Đồ án tốt nghiệp: CẤP PHÁT BĂNG THÔNG TRONG MẠNG E PON

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1
--------------------

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

“CẤP PHÁT BĂNG THÔNG TRONG
MẠNG E PON”
Giảng viên hướng dẫn : Ths. NGUYỄN THỊ THU NGA
Sinh viên thực hiện
: ĐỖ THỊ THU HÀ
Lớp
: L10CQVT4-B
Khóa
: 2014 – 2017
Hệ
: ĐH CQ

Hà Nội – 2017


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Điểm: ……… (bằng chữ: ………………..)

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017
Giáo viên hướng dẫn

ThS. Nguyễn Thị Thu Nga


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Điểm: ……… (bằng chữ: ………………..)

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017
Giáo viên phản biện


Đồ án tốt nghiệp đại học
Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................... i
DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ.........................................................................iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT...............................................................................................iv
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................ 1
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON.................................4
1.1 Giới thiệu chương

4

1.2 Sự phát triển của lưu lượng và xu hướng phát triển hiện nay
1.3 Mạng truy nhập thế hệ sau

4

5

1.4 Tổng quang về công nghệ PON

6

1.4.1 Bộ tách / ghép quang 7
1.4.2 Các đầu cuối mạng PON 9
1.4.3 Mô hình PON

9

1.4.4 WDM và TDM PON 11
1.5 Kết luận chương 12

CHƯƠNG 2 : MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET_EPON...............................13
2.1 Giới thiệu chương

13

2.2 Tổng quan về Ethernet

13

2.3 Các phần tử của mạng Ethernet

14

2.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 14
2.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI
2.6 Lớp con MAC Ethernet

16

17

2.6.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet 18
2.6.2 Sự truyền khung dữ liệu 19
2.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD 19
2.6.2.2 Truyền song công

20

2.7 Lớp vật lý Ethernet 21
2.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO 21

2.9 Lợi ích của mạng truy nhập quang thụ động Ethernet _ PON 22
2.10 Mạng truy nhập quang thụ động EPON 23
2.10.1 Nguyên lý hoạt động

23

2.10.2 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP (Multi Point Control Protocol) 25
2.10.3 EPON với kiến trúc 80229
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
i


Đồ án tốt nghiệp đại học
Mục lục

2.10.3.1 Point to Point Emulation

30

2.10.3.2 Share Medium Emulation

31

2.11 Kết luận chương

32

CHƯƠNG 3: CẤP PHÁT BĂNG THÔNG TRONG MẠNG E_PON............................34
3.1. Giới thiệu chương

34

3.2. Mô hình của EPON 34
3.3. Thuật toán Interleaved Polling

36

3.4. Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại) 39
3.5. Các thành phần của trễ gói

41

3.6. Cấp phát băng thông cố định 42
3.7. Cấp phát băng thông cân đối 43
3.8. Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên
3.9. SLA aware p-DBA

44

45

3.10. SLA aware Adaptive DBA

47

3.11 Kết luận chương 48
KẾT LUẬN................................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................50

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4

ii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao...............................................6
Hình 1.2: Mô hình mạng quang thụ động......................................................................7
Hình 1.3: Cấu hình cơ bản các loại Coupler..................................................................8
Hình 1.4: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler.....................................................8
Hình 1.5: Các mô hình mạng PON..............................................................................10
Hình 1.6: Mạng PON sử dụng một sợi quang..............................................................12
Hình 2.1: Mô hình kết nối điểm-điểm..........................................................................14
Hình 2.2: Mô hình kết nối Bus đồng trục.....................................................................15
Hình 2.3: Mô hình kết nối sao và Ring........................................................................15
Hình 2.4: Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI...........................16
Hình 2.5 Lớp vật lý và lớp MAC tương thích với các yêu cầu cho truyền thông dữ liệu
cơ sở............................................................................................................................ 17
Hình 2.6 Dạng khung dữ liệu MAC Ethernet cơ bản...................................................18
Hình 2.7: Khuôn dạng truyền dữ liệu song công..........................................................20
Hình 2.8: Mô hình tham chiếu lớp vật lý Ethernet.......................................................22
Hình 2.9: Lưu lượng hướng xuống trong EPON..........................................................24
Hình 2.10: Lưu lượng hướng lên trong EPON.............................................................25
Hình 2.11: Thời gian Round-trip..................................................................................26
Hình 2.12:: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate...........................................27
Hình 2.13: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report.........................................28
Hình 2.14: Trường LinkID được nhúng trong mào đầu...............................................29
Hình 2.15 a): Hướng xuống trong PtPE.......................................................................30

Hình 2.15 b): Hướng lên trong PtPE............................................................................30
Hình 2.16: Cầu giữa các ONU trong PtPE...................................................................31
Hình 2.17 a): Hướng truyền xuống trong SME............................................................32
Hình 2.17 b): Hướng truyền lên trong SME.................................................................32
Hình 3.1: Mô hình mạng truy cập EPON.....................................................................35
Hình 3.2 : Sự phát lưu lượng trong..............................................................................36
Hình 3.3: Các bước của thuật toán Interleaved Polling................................................38
Hình 3.4 : Các thành phần của trễ gói..........................................................................41

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
iii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TẮT
A-DBA
ATM
CSMA/CD

TÊN TIẾNG ANH
Adaptive Dynamic Bandwidth
Allocation
Asynchronous Transfer Mode
Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detect

DA
DCE

Destination Address
Data Communication Equipment

DTE

Data Terminal Equipment

DSL

Digital Subscriber Line

EMS
EPON

Element Management System
Ethernet Passive Optical Network

FCS

Frame Check Sequence

FR

Frame Relay

FSAN

Full Service Access Network

FTTB

Fiber To The Building

FTTC

Fiber To The Curb

FTTH

Fiber To The Home

IEEE

Institute of Electrical
Electronics Engineers

ID
IP
ISDN

Indentify Destination
Internet Protocol
Integrated
Services
Digital
Network
International Telecommunication

Union
Local Area Network
Logical Link Control

ITU
LAN
LLC

and

TÊN TIẾNG VIỆT
Cấp phát băng thông
thích ứng dữ liệu
Chế độ truyền dị bội
Đa truy nhập cảm
nhận sóng mang có
phát hiện xung đột
Địa chỉ đích
Thiết bị giao dịch dữ
liệu
Thiết bị dữ liệu đầu
cuối
Đường dây thuê bao
số
Hệ thống quản lý
Mạng quang thụ
động Ethernet
Kiểm tra khung tuần
tự
Công nghệ Frame

Relay
Mạng truy cập dịch
vụ đầy đủ
Sợi quang đến tòa
nhà
Sợi quang đến cụm
thuê bao
Sợi quang đến tận
nhà thuê bao
Hiệp hội các kỹ sư
điện và điện tử thế
giới
Chỉ định địa chỉ đích
Giao thức Internet
Mạng tích hợp dịch
vụ số
Liên hiệp viễn thông
quốc tế
Mạng cục bộ
Điều khiển kết nối

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
iv


Đồ án tốt nghiệp đại học

MAN
MAC
MDI

MII
MPCP
MPtP
NGN
NIC
OLT
ONU
PC
PCS
PDH
PMA
PON
POTS
PRE
PtP
PtPE
PtMP
QoS
SA
SDH
SDM
SFD
SLA-DBA

Thuật ngữ viết tắt

logic
Metropolitan Area Network
Mạng khu vực thủ
đô

Media Access Control
Lớp điều khiển truy
nhập phương tiện
Medium Depentdent Interface
Giao diện phụ thuộc
phương tiện
Medium Indepentdent Interface
Giao diện độc lập
phương tiện
MultiPoint Control Protocol
Giao thức điều khiển
đa điểm
MultiPoint to Point
Mô hình điểm đa
điểm
Next Generation Network
Mạng thế hệ sau
Network Interface Card
Card giao tiếp mạng
Optical Line Terminal
Kết cuối đường
truyền quang
Optical Network Unit
Đơn vị mạng quang
Personal Computer
Máy vi tính
Physical Coding Sublayer
Lớp con mã hóa vật
lý
Plesiochoronous

Digital Phân cấp số cận
Hierarchy
đồng bộ
Physical Medium Attachment
Lớp con thuộc lớp
vật lý
Passive Optical Network
Mạng quang thụ
động
Plain Old Telephony System
Hệ thống điện thoại
kiểu cũ
Preamble
Mào đầu
Point to Point
Mô hình điểm-điểm
Point-to-Point Emulation
Point-to-Multi-Point
Mô hình điểm đa
điểm
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
Source Address
Địa chỉ nguồn
Synchoronous Digital Hierarchy
Phân cấp số đồng bộ
Space Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia
theo không gian
Start of Frame Delimiter

Byte xác định sự bắt
đầu khung
Service
Level
Agreement Cấp phát băng thông

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
v


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

Dynamic Bandwidth Allocation
SBA
SP-DBA

SLA
SME
SONET
TDM
WAN

động theo mức dịch
vụ cam kết
Static Bandwidth Allocation
cấp phát băng thông
cố định
Strict

Priority
Dynamic Cấp phát băng thông
Bandwidth Allocation
động theo chế độ ưu
tiên
Service Level Agreement
Cam kết mức độ
dịch vụ
Shared Medium Emulation
Synchoronous Optical Network
Mạng quang đồng bộ
Time Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia
theo thời gian
Wide Area Network
Mạng truy nhập diện
rộng

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
vi


Đồ án tốt nghiệp đại học
đầu

Lời nói

LỜI NÓI ĐẦU
Kiến trúc mạng viễn thông ngày càng phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát
triển của hệ thống thông tin quang, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu có dung

lượng lớn. Một số thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lượng băng thông
cao, truyền dẫn cự ly xa, đáng tin cậy. Những năm gần đây, việc gia tăng dung lượng
mạng truyền dẫn cùng với việc phát triển các ứng dụng và dịch vụ mới đến khách hàng
thì đòi hỏi phải cung cấp đủ nhu cầu của con người. và mạng quang là một giải pháp
cần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn. Trong đó, mạng quang thụ động PON
(Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy
nhập để làm giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn trong qúa trình cung cấp băng thông cho
các dịch vụ mà đòi hỏi băng thông lớn. Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà
không có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bản thì
nó bao gồm sợi quang và các thiết bị thụ động. Điều này làm tiết kiệm chi phí bảo
dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng quang. Hiện
nay có 2 mạng PON được chuẩn hóa tùy theo kĩ thuật lớp 2 được sử dụng là ITU-T và
IEEE. Chuẩn PON đầu tiên dựa vào ATM như là APON và BPON và dựa vào giao
thức đóng gói GFP được biết như là GPON. Thứ 2 là chuẩn IEEE 802.3ah nổi lên như
là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho mạng truy nhập băng rộng ở thế hệ kế tiếp, đó là
EPON. Nội dung của đề tài này được chia làm bốn chương theo cơ cấu như sau:
CHƯƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON
Chương này cho ta biết một cách tổng quang về mạng PON, đưa ra các mô hình cơ
bản của mạng, phân tích các thành phần tồn tại chủ yếu trong mạng là OLT và ONU.
Chương này cũng đưa ra hai kỹ thuật được sử dụng trong việc truyền tải của mạng
PON đó là WDM và TDM. Từ đó đưa ra ưu nhược từng kỹ thuật để đi đến lý do chọn
kỹ thuật TDM.
CHƯƠNG 2: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG EHTERNET – EPON
Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về kỹ thuật Ethernet, quan hệ giữa mô
hình Ethernet với mô hình 7 lớp OSI , kiến trúc khung của Ethernet, các phương thức
phát dữ liệu của Ethernet cũng như các chuẩn của nó. Từ đó cho thấy được thế mạnh
của công nghệ này trong mạng truy nhập quang thụ động. Chương này cũng nói lên
những ích lợi của việc sử dụng mạng truy nhập EPON, phân tích nguyên lý hoạt động
của nó, phân tích về chuẩn IEEE 802. Chương cũng phân tích hai mô hình Share
Medium và song công. Từ đó cho thấy quá trình truyền dữ liệu trong mạng EPON.

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
1


Đồ án tốt nghiệp đại học
đầu

Lời nói

CHƯƠNG 3: CẤP PHÁT BĂNG THÔNG TRONG MANG E_PON
Chương này đưa ra các phương pháp phân phối băng thông cơ bản được sử dụng
trong mạng EPON và phân tích tính toán các thành phần trễ ảnh hưởng đến quá trình
truyền tải của mạng.
Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Thu Hà

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
2


Đồ án tốt nghiệp đại học
ơn

Lời cảm

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giảng viên Ths. Nguyễn Thị Thu Nga
đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Đồ án tốt
nghiệp.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông I – Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt
những năm học vừa qua. Với vốn kiến thức được 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 có thể bước vào đời một cách vững chắc và tự tin.
Em cũng cảm ơn tới tất cả bạn bè, gia đình những người luôn ủng hộ và bên em
trong những năm học tập.
Do nhiều mặt còn hạn chế đồng thời trong quá trình tìm hiểu cũng mang nhiều tính
chủ quan trong nhìn nhận nên nội dung của đề tài không tránh khỏi những sai sót. Em
rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn đọc để đồ án được hoàn
thiện hơn.
Cuối cùng, em xin kính chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe, thành công trong công
việc.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày….tháng…. năm 2012
Sinh viên
Đỗ Thị Thu Hà

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
3


Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

CHƯƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON
1.1 Giới thiệu chương
Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tin

quang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay. Mục
đích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùng
viễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú, đặc
biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục
hiện nay. Bên cạnh đó, chiến lược phát triển viễn thông phụ thuộc rất nhiều vào hiện
trạng mạng viễn thông và định hướng phát triển viễn thông ở mỗi nước. Ở Việt Nam
thì đây cũng không phải là một ngoại lệ
Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive Optical
Network) là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập. Trong chương này sẽ
nói về PON là như thế nào, hoạt động ra sao, cấu trúc của nó cũng như phương thức
được sử dụng để truyền dữ liệu WDM và TDM PON. Từ đó đưa ra ưu và nhược của
từng phương thức.
1.2 Sự phát triển của lưu lượng và xu hướng phát triển hiện nay
Ngày 13/6/2012, Cisco đã đưa ra kết quả của báo cáo thường niên mang tên
Cisco® Visual Networking Index (VNI) Forecast (2011-2016), một sáng kiến đang
được triển khai của Cisco để dự đoán và phân tích sự phát triển cũng như những xu
hướng của kết nối mạng qua giao thức Internet Protocol (IP) trên toàn thế giới.
Báo cáo VNI Forecast mới nhất là về giai đoạn phát triển 2011 – 2016, và các
ước tính định lượng về số lượng lưu lượng IP đáng kể trong các mạng công cộng và
mạng cá nhân, bao gồm Internet, dịch vụ IP được quản lý, và lưu lượng dữ liệu di động
được tạo ra bởi người tiêu dùng và người dùng doanh nghiệp. Năm nay, Cisco đã có
thêm được một nghiên cứu bổ sung - Cisco VNI Service Adoption Forecast, bao gồm
các tỷ lệ tăng trưởng tại các khu vực dân cư trong khu vực và trên toàn cầu, khách
hàng sử dụng di động, và các dịch vụ doanh nghiệp. Đến năm 2016, lưu lượng IP lưu
thông hàng năm được dự đoán sẽ đạt 1,3 zettabytes – (một zettabyte bằng một nghìn tỷ
gigabytes). Lưu lượng IP lưu thông toàn cầu riêng giữa hai năm 2015 và 2016 được
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
4

Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

ước tính đã tăng hơn 330 exabytes, gần tương đương với tổng lưu lượng IP lưu thông
trên toàn cầu trong năm 2011 (369 exabytes).
Trong những năm gần đây, mạng đường trục ( backbone) đã có một sự phát
triển vượt bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự phát triển nhanh chóng
của lưu lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của dung lượng mạng
truy cập. Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục.
Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL. Mặc dầu nó đã có sự
cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up 56Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp
đủ băng thông cho các dịch vụ như video, tró chơi tương tác hay hội nghị truyền hình.
Một công nghệ mới đã được đưa ra, có chi phí đầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng
cấp, có khả năng hội tụ các dịch vụ thoại dữ liệu và video đến người dùng trên một
mạng đơn. Đó là EPON (Ethernet Passive Optical Network), là giải pháp truy nhập
quang sử dụng mạng quang thụ động (PON: Passive Optical Network) kết hợp với
giao thức Ethernet (EPON). Giải pháp này mang ưu diểm của cả hai công nghệ PON
với băng rộng và Ethernet được thiết kế phù hợp tải mang lưu lượng IP (Internet
Protocol). Đây là một công nghệ truy nhập được kỳ vọng trong những năm tới và cũng
được xem như là một trong những công nghệ động lực để tiến đến mạng toàn quang.
1.3 Mạng truy nhập thế hệ sau
Sợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại, dữ
liệu và video với khoảng cách trên 20Km trong mạng truy nhập. Phương thức vật lý
để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập nội hạt là sử dụng mô hình điểm điểm
(PtP: Point to Point), với sợi quang chạy từ CO (Central Office) đến mỗi đầu cuối thuê
bao (hình 1.1a). Kiến trúc này đơn giản tuy nhiên chi phí khá cao.

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4

5


Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

Hình 1.1 : Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao
Chúng ta xét N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L Km thì
mô hình PtP yêu cầu 2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợi quang. Để giảm chiều
dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ xa, làm giảm chiều dài sợi
quang chỉ còn L km (khoảng cách giữa chuyển mạch và người dùng không đáng kể)
nhưng sẽ làm tăng số lượng bộ thu phát lên 2N+2 (hình 1.1b). Ngoài ra, kiến trúc
mạng chuyển mạch cụm thuê bao (Curb-Switched) yêu cầu năng lượng điện cũng như
năng lượng sao lưu tại Curb-switch. Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các
nhà cung cấp tổng đài nội hạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội
hạt. Cho nên, thật hợp lý khi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang
thụ động rẽ tiền (hình 1.1c).
PON là một kỹ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các bộ thu
phát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít. PON là mạng quang điểm đa
điểm( PtMP: Point to MultiPoint) với các phần tử không kích hoạt trong đường dẫn tín
hiệu từ nguồn đến đích. Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là các linh
kiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang. Một mạng truy nhập
dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi quang
1.4 Tổng quang về công nghệ PON
Mạng quang thụ động PON (hình 1.2) sử dụng phần tử chia quang thụ động
trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền quang (OLT) và thiết bị kết
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
6

Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

cuối mạng quang (ONU). Hoạt động của mạng PON được điều khiển bởi giao thức
truy nhập theo địa chỉ MAC (lớp 2)

Hình 1.2: Mô hình mạng quang thụ động
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn
gọi là mạng quang ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép
quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT và
các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra
và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên một sợi
quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hay xuống
của PON.
1.4.1 Bộ tách / ghép quang
Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu
quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là Coupler
quang. Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỷ số tách của bộ
tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số.
Hình 1.3a có chức năng tách tia cào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y.Hình
1.3b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra.
Hình 1.3c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler phân hướng 2x2
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
7

Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

Hình 1.3: Cấu hình cơ bản các loại Coupler
Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi là Coupler hình
sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2.

Hình 1.4: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler
Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:


Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với

năng lượng đầu vào (db). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 2.3
minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn (hình
a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình (b) đưa ra mô hình hiệu
quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mô hình này mỗi đầu ra nhận được
1/8 năng lượng đầu vào.

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
8


Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON



Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

Insertion loss(tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của

quá trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.


Directivity (định hướng): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng

đầu vào đến các cổng đầu vào khác. Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số
định hướng trong khoảng 40-50dB.


Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một

Combiner (bộ kết hợp). Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối xứng
cao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). Các Coupler loại này được sử dụng để tách
một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng. Các thiết bị như thế này
được gọi là “tap coupler”.
1.4.2 Các đầu cuối mạng PON
Optical Line Terminal (OLT thiết bị đường truyền quang ): OLT cung cấp giao
tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động EPON và mạng quang đường trục
của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video. OLT cũng kết nối đến mạng lõi
của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS(Element Management
System).
Optical Network Unit (ONU: thiết bị kết cuối mạng quang): ONU cung cấp
giao tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON. Chức năng cơ
bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phù hợp với người
dùng như Ethernet, POST,T1...
Element Management System (EMS :hệ thống quản lý ): EMS quản lý các phần

tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng lõi của các nhà cung cấp
dịch vụ. EMS có chức năng quản lý về cấu hình, đặc tính và bảo mật.
1.4.3 Mô hình PON
Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây, vòng hoặc
bus. Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong bất kỳ mô hình nào
nhờ sử dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N.
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
9


Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

Hình 1.5: Các mô hình mạng PON
Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong cấu hình Redundant
như là vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được gọi là
trung kế cây.
Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và các
ONU. PLT ở tại tổng đài (Central Office), kết nối truy nhập quang đến mạng đường
trục (có thể là mạng IP, ATM hay SONET). ONU ở tại đầu cuối người sử dụng (trong
giải pháp FTTH_Fiber To The Home, FTTB_Fiber To The Building) hoặc ở tại Curb
trong giải pháp FTTC_Fiber To The Cur và có khả năng cung cấp các dịch vụ thoại, dữ
liệu và video băng rộng.

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
10

Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

Tuỳ theo điểm cuối của tuyến cáp quang xuất phát từ tổng đài mà các mạng truy
nhập thuê bao quang có tên gọi khác nhau như sợi quang đến tận nhà FTTH, sợi quang
đến khu dân cư FTTC...
1.4.4 WDM và TDM PON
Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mạng PON là mạng điểm-đa điểm. OLT
chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống. Trong hướng lên, mạng PON là mạng đa
điểm-điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT. Đặc tính hướng của
các bộ tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽ không được nhận biết
bởi các ONU khác. Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhau được truyền
cùng một lúc cũng có thể bị xung đột. Vì vậy trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một
vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ công bằng tài
nguyên và dung lượng trung kế.
Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênh
phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ở
một bước sóng khác nhau. Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc
là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn đề khó
khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có
một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser của nó. Mỗi ONU
sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền. Mặc
khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng
PON. Việc sử dụng Laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng
quá đắt cho công nghệ hiện tại. Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải là
giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.
Một số giải pháp khác dựa trên WDM cũng được đề xuất nhưng giá cả khá cao.
Do vậy, TDM PON đã ra đời. Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ

gây ra xung đột khi đến bộ kết hợp. Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải
truyền trong cửa sổ (khe thời gian) truyền của nó. Một thuận lợi lớn của TDM PON là
tất cả các ONU có thể hoạt động cùng một bước sóng, OLT cũng chỉ cần một bộ thu
đơn. Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí băng thông có thể
dùng của ONU thấp hơn. Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDM PON đạt hiệu
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
11


Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cách thay đổi kích cở khe thời
gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng
thông được dùng của mạng PON.

Hình 1.6: Mạng PON sử dụng một sợi quang
Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống không
phải là Peer to Peer (user to user). Vì vậy điều này dường như là hợp lý để tách kênh
lên và xuống. Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghép kênh phân
chia không gian(SDM) mà nó tách PON được cung cấp theo hướng truyền lên xuống.
Để tiết kiệm cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa và bảo quảng, một sợi quang có
thể được sử dụng cho truyền theo hai hướng. Trong trường hợp này, hai bước sóng
được dùng là: hướng lên 1=1310nm, hướng xuống 2=1550nm. Dung lượng kênh ở
mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa các ONU.
Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay cho
việc chia sẽ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn ở
hướng lên và bộ thu pháp đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế hơn về chi

phí đầu tư.
1.5 Kết luận chương
Nội dung trên đã trình bày cho ta biết tổng quan về mạng truy nhập quang thụ
động PON. Và cũng cho ta thấy cấu trúc cơ bản của nó. Chương tiếp theo sẽ trình bày
một công nghệ được sử dụng trong mạng PON, nhằm khai thác khả năng tốt nhất của
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
12


Đồ án tốt nghiệp đại học
_PON

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động

mạng truy nhập quang thụ động. Đó là công nghệ Ethernet và được gọi là mạng truy
nhập quang thụ động Ethernet – EPON.

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
13


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 2 : Mạng quang thụ động ETHERNET_ EPON

CHƯƠNG 2 : MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET_EPON
2.1 Giới thiệu chương
Vào năm 1995, ATM có hy vọng cao để trở thành công nghệ thịnh hành trong
mạng LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network) và mạng
đường trục (backbone). Tuy nhiên, công nghệ Ethernet đã đẩy lùi ATM. Ethernet đã

trở thành một chuẩn được chấp nhận phổ biến triển khai trên toàn thế giới. Việc triển
khai Gigabit Ethernet tốc độ cao và họ sản phẩm 10 Gigabit Ethernet đã trở nên hiện
thực. Ethernet dễ dàng triển khai và quản lý.
Một thiếu sót của ATM là việc hư hỏng và sai lệch của các cell ATM sẽ làm mất
hiệu lực hoàn toàn khung IP. Ngoài ra, có lẽ điều quan trọng nhất là ATM không thể
đạt được một công nghệ chi phí thấp như mong muốn. Các chuyển mạch ATM và Card
mạng là khá đắt so với chuyển mạch Ethernet và Card mạng Ethernet. Nói một cách
khác, Ethernet là một lựa chọn hợp lý cho mạng truy nhập IP được tối ưu hoá dữ liệu.
Kỹ thuật QoS được chấp nhận mới đã làm cho mạng Ethernet có khả năng cung
cấp thoại, data và video. Kỹ thuật này bao gồm mô hình truyền dẫn song công và sự
ưu tiên (P802.1p). Ethernet là công nghệ với chi phí thấp, phổ biến và phù hợp với
nhiều thiết bị cũ khác nhau. Vì vậy, trong chương này sẽ trình bày tổng quan về kỹ
thuật Ethernet, kiến trúc khung của Ethernet và quan hệ giữa Ethernet với mô hình 7
lớp OSI.
2.2 Tổng quan về Ethernet
Thuật ngữ Ethernet thuộc chuẩn 802.3 và được định nghĩa như là một giao thức
CSMA/CD (Carrier Sence Multiple Access/Collision Detect). Hiện tại có 4 tốc độ dữ
liệu


10Mps-10Base-T Ethernet.



100Mbps-Fast Ethernet.



1000Mbps-Gigabit Ethernet.



10000Mbps-10Gigabit Ethernet.

Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
14


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 2 : Mạng quang thụ động ETHERNET_ EPON

Nhiều giao thức và công nghệ khác nhau được đưa ra nhưng Ethernet vẫn tồn
tại như là một công nghệ LAN bởi giao thức của nó có những đặc tính sau: Dễ hiểu, dễ
thực hiện, dễ quản lý và bảo dưỡng.


Cho phép triển khai mạng với chi phí thấp.



Cung cấp nhiều mô hình linh hoạt cho việc cài đặt mạng.



Bảo đảm kết nối thành công và hoạt động theo tiêu chuẩn của quốc tế.

2.3 Các phần tử của mạng Ethernet
Mạng LAN Ethernet bao gồm các node mạng và phương tiện liên kết. Các node
mạng nằm trong hai lớp chính:



DTE (Data Terminal Equipment): Thiết bị cuối xử lý số liệu (hoặc dữ

liệu) một thiết bị cuối (end instrument) sử dụng để biến data sang tín hiệu truyền
thông, hoặc biến những tín hiệu thu được sang data. Thiết bị cuối xử lý số liệu (DTE)
có thể chỉ đơn giản là một thiết bị hoặc một hệ thống thao tác tất cả những chức năng
cần thiết để người dùng có thể truyền thông.


DCE (Data Communication Equipment): DCE cung cấp một đồng hồ để

tạo đồng bộ và thiết bị DTE đồng bộ hóa với đồng hồ của DCE


Phương tiện liên kết là các thiết bị mạng trung gian hoặc cáp truyền dẫn

2.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet
Kiến trúc đơn giản nhất là kết nối điểm-điểm (hình 2.1). Chỉ 2 đơn vị mạng được
kết nối với nhau và kết nối này có thể là DTE với DTE, DTE với DCE, DCE với DCE.
Dây cáp trong kết nối điểm điểm được gọi là network link. Chiều dài cho phép lớn
nhất của cáp phụ thuộc vào kiểu cáp và phương thức truyền được sử dụng.

Hình 2.1: Mô hình kết nối điểm-điểm
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
15


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 2 : Mạng quang thụ động ETHERNET_ EPON

Mạng Ethernet cơ sở được thực hiện với kiến trúc bus cáp đồng trục (hình 2.2).
Chiều dài của Segment (đoạn) được giới hạn ở 500m và có thể kết nối 100 trạm vào
một Segment. Từng Segment có thể kết nối với các trạm lặp, miễn là nhiều đường
không tồn tại giữa hai trạm bất kỳ trên mạng và số lượng DTE không vượt quá giá trị
qui định.

Hình 2.2: Mô hình kết nối Bus đồng trục
Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus nhưng một
vài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích. Từ đầu thập niên 90, cấu
hình mạng được lựa chọn là mô hình kết nối sao (hình 2.3). Đơn vị mạng trung tâm là
bộ lặp đa cổng (còn gọi là Hub) hoặc là một chuyển mạch mạng. Tất cả kết nối trong
mạng sao là kết nối điểm điểm được thực hiện với cáp sợi quang. Ngoài ra còn có mô
hình vòng Ring

Hình 2.3: Mô hình kết nối sao và Ring
Đỗ Thị Thu Hà _ lớp L10CQVT4
16