Nghiên cứu công nghệ g PON và ứng dụng triển khai mạng truy nhập quang thụ động tại trung tâm viễn thông 1 – VNPT hà nội

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là:

Lê Quang Hợp

Sinh ngày:

08 tháng 10 năm 1974 tại Bắc Giang

Quê quán:

Ngọc Sơn – Hiệp Hòa – Bắc Giang

Hộ khẩu:

Phường Thượng Thanh - Long Biên - Hà Nội

Nơi công tác:

Trung tâm VT1 - VNPT Hà Nội - Tập đoàn VNPT

Mã học viên:

15K13010004, Kỹ thuật viễn thông, Khóa 2015-2017

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ “Nghiên cứu công nghệ
G-PON và ứng dụng triển khai mạng truy nhập quang thụ động tại Trung tâm viễn
thông 1 – VNPT Hà Nội” là công trình nghiên cứu của tôi với sự giúp đỡ của các
anh chị đồng nghiệp tại VNPT Hà Nội. Các kết quả nghiên cứu có tính độc lập
riêng, không sao chép bất cứ tài liệu nào. Các dữ liệu sử dụng trong luận văn có
nguồn gốc rõ ràng, đúng với thực tiễn đơn vị. Các kết quả nghiên cứu trong luận

văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với
thực tiễn của đơn vị.
Hà Nội, ngày 22tháng 12năm 2017

Học viên thực hiện

Lê Quang Hợp


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, cho phép em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và lời cảm ơn
sâu sắc nhất đến các Thày cô đã trực tiếp giảng dạy, các Thày cô trong khoa đào tạo
sau đại học, các Thày cô trong Ban giám hiệu Viện đại học mở Hà Nội đã trực tiếp
tận tình hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường. Nhờ
sự chỉ bảo hướng dẫn quý giá đó mà trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và viết
luận văn em đã hoàn thành một các tốt nhất chương trình của khóa học.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô giáo – Các nhà khoa học
đã trực tiếp hoặc gián tiếp giảng dạy truyền đạt những kiến thức khoa học chuyên
ngành bổ ích cho em trong suốt hai năm qua.
Em xin gửi tới PGS.TS Phạm Ngọc Namlời cảm ơn sâu sắc nhất vì đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi để hướng dẫn giúp đỡ em nghiên cứu tài liệu và hoàn thành
đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sỹ “Nghiên cứu công nghệ G-PON và ứng dụng triển
khai mạng truy nhập quang thụ động tại Trung tâm viễn thông 1 – VNPT Hà Nội”.
Cuối cùng, Em rất mong nhận được sự đóng góp, nhận xét và phê bình của
quý Thầy Cô và tất cả bạn đọc.


TÓM TẮT
Đề tài luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu công nghệ G-PON và ứng dụng triển
khai mạng truy nhập quang thụ động tại Trung tâm viễn thông 1 – VNPT Hà Nội”

gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ GPON
Chương 2: Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng VNPT Hà Nội và Trung
tâm viễn thông 1.
Chương 3: Tối ưu mạng băng rộng MAN-E và mạng truy nhập GPON nhằm
thay thế mạng truy nhập cáp đồng ADSL tại TTVT1 và VNPT Hà Nội.
Về cơ bản, đề tài luận văn thạc sỹ đã nghiên cứu hiện trạng hạ tầng viễn
thông VNPT Hà Nội và TTVT1 để chỉ ra những giải pháp cần bổ sung, tối ưu nhằm
đáp ứng nhu cầu phát triển của công nghệ và nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng
của khách hàng trên địa bàn Hà Nội.
Trên cơ sở hiện trạng và những bất cập đang tồn tại. Luận văn chỉ ra những
giải pháp tối ưu hệ thống, hạ tầng nhằm đảm bảo nâng cao chất lượng dịch vụ và
khả năng đáp ứng hạ tầng viễn thông cung cấp cho khách hàng có nhu cầu sử dụng
các dịch vụ viễn thông ngày một tăng, nhất là dịch vụ Internet cáp quang trên địa
bàn Hà Nội.
Mặt khác, việc triển khai đồng bộ các giải pháp đã nêu tại đề tài nghiên cứu
đã góp phần quan trọng trong việc quy hoạch hạ tầng mạng viễn thông của đơn vị từ
nay đến hết năm 2020 [1], đáp ứng hầu hết nhu cầu của khách hàng về giải pháp kết
nối băng rộng. Bên cạnh đó, việc triển khai các giải pháp cũng sẽ từng bước thu gọn
tiến tới thu hồi thanh lý mạng truy nhập cáp đồng cũ công kềnh, tốc độ hạn chế, chi
phí giá thành cao trong năm 2018[2]. … để phục vụ tái đầu tư hạ tầng quang hiện
đại, đồng bộ nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cũng như sự phát triển công nghệ ngày
càng cao của xã hội.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 2
TÓM TẮT ............................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT....................................................................... 8

DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. 11
LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 ............................................................................................................ 3
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPON ................................................................ 3
1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................... 3
1.2. Kiến trúc và các phần tử kết cuối mạng PON .................................................... 5
1.2.1 Kiến trúc và các phần tử mạng PON ............................................................... 5
1.2.2. Các hệ thống PON đang được triểnkhai ......................................................... 9
1.2.2.1 Hê thống APON/BPON ............................................................................... 9
1.2.2.2. Hệ thống GPON ........................................................................................ 10
1.2.2.3 Hệ thống EPON ......................................................................................... 10
1.2.2.4. Hệ thống WDM-PON ............................................................................... 10
1.2.2.5. Nhậnxét .................................................................................................... 11
1.3. Khả năng cung cấp băng thông và dịch vụ ...................................................... 11
1.3.1. Khả năng cung cấp băng thông .................................................................... 11
1.3.2. Khả năng cung cấp dịch vụ .......................................................................... 12
1.4. Kết luận .......................................................................................................... 14
CHƯƠNG 2 .......................................................................................................... 16


HIỆN TRẠNG MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG VNPT HÀ NỘI VÀ TRUNG
TÂM VIỄN THÔNG 1 .......................................................................................... 16
2.1. Hiện trạng hệ thống mạng MAN-E ................................................................. 16
2.1.1. Cấu trúc mạng MAN-E ................................................................................ 16
2.1.2. Hiện trạng mạng MAN-E VNPT Hà Nội ..................................................... 19
2.1.3. Khả năng kết nối của hệ thống MAN-E VNPT Hà Nội ................................ 21
2.1.3.1. MetroNet cung cấp kết nối KTR Ethernet điểm tới điểm ........................... 21
2.1.3.2. MetroNet cung cấp kết nối KTR Ethernet điểm tới điểm ........................... 21
2.1.3.3. MetroNet cung cấp kết nối KTR Ethernet điểm tới đa điểm ...................... 22
2.1.3.4. MetroNet cung cấp kết nối Internet trực tiếp với VDC .............................. 23

2.1.3.5. MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN liên tỉnh với VDC ......................... 23
2.1.3.6. MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN quốc tế với VDC .......................... 24
2.1.3.7. MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN nội tỉnh tốc độ cao ....................... 24
2.1.3.8. MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN liên tỉnh tốc độ cao ...................... 25
2.1.3.9. MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN quốc tế tốc độ cao ........................ 26
2.1.3.10. MetroNet cung cấp kết nối VPN nội tỉnh L2 tốc độ cao .......................... 26
2.1.3.11. MetroNet cung cấp kết nối dịch vụ FTTH ............................................... 27
2.2. Cấu trúc mạng PON Trung tâm viễn thông 1 - VNPT Hà Nội ......................... 28
2.2.1. Nguyên tắc tổ chức mạng FTTx - PON ........................................................ 28
2.2.1.1. Các sở cứ tổ chức mạng phân phối cáp quang (ODN) ............................... 28
2.2.1.2. Nguyên tắc phối cáp.................................................................................. 28
2.2.2. Lựa chọn Splitter và các giải pháp lắp đặt .................................................... 30
2.2.2.1. Giải pháp lắp đặt Splitter 1 cấp ................................................................. 30


2.2.2.2. Giải pháp lắp đặt Splitter 2 cấp. ................................................................ 31
2.2.3. Các giải pháp cho mạng FTTH. ................................................................... 32
2.2.3.1. Giải pháp cho các toà chung cư, văn phòng có mật độ khách hàng cao. .... 32
2.2.3.2. Giải pháp cho khu đô thị tập trung nhiều nhà cao tầng .............................. 34
2.2.3.3. Giải pháp tại các khu biệt thự, nhà liền kề. ................................................ 36
2.2.4. Kết cuối dây thuê bao quang tại nhà Khách hàng ......................................... 37
2.2.4.1. Kết cuối tại các khu nhà riêng lẻ, liền kề và biệt thự.................................. 37
2.2.4.2. Kết cuối tại các tòa nhà cao tầng, văn phòng. ............................................ 38
2.2.5. Định nghĩa các dịch vụ cung cấp trên hệ thống GPON ................................. 38
2.2.5.1. Dịch vụ FiberVNN trên GPON ................................................................. 38
2.2.5.2. Dịch vụ FiberVNN + MyTV HD .............................................................. 40
2.2.5.3. Dịch vụ MegaWAN nội tỉnh (VPN L3) trên GPON................................... 42
2.2.5.4. Dịch vụ MegaWan liên tỉnh tốc độ cao ..................................................... 43
1.4. Kết luận .......................................................................................................... 45
CHƯƠNG 3 .......................................................................................................... 46

TỐI ƯU MẠNG BĂNG RỘNG MAN - E VÀ MẠNG TRUY NHẬP G - PON
NHẰM THAY THẾ MẠNG TRUY NHẬP CÁP ĐỒNG ADSL TẠI TTVT1 ..... 46
VNPT HÀ NỘI...................................................................................................... 46
3.1. Cơ sở, sự cần thiết thực hiện giải pháp tối ưu mạng ........................................ 46
3.2. Mục tiêu của giải pháp tối ưu hoá mạng MAN-E và GPON ............................ 47
3.3. Thực hiện giải pháp ........................................................................................ 48
3.3.1. Giải pháp tối ưu mạng MAN - E .................................................................. 48
3.3.1.1. Tối ưu lưu lượng truyền tải từ lớp AGG lên lớp Core VNPT Hà Nội ........ 48


3.3.1.2. Tách Ring Aggregation ............................................................................. 53
3.3.1.3. Xây dựng phần mền thống kê lưu lượng các tuyến trung kế để chủ động tối
ưu hoá lưu lượng mạng lưới .................................................................................. 56
3.3.2. Giải pháp tối ưu năng lực mạng truy nhập GPON ........................................ 62
3.3.2.1. Hiện trạng ................................................................................................. 62
3.3.2.2. Giải pháp .................................................................................................. 64
3.4. Kết luận đánh giá hiệu quả của giải pháp ........................................................ 68
KẾT LUẬN LUẬN VĂN ...................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 70


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACC
ADSL

Access
Asymmetric Digital Subscriber
Line

Lớp mạng truy nhập

Đường TB số k đối xứng

AGG

Aggregation

Lớp tập trung lưu lượng

AN

Access Node

Nốt truy nhập

ANI

Access Node Interface

Giao diện nốt truy nhập

APON

ATM over Passive Optical
Network

ATM qua mạng quang thụ động

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộ

BER

Bit Error Ratio

Tỉ lệ lỗi bit

BRAS

Broadband remote Access Server

Truy nhập máy chủ từ xa

BTN

Bat Trang

Tổng đài Bát Tràng

CBR

Constant Bit Rate

Tốc độ bit cố định

CGY

Cau Giay

Tổng đài Cầu Giấy

CORE

Core

Lớp mạng lõi

DAH

Dong Anh

Tổng đài Đông Anh

DGG

Duc Giang

Tổng đài Đức Giang

DHNN1 Dai Hoc NN1

Tổng đài Đại học NN 1

DTN

Da Ton

Tổng đài Đa Tốn

DTH

Dinh Tien Hoang

Tổng đài Đinh Tiến Hoàng

DSLAM Digital Subscriber Line

Đường thuê bao số

E/O

Electrical/Optical

Điện/quang

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi

FTTB

Fiber to the Building

Mạng quang đến tòa nhà

FTTCa

Fiber to the Cabinet/Curb

Mạng quang đến tủ cáp

FTTH

Fiber to the Home

Mạng quang đến hộ gia đình


GEM

G-PON Encapsulation Mode

Chế độ đóng gói GPON

GLP

Gia Lam Pho

Tổng đài Gia Lâm Phố

GPM

G-PON Physical Media

Lớp phụ thuộc vật lý GPON

GPON
GTC

Gigabit-capable Passive Optical
Network
GPON Transmission
Convergence

Mạng quang thụ động gigabit
Lớp hội tụ truyền dẫn GPON

HXA

Hoi Xa

Tổng đài Hội Xá

IP

Internet Protocol

Giao thức mạng

KKY

Kieu Ky

Tổng đài Kiêu Kỵ

KLN

Kim Lan

Tổng đài Kim Lan

KSN

Kim Son

Tổng đài Kim Sơn

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

LBN

Long Bien

Tổng đài Long Biên

LT

Line Terminal

Đầu cuối đường dây

MAN

Metronet Area Network

Mạng vùng đô thị

MPLS

Multi-Protocol-Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPN

Mode Partition Noise

Nhiễu chia mode

NE

Network Element

Phần tử mạng

NT

Network Termination

Kết cuối mạng

NTY

Ngọc Thụy

Tổng đài Ngọc Thụy

NVC

Nguyen Van Cu

Tổng đài Nguyễn Văn Cừ

NHP

Ninh Hiep

Tổng đài Ninh Hiệp

O/E

Optical/Electrical

Quang/điện

OAN

Optical Access Network

Mạng truy nhập quang

ODF

Optical Distribution Frame

Giá phân phối quang

ODN

Optical Distribution Network

Mạng phân phối quang


Thiết bị kết cuối đường dây

OLT

Optical Line Termination

ONT

Optical Network Termination

Kết cuối mạng quang

ONU

Optical Network Unit

Đơn vị mạng quang

ONU Identifier

Nhận dạng thiết bị kết cuố

ORL

Optical Return Loss

Suy hao phản xạ quang

OS

Operations System

Hệ điều hành

PDN

Phu Dong

Tổng đài Ninh Hiệp

PON

Passive Optical Network

Mạng quang thụ động

Port-ID

Port Identifier

Nhận dạng cổng

PTY

Phu Thuy

Tổng đài Phú Thụy

QOS

Quality of service

Chất lượng dịch vụ

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Mạng số đồng bộ

SDN

Sai Dong

Tổng đài Sài Đồng

SN

Serial Number

Số seri

SNI

Service Node Interface

Giao diện node dịch vụ

TBN

Thach Ban

Tổng đài Thạch Bàn

TDH

Thuong Dinh

Tổng đài Thượng Đình

TQY

Trau Quy

Tổng đài Trâu Quỳ

TTVT1

Trung tam vien thong 1

Trung tâm viễn thông 1

TTH

Thuong Thanh

Tổng đài Thượng Thanh

VOIP

Voice Over Internet Protocol

Giao thức thoại Internet

VTH

Viet Hung

Tổng đài Việt Hưng

VTHN

Vien thong Ha Noi

Viễn thông Hà Nội

YTH

Yen Thuong

Tổng đài Yên Thường

YVN

Yen Vien

Tổng đài Yên Viên

ONUID

quang


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Quan hệ mạng GPON với mạng trục và mạng thuê bao ............................ 5
Hình 1.2: Kiến trúc phân chia mạng GPON ............................................................. 6
Hình 1.3 Mô hình giao thức BPON, GPON và GEPON........................................... 7
Hình 1.4 Băng thông chia sẻ trong mạng VDSL2 và các mạng PON ....................... 8
Hình 1.5 Dải bước sóng dùng cho GPON ................................................................ 9
Hình 2.1: Cấu trúc mạng MAN-E .......................................................................... 17
Hình 2.2: Hiện trạng mạng MAN E VNPT Hà Nội ................................................ 20
Hình 2.3: MetroNet Ethernet điểm- điểm đầu cuối là TB Ethernet Switch L2. ....... 21
Hình 2.4: MetroNet Ethernet điểm-điểm sử dụng Ethernet Router hoặc L3. .......... 22
Hình 2.5: MetroNet cung cấp KTR Ethernet điểm tới đa điểm. ............................. 23
Hình 2.6: MetroNet cung cấp kết nối Internet trực tiếp với VDC. ......................... 23
Hình 2.7: MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN liên tỉnh với VDC ..................... 24
Hình 2.8: MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN quốc tế với VDC. ...................... 24
Hình 2.9: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN nội hạt tốc độ cao. .................... 25

Hình 2.10: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN liên tỉnh tốc độ cao. ................ 26
Hình 2.11: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN quốc tế tốc độ cao. .................. 26
Hình 2.12: MetroNet cung cấp kết nối VPN nội tỉnh L2 tốc độ cao. ...................... 27
Hình 2.13: MetroNet cung cấp kết nối dịch vụ FTTH. ........................................... 28
Hình 2.14: Cấu trúc lắp đặt Splitter 1 cấp .............................................................. 30
Hình 2.15: Cấu trúc lắp đặt Splitter 2 cấp .............................................................. 32
Hình 2.16: Cấu trúc lắp đặt Splitter 1 cấp dạng 1 ................................................... 32
Hình 2.17: Cấu trúc lắp đặt Splitter 1 cấp dạng 2 ................................................... 33
Hình 2.18: Cấu trúc lắp đặt Splitter 2 cấp .............................................................. 34
Hình 2.19: Cấu trúc lắp đặt Splitter 1 cấp .............................................................. 35
Hình 2.20: Cấu trúc lắp đặt Splitter 2 cấp .............................................................. 36
Hình 2.21: Cấu trúc Splitter 1 cấp.......................................................................... 37
Hình 2.22: Cấu trúc Splitter 2 cấp.......................................................................... 37


Hình 2.23: Lắp đặt dây thuê bao quang tại nhà Khách hàng. .................................. 38
Hình 2.24 : Dịch vụ FiberVNN cung cấp trên hệ thống GPON VNPT Hà Nội....... 39
Hình 2.25 : Dịch vụ FiberVNN + MyTV HD cung cấp trên hệ thống GPON ......... 41
Hình 2.26: OLT/G-PON cung cấp dịch vụ MegaWan nội tỉnh tốc độ cao ............. 42
Hình 2.27: OLT/G-PON cung cấp dịch vụ MegaWan liên tỉnh tốc độ cao ........... 44
Hình 3.3: Sơ đồ kết nối vùng DGG(Agg) – TQY(Agg) sau bước 2........................ 52
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối vùng DGG(Agg)-TQY(Agg) sau bước 1 ......................... 55
Hình 3.7: Giao diện trang chủ phần mềm .............................................................. 56
Hình 3.8: Giao diện chức năng thông kê lưu lượng của phần mền ........................ 57
Hình 3.9: Hệ thống các node PON vùng TTVT1 ................................................... 67


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Tốc độ gói cước FiberVNN ................................................................... 40
Bảng 2.2: Tốc độ của FiberVNN+MyTV............................................................... 42

Bảng 3.1: Hiện trạng lưu lượng kết nối 2 Ring DGG, TQY .................................. 50
Bảng 3.2: Lưu lượng kết nối 2 Ring DGG, TQY sau đấu chuyển .......................... 51
Bảng 3.3: Thống kê Lưu lượng MAN E ................................................................ 58
Bảng 3.4: Thống kê Lưu lượng GPON .................................................................. 58
Bảng 3.5: Thống kê Lưu lượng BRAS ................................................................... 59
Bảng 3.6: Thống kê Lưu lượng Nội mạng ............................................................. 60
Bảng 3.7: Thống kê Lưu lượng Liên mạng ............................................................ 60
Bảng 3.8: Giao diện tra cứu lưu lượng ................................................................... 61
Bảng 3.9: Giao diện 1 trang thống kê lưu lượng MAN E ngày 23/06/2016 ............ 62
Bảng 3.10: Biểu đồ lưu lượng 1 kênh trung kế MAN E ngày 23/06/2016 .............. 62
Bảng 3.11: Năng lực hạ tầng mạng GPON VNPT Hà Nội trước tối ưu .................. 63
Bảng 3.12: Năng lực hạ tầng mạng GPON TTVT1 Hà Nội trước tối ưu ................ 64
Bảng 3.13: Năng lực hạ tầng mạng GPON TTVT1 sau tối ưu................................ 65
Bảng 3.14: Năng lực hạ tầng mạng GPON VNPT Hà Nội sau tối ưu ..................... 65


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, các dịch vụ ứng dụng trên Internet phong phú và phát triển với tốc
độ nhanh chóng. Các dịch vụ thanh toán trực tuyến,Đào tạo từ xa, Game online,
Truyền hình IPTV, Dịch vụ điện toán đám mây… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch
vụ gia tăng tích hợp Voice, Video và data đang ngày càng phổ biến. Sự phát triển
của các loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng các yêu cầu
về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao. Tuy nhiên, hạ tầng mạng truy nhập cáp
đồng sử dụng công nghệ xDSL gặp phải những hạn chế về cự ly và tốc độ không
đáp ứng được yêu cầu dịch vụ cũng như đòi hỏi về khả năng cung cấp đa dịch vụ
trên cùng một kết nối.
Trung tâm viễn thông 1 nói riêng và VNPT Hà Nội nói chung trong những
năm gần đây đã phát triển mạnh mạng cáp quang FTTx để đáp ứng nhu cầu sử dụng
dịch vụ viễn thông tốc độ cao của khách hàng. Doanh thu đạt được từ các dịch vụ
băng rộng sử dụng cáp quang hiện chiếm tỷ trọng chủ yếu. Tuy nhiên, việc phát

triển mạng cáp quang thuê bao FTTx đồng nghĩa với việc phải thi công rất nhiều
tuyến cáp quang dung lượng lớn. Với cơ sở hạ tầng như hiện nay thì việc thi công
cáp quang ngày càng khó khăn do hạ tầng cống bể ngầm của VNPT đã hết dung
lượng. Các tuyến cống bể xã hội hoá đang được Thành phố triển khai thí điểm trên
vài tuyến phố chính không đáp ứng được yêu cầu, việc mở rộng rất khó khăn và tốn
kém, việc kéo treo cáp quang là không thực hiện được do có quyđịnh về ngầm hóa
của thành phố[3]. Do vậy, yêu cầu đặt ra là áp dụng công nghệ mới để giảm thiểu
việc sử dụng dung lượng cáp quang đường trục, tận dụng hệ thống mạng sẵn có
nhưngphải đáp ứng yêu cầu về cung cấp dịchvụCông nghệ truy nhập quang thụ
động GPON đã được ITU chuẩn hóa. Công nghệ này hiện nay là một trong những
công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên
thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp
thoại, truyền hìnhvà truyền số liệu với băng thông lớn tốc độ cao. Mạng PON ngoài
việc giải quyết các vấn đề về băng thông, còn có ưu điểm là chi phí lắp đặt thấp do
tận dụng được những sợi quang trong mạng sẵn có. PON cũng dễ dàng và thuận tiện
1


trong việc ghép thêm các thiết bị kết cuối mạng 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.
GPON sẽ là công nghệ truy nhập lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai. GPON
chính là giải pháp phù hợp nhất đối với hạ tầng mạng hiện tại của VNPT HàNội.
Với định hướng phát triển mạng truy nhập sử dụng công nghệ GPON, hiện
nay TTVT1-VNPT Hà Nội đã và đang triển khai toàn diện việc chuyển đổi, thay thế
hệ thống xDLS bằng hệ thống GPON. Luận văn “Nghiên cứu công nghệ GPON và
ứng dụng triển khai mạng truy nhập quang thụ động tại TTVT1-VNPT Hà Nội”
thực hiện giới thiệu tổng quan về công nghệ GPON, nghiên cứu tìm hiểu những đặc
điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ GPON, phân tích hiện trạng mạng G-PON của
VNPT Hà Nội và TTVT1 bao gồm cấu hình mạng, chủng loại, tính năng, khả năng

đáp ứng của thiết bị được sử dụng trên mạng G-PON.Từ đó tác giả tính toán nhu
cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng, hiệu quả kinh doanh và giải pháp kỹ thuật
nhằm đề xuất các giải pháp tối ưu mạng dịch vụ để thay thế mạng truy nhập cáp
đồng cũ và dần lạc hậu.
Cấu trúc luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ PON
Chương 2: Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng của VNPT Hà Nội&
TTVT1
Chương 3: Tối ưu mạng băng rộng MAN-E và mạng truy nhập GPON nhằm
thay thế mạng truy nhập cáp đồng ADSL tại TTVT1 & VNPT Hà Nội.

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆGPON
Trong chương này, tác giả trình bày những đặc điểm chung về công nghệ
mạng quang thụ động (Passive Optical Network - PON), những kiến trúc cơ bản và
các phần tử kết cuối mạng quang thụ động (Gigabit Capeble Passive Optical
Network - GPON). Những hệ thống PON điển hình, khả năng cung cấp băng thông,
dịch vụ và mô hình kết nối cơ bản của công nghệ PON trong thực tế cũng sẽ được
giới thiệu.
1.1. Giới thiệu chung
Hiện nay trêncả nước có khoảng hơn 10 triệu thuê bao Internet băng rộng cố
định, trong đó có tới gần 8 triệu thuê bao là cáp quang FTTx. Tính đến cuối năm
2016, Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT là doanh nghiệp có số lượng
khách hàng sử dụng cao nhất với trên 42% thị phần cáp quang [4]. Tiếp đến là Tập
đoàn viễn thông Quân đội Viettel và Công ty cổ phần FPT. Số còn lại là của các nhà
cung cấp khác như CMC, Sài Gòn POSTEL, Truyền hình cáp Việt Nam…
Với sự phát triển, bùng nổ của các dịch vụ trực tuyến như trong lĩnh vực

ngân hàng, giải trí, giáo dục,.. có thể nói internet băng rộng cáp quang là nhu cầu tất
yếu của xã hội phát triển ngày nay.
Thông thường, mạng viễn thông thường được cấu thành bởi ba mạng chính:
mạng đường trục, mạng phía khách hàng và mạng truy nhập. Trong những năm gần
đây, mạng đường trục có những bước phát triển nhảy vọt do sự xuất hiện của các
công nghệ mới, như công nghệ ghép kênh theo bước sóng (Wavelength Division
Multipnexing - WDM). Mạng nội hạt (Local Area Network - LAN) hiện cũng đã
đạt đến tốc độ 1Gb/s, thậm chí các sản phẩm Ethernet 10 Gb/s cũng đã được cung
cấp trên thị trường. Điều này đã dẫn đến một sự chênh lệch rất lớn về băng thông
giữa một bên là mạng LAN tốc độ cao và mạng đường trục và một bên là mạng truy
nhập tốc độ thấp, mà chúng ta vẫn thường gọi đó là nút cổ chai (bottleneck) trong
mạngviễnthông.ViệcbùngnổlưulượngInternettrongthờigian vừa qua càng làm trầm
3


trọng thêm các vấn đề của mạng truy nhập tốc độ thấp. Lưu lượng dữ liệu ngày
càng tăng mạnh khi số lượng người sử dụng dịch vụ trực tuyến ngày càng gia tăng.
Xu hướng này vẫn sẽ còn tiếp tục trong tương lai, tức là càng ngày sẽ càng có nhiều
người sử dụng trực tuyến và những người sử dụng đã trực tuyến thì thời gian trực
tuyến sẽ càng nhiều hơn, do vậy nhu cầu về băng thông càng tăng lên. Đứng trước
tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp ứng những đòi hỏi về
băng tần.
Mạng quang thụ động có thể định nghĩa một cách ngắn gọn như sau: “Mạng
quang thụ động là một mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết bị
quang điện tử”.
Với khái niệm này, mạng PON sẽ không chứa bất kỳ một phần tử tích cực
nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện - quang. Thay vào đó, PON sẽ chỉ 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 tíchcực.
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

cácONU(Optical Network Unit – Thiết bị mạng quang) 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
phátlại.PON có thể hoạt động với chế độ không đối xứng. Chẳng hạn, một mạng
PON có thể truyền dẫn theo luồng OC- 12 (622 Mbits/s) ở đường xuống và truy
nhập theo luồng OC- 3 (155 Mbits/s) ở đường lên. Một mạng không đối xứng như
vậy sẽ giúp cho chi phí của các thiết bị mạng quang giảm đi rất nhiều do chỉ phải sử
dụng các bộ thu phát giá thành thấphơn.
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
4

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 đườngtrục.
1.2.Kiến trúcvà các phần tử kết cuối mạng PON
1.2.1 Kiến trúc và các phần tử mạng PON
Một mạng GPON bao gồm một kết cuối đường quang (Optical Line
Terminal - OLT), một hay nhiều các mạng phân phối quang (Optical Distribution
Network - ODN) và một hay nhiều các đơn vị mạng quang ONU, hoặc các kết cuối
mạng quang ONT. Quan hệ giữa các thành phần mạng trên với mạng mạng trục và
mạng thuê bao được mô tả như Hình 1.1:

Hình 1.1 Quan hệ mạng GPON với mạng trục và mạng thuê bao
OLT cung cấp giao diện nút dịch vụ (Service Node Interface - SNI) hướng về
mạng trục và điều khiển mạng GPON. Thường giao diện SNI bao gồm các giao diện
Ethernet 1Gbps hay 10Gbps, TDM SONET hay SDH (OC3 hay STM1) nhưng cũng có
thể bao gồm các giao diện khác như IP, TDM và thậm chí ATM tại bất kỳ tốc độ nào.
ODN thường bao gồm các bộ chia và các đường cáp quang. Bộ chia trong GPON có tỉ lệ
chia lên tới 64 ONU hay ONT. Mỗi ONU có thể cung cấp dịch vụ cho nhiều thuê bao.
Một ONU kết thúc một sợi quang trong mạng GPON (sau bộ chia thụ động) và đưa ra một
5


hay nhiều các giao diện hội tụ hướng về phía thuê bao. Tại đầu cuối bên kia của giao diện
này là kết cuối mạng NT (Network Terminal) cung cấp các giao diện dịch vụ như POTS,
10/100Base-T hay DS1/E1 tới các thuê bao như Hình 1.2:

Hình 1.2:Kiến trúc phân chia mạng GPON
Về phía thuê bao, giao diện mạng người dùng và mật độ giao diện phụ thuộc
từng điều kiện cụ thể, thường là 10/100Base-T, DS1/E1 và POTS nhưng cũng có
thể là cáp đồng, cáp đồng trục hay không dây sử dụng HPNA, MoCA, WiFi hay các
giao thức mạng người dùng khác. Có thể có các thiết bị CPE khác như hộp IP settop, switch hay router Ethernet, thoại PBX.
Các thông số kỹ thuật G-PON:
Tốc độ dữ liệu: 1.244/ 2.488 Gb/s hướng xuống và 0.155/ 0.622/ 1.244/
2.488 Gb/s hướng lên
Bước sóng: 1260-1360nm đường lên; 1480-1500nm đường xuống
Ghép kênh: ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM
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)
6


Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: tối đa 64
Giá trị BER lớn nhất: 10-12
Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc +2 đến
+7 (20Km ODN)
Phạm vi công suất sử dụng 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
Mô hình giao thức GPON được mô tả trênHình 1.3:

GE-PON

Hình 1.3 Mô hình giao thức BPON, GPON và GEPON

Các đặc tính tiêu chuẩn của GPON
- GPON có kiến trúc mạng điểm – đa điểm. Trong mạng GPON một sợi quang
từ CO có thể phân phối dịch vụ tới 32 miền ONU/ONT. Mỗi ONU hay ONT có thể phục
vụ một hay nhiều khách hàng phụ thuộc vào yêu cầu và khả năng đáp ứng của thiết bị.
Ví dụ thiết bị ONU/ONT của Terawave có thể phục vụ từ 1 tới 96 khách hàng. Kiến trúc
7


điểm – đa điểm của GPON cho phép sử dụng IP multicast và giao thức quản lý nhóm
IGMP (Internet Group Management Protocol) để cung cấp các dịch vụ quảng bá như
IPTV và game online qua một luồng lưu lượng đơn, tận dụng được băng thông rất lớn
của sợi quang và chi phí băng thông thấp.
- Chia sẻ lượng băng thông rất lớn. Mỗi sợi quang trong GPON cung cấp luồng
dịch vụ 2488Mbps luồng xuống và 1244Mbps luồng lên, thừa đủ cho các dịch vụ truyền
hình quảng bá, truyền hình theo yêu cầu, Internet tốc độ cao, thoại, đường truyền riêng
hay các dịch vụ cho cá nhân và doanh nghiệp.

Hình 1.4 Băng thông chia sẻ trong mạng VDSL2 và các mạng PON
Tính năng cấp phát băng thông động DBA cho phép khả năng phục vụ quá tải. Tất
cả các thuê bao không sử dụng toàn bộ băng thông của họ trong tất cả thời gian. Cấp phát
băng thông cố định sẽ dẫn tới hiện tượng lãng phí băng thông do không được sử dụng đến
và làm giới hạn số thuê bao có thể được phân phối băng thông và giảm thu nhập từ mạng.
Mạng GPON với tính năng cấp phát băng thông động cho phép đưa các ONT vào hàng
đợi và cung cấp lượng băng thông cần thiết theo yêu cầu của các ONT tương ứng. Vì vậy
các nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ thêm thuê bao (phục vụ quá tải)
Sử dụng một sợi cho truyền dẫn hai hướng. GPON sử dụng phương thức ghép
kênh phân chia theo bước sóng WDM co phép truyền dẫn hai hướng trên một sợi. Luồng
xuống được truyền trong dải bước sóng 1480-1500 nm và luồng lên được truyền trong dải
8

1260-1360 nm. Các băng này đủ rộng để cho phép nhiều bước sóng có thể được sử dụng
trong WDM PON.
Hình 1.5 thể hiện dải bước sóng dùng cho GPON, trong đó mô tả dải bước sóng
được sử dụng cho GPON, trong đó các băng thuộc dải 1400 nm và 1600 nm đang được
nghiên cứu để ứng dụng trong tương lai, băng 1550 nm được sử dụng như băng tăng
cường.

Hình 1.5 Dải bước sóng dùng cho GPON
Băng 1550 nm (1530-1560 nm) được dự trữ cho các dịch vụ chồng lớp như truyền
hình tương tự trên HFC. Kiến trúc một sợi của GPON làm đơn giản hóa các thiết bị CO và
giảm số lượng cáp và tuyến quang cần triển khai.Vì vậy mỗi điểm kết thúc nút ONU/ONT có
thể phục vụ lên tới hàng trăm thuê bao thông qua các Hub. Việc giảm số lượng thiết bị cần
thiết sẽ tiết kiệm chi phí, giảm tỉ lệ hư hỏng trên toàn mạng.
1.2.2.Các hệ thống PON đang được triểnkhai
1.2.2.1 Hê thống APON/BPON
FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công
nghệ truyền tải không đồng bộ (AsynchronousTransfer Mode – ATM) và giao thức
lớp 2 của nó. Hệ thống này được gọi là mạng quang thụ động truyền tải không đồng
bộ (AsynchronousTransfer ModePON - APON). Cái tên APON sau đó được thay
thế bằng BPON (Broadband PON) 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
(VPL), 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 thôngquahệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng
9


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.
1.2.2.2. Hệ thống 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
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.
1.2.2.3Hệ thống EPON
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, hoạt động với tốc độ
1Gbps.
1.2.2.4.Hệ thống WDM-PON
Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước
sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON) là
thế hệ kế tiếp của mạng truy nhập quang và cho băng thông lớn nhất. TDMPON
(bao

gồm

BPON,

GPON

và

GEPON)

sử

dụng

các

bộ

chia

côngsuấtquangthụđộng,hướngxuốnglàquảngbávàONUnhận dữ liệu của mình thông
qua nhãn địa chỉ nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh trong miền thời gian.
WDMPON sử dụng các bộ ghép sóng WDM thụ động, hướng xuống mỗi ONU
nhận dữ liệu trên một bước sóng, hướng lên các bước sóng khác nhau được ghép
thông qua bộ ghép sóng WDM tới ONU. Do sử dụng một bước sóng cho mỗi ONU
nên WDMPON có tính bảo mật và tính mềm dẻo tốt hơn. Công nghệ WDMPON sẽ
là sự lựa chọn của tương lai và là bước phát triển kế tiếp cho các công nghệ mạng
truy nhập quang PON.

10


1.2.2.5. Nhậnxét
Hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ
dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu
khác như GPON hay EPON.EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s trong
khi GPON lại cho phép đạt tới tốc độ 2.448 Gbit/s. Với hiệu suất từ 50% – 70%,
băng thông của GEPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps, trong khi
đó GPON với việc tận dụng băng thông tối đa nó có thể cho phép các nhà cung cấp
dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2300 Mbps với hiệu suất mạng có thể đạt
tới 93%.Hiệu suất lớn, độ rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi
nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ. Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy

nhất một tốc độ truyền dẫn đối xứng 1,25/1,25 Gbps. GPON linh hoạt và biến đổi
được nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho
phép 155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5Gbps.
Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPON
trong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết
hỗ trợ cho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật. Đây là những điều
kiện cần thiết để điều hành một mạng kích cỡlớn.
1.3. Khả năng cung cấp băng thông và dịch vụ
1.3.1. Khả năng cung cấp băng thông
Tốc độ hướng xuống:
Tốc độ hướng xuống GPON = 2,488 Mbit/s × hiệu suất 92% = 2289
Mbit/s.Trong ứng dụng nhiều nhóm người sử dụng (MDU: multiple-dwelling-unit),
với tỷ lệ chia là 1:32, GPON có thể cung cấp dịch vụ cơ bản bao gồm truy cập
Internet tốc độ cao (100 Mbit/s trên mỗi thuê bao với tỷ lệ dùng chung 20:1) và
Voice (tốc độ 100 Kbit/giây) đến 32 ONU, mỗi ONU cung cấp cho 8 thuê bao.
Tốc độ hướng lên:
Tiêu chuẩn này ngoài việc đưa ra bộ các yêu cầu về hệ thống mạng còn đưa
ra bộ các yêu cầu QoS riêng cho lớp PON vượt ra ngoài các phương thức Ethernet

11


lớp 2 và phân loại dịch vụ (CoS) IP lớp 3 để đảm bảo việc phân phát các dịch vụ
thoại, video và TDM chất lượng cao qua môi trường chia sẻ trên nền TDMA.
Tuy nhiên, các cơ chế CoS ở lớp 2 và lớp 3 chỉ có thể đạt mức tối đa là QoS
ở lớp truyền tải. Nếu lớp truyền tải có độ trễ và dung sai lớn thì việc phân chia mức
ưu tiên dịch vụ không còn ý nghĩa. Đối với TDMA PON, việc dung lượng cung cấp
QoS hướng lên sẽ bị hạn chế khi tất cả các ONT của PON sử dụng hết băng thông
hướng lên và ưu tiên của nó trong TDMA. Hướng lên GPON có thông lượng đến
1,25 Gbit/s cao hơn 20% so với GEPON là một sự khác biệt đáng kể giúp cho cơ

chế QoS có thể hoạt động tốt hơn.
GPON sử dụng băng thông ngoài băng để cấp phát bản đồ với khái niệm
khối lưu lượng (T-CONT) cho hướng lên. Khung thời gian hướng lên và hướng
xuống sử dụng khung tiêu chuẩn viễn thông 8 KHz, và các dịch vụ được đóng gói
vào các khung theo nguyên bản của nó thông qua quá trình mô hình đóng gói
GPON (GEM). Giống như trong SONET/SDH, GPON cung cấp khả năng chuyển
mạch bảo vệ với thời gian nhỏ hơn 50 ms.
Điều cơ bản làm cho GPON có trễ thấp là có nhiều lưu lượng hướng lên
TDMA từ nhiều ONU được ghép vào cùng một khung 8 KHz (125 µs). Mỗi khung
hướng xuống bao gồm một bản đồ cấp phát băng thông hiệu quả được gửi quảng bá
đến tất cả các ONU và có thể hỗ trợ tính năng tinh chỉnh cấp phát băng thông. Cơ
chế ngoài băng này cho phép GPON DBA hỗ trợ việc điều chỉnh cấp phát băng
thông nhiều lần mà không cần phải sắp xếp lại để tối ưu hóa tận dụng băng thông.
Băng thông: Công nghệ GPON hỗ trợ 1,25 Gbit/s hoặc 2,5 Gbit/s hướng
xuống, và hướng lên có thể xê dịch từ 155 Mbit/s đến 2,5 Gbit/s.
Hiệu suất băng thông đạt lớn hơn 90%.
1.3.2. Khả năng cung cấp dịch vụ
Về khoảng cách OLT – ONU:
Giới hạn cự ly của công nghệ GPON hiện tại được quy ước trong khoảng 20
km với hệ số chia tách/ghép quang lên tới 1:128 (hiện tại thường sử dụng tỷ lệ
1:32).
12