao diện phía
ngƣời dùng (trực tiếp hoặc từ xa) của mạng PON và đƣợc kết nối tới Mạng phân bố
quang ODN.
Thiết bị kết cuối mạng ONT (Optical Network Termination): Là thiết bị
ONU cung cấp chức năng cổng giao diện cho ngƣời dùng trong mạng FTTH.
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) đặt ở phía ngƣời dùng cuối. Tín hiệu đƣờng
xuống đƣợc phát quảng bá tới các thuê bao. Tín hiệu đƣờng lên đƣợc kết hợp bằng
việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), OLT sẽ điều
khiển các ONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ liệu đƣờng lên.


8

Mạng PON không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào cần phải sử dụng sự
chuyển đổi điện - quang. Thay vào đó, PON bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết
hợp, bộ ghép định hƣớng, thấu kính, bộ lọc,... Điều này giúp cho PON có một số ƣu
điểm nhƣ sau:
+ Không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hƣởng bởi lỗi nguồn, có

độ tin cậy cao và không cần phải bảo dƣỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều nhƣ
đối với mạng có sử dụng các phần tử tích cực. Các bộ chia (splitter) không cần cấp
nguồn, có giá thành rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện
môi trƣờng, không cần phải cung cấp năng lƣợng cho các thiết bị giữa Tồng đài
trung tâm (CO) và ngƣời dùng. Ngoài ra, ƣu điểm này còn giúp các nhà khai thác
giảm đƣợc chi phí bảo dƣỡng, vận hành.
+ Công nghệ PON cho phép giảm số lƣợng dây dẫn và thiết bị tại Tổng đài
trung tâm so với các kiến trúc Điểm - Điểm và nhƣ vậy sẽ giảm chi phí cáp quang
và giảm chi phí cho thiết bị tại Tổng đài trung tâm do nó cho phép nhiều ngƣời
dùng (8,16,32,64 hoặc 128) chia sẻ chung một sợi quang nối tới Tổng đài trung tâm.
+ Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ƣu
điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng đƣợc những sợi quang trong mạng đã có
từ trƣớc. 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 lƣợng trên các nút này
không gây ảnh hƣởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút mất năng lƣợng mà
không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp
không thể đảm bảo đƣợc năng lƣợng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa.
Với những lý do nhƣ trên, công nghệ PON có thể đƣợc coi là một giải pháp
hàng đầu cho mạng truy nhập. PON cũng cho phép tƣơng thích với các giao diện
SONET/SDH và có thể đƣợc sử dụng nhƣ một vòng thu quang thay thế cho các
tuyến truyền dẫn ngắn trong mạng đô thị hay mạch vòng SONET/SDH đƣờng trục.
Ngoài những ƣu điểm trên thì nhƣợc điểm của mạng PON so với mạng cáp
quang chủ động (AON) là khoảng cách truyền dẫn tối đa nhỏ hơn; khoảng cách
truyền dẫn tối đa của mạng PON là 20 km.

9

1.3.2. 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 đƣợc gọi là APON
(viết tắt của ATM PON). Cái tên APON sau đó đƣợc thay thế bằng BPON với ý
diễn đạt PON băng rộng. Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng
rộng nhƣ Ethernet, Video, đƣờng riêng ảo, kênh thuê riêng, v.v... Năm 1997 nhóm
FSAN đƣa 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 lƣợt đƣợc thông qua. Hệ thống
BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hƣớng lên và 622 Mbps hƣớng
xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps. Các hệ thống BPON đã đƣợc sử dụng ở
nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu.
b. GPON
Do khó có thể nâng tốc độ của BPON lên cao hơn 622 Mbps và mạng PON
trên cở sở nền ATM không tối ƣu đối với lƣu lƣợng IP, nhóm FSAN đã phát triển
một hệ thống mạng PON mới từ năm 2001 với tốc độ 1Gbps hỗ trợ cả lƣu lƣợng
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 đƣợc 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 ƣu điểm của GPON: Hỗ trợ cung cấp dịch vụ bộ ba, các dịch vụ âm
thanh, dữ liệu và video truyền theo định dạng gốc của nó. Rất nhiều các dịch vụ

Ethernet nhƣ QoS, VLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) và RSTP
(Rapid Spanning Tree Protocol) cũng đƣợc hỗ trợ. Hiệu suất và tốc độ đƣờng
truyền cao nhất: GPON hỗ trợ tốc độ bít cao nhất từ trƣớc tới nay với tốc độ hƣớng
xuống 2,488/1 Gbit/s và tốc độ hƣớng lên là 244 Gbit/s. GPON cung cấp độ rộng
băng lớn chƣa từng có từ trƣớc tới nay và là công nghệ tối ƣu cho các ứng dụng của
FTTH và FTTB.


10

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 nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile
(EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập
vùng, hƣớng tới các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn
giữ các tính chất của Ethernet truyền thống. Ethernet PON đƣợc bắt đầu nghiên cứu
trong thời gian gian này.
Ethernet PON (EPON) là mạng trên cở sở PON mang lƣu lƣợng dữ liệu gói
trong các khung Ethernet đƣợc chuẩn hóa theo IEEE 802.3, sử dụng mã đƣờng
truyền 8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps
d. NG-PON
NG-PON (Next Generation PON), mạng truy nhập quang thụ động thế hệ
tiếp theo, ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ và băng thông truy
nhập. Các công nghệ cho thế hệ kế tiếp nhƣ 10GPON, 10GEPON đƣợc 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 đƣờng xuống), 1Gbps (cho đƣờng lên) và
cấu hình đối xứng hoạt động ở tốc độ 10Gbps cho cả hai hƣớng. Vào tháng 6 năm
2012, 10GPON đƣợc chuẩn hóa tại tiêu chuẩn ITU-T G987: 10-Gigabit-capable

passive optical network (XG-PON) systems, và đƣợc xác định dựa trên kiến trúc
TDM PON.
NG-PON 2 đƣợc ITU định nghĩa trong khuyến nghị ITU-T G.989: 40Gigabit-capable passive optical networks (NG-PON2) vào tháng 10/2015. Mạng
quang thụ động thế hệ kế tiếp NG-PON 2 sử dụng công nghệ (TWDM) ghép kênh
phân chia theo bƣớc sóng (WDM) và đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDM).
NG-PON2 cho phép đạt tốc độ 40 Gbps cho đƣờng xuống và 10 Gbps cho đƣờng
lên. TWDM - PON sẽ cùng tồn tại với hệ thống GPON và 10GPON.
1.3. Kết luận chƣơng
Chƣơng 1 trình bày một số nội dung tổng quan về mạng truy nhập quang thụ
động PON, bao gồm cấu trúc mạng, mô tả các thiết bị, và các công nghệ trong mạng
PON. Các ƣu điểm của mạng PON cũng đƣợc trình bày.


11

Chƣơng này cũng giới thiệu các thế hệ mạng PON đã và đang đƣợc triển
khai nhƣ APON, BPON, GPON, EPON và mạng PON thế hệ kế tiếp XG PON, NG
PON2 sử dụng công nghệ TWDM PON.


12

CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
Chƣơng 2 tìm hiểu sâu thêm về mạng truy nhập quang thụ động GPON bao
gồm các thông số kỹ thuật, các phƣơng thức đóng gói và truyền tải dữ liệu trong
mạng, khả năng bảo mật mạng, khả năng cung cấp băng thông. Cùng với đó xu
hƣớng phát triển mạng PON thế hệ kế tiếp và các vấn đề chuyển tiếp từ mạng
GPON lên mạng thế hệ sau cũng sẽ đƣợc trình bày trong chƣơng này. Cuối cùng
Chƣơng 2 sẽ trình bày các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ trên mạng

GPON.
2.1. Khái niệm GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Network) đƣợc ITU-T định nghĩa tại chuẩn
ITU-T G.984. GPON đƣợc 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, GPON cho phép lựa chọn tốc độ bit khác nhau: 622
Mbit/s, 1,25 Gbit/s, 2,5 Gbit/s cho luồng xuống và 1,25 Gbit/s cho luồng lên.
Phƣơng thức đóng gói GPON - GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép
đóng gói lƣu lƣợng ngƣời dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất
lƣợng dịch vụ QoS (Quality of Service) cao hơn. GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng
cƣờng bảo mật, phân phối các dịch vụ tới nhiều thuê bao với chi phí thấp cũng nhƣ
cho phép khả năng tƣơng thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị. Với các ƣu điểm
đó, GPON là hệ thống mạng truy nhập quang thụ động tiên tiến nhất hiện nay, có
khả năng hỗ trợ truyền nhiều dịch vụ, với khả năng thiết lập các chế độ vận hành,
quản lý và bảo dƣỡng tốt nhất.
2.2. Các tiêu chuẩn ITU – T của GPON
GPON đƣợc ITU-T định nghĩa tại chuẩn ITU-T 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 ngƣời 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) 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 hƣớng xuống 1244,160 Mbit/s, 2488,320 Mbit/s và hƣớng lên


13

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 chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thống GPON 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, phƣơng thức điều khiển truy nhập môi trƣờng, phƣơng 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 hƣớng xuống.
- ITU-T G.984.3 Adm3 (12/2006): Làm 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 lƣu lƣợng
pseudowire.
- ITU-T G.984.5 (09/2007): “G-PON: Enhancement band” đƣa ra dải bƣớc
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 bƣớc sóng quang và tốc độ chia tách.
- ITU-T G.984.7 (07/2010): “Long reach”, đƣa 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.