CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON VÀ ỨNG DỤNG

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON)
1.1. Giới thiệu................................................................................................................. 9
1.1.1. Lịch sử ra đời cáp quang ...........................................................................9
1.1.2. Khái niệm và đặc tính của cáp quang ........................................................10
1.1.3. Công nghệ và thiết bị.................................................................................11
1.2. Giới thiệu PON........................................................................................................14
1.3. Ưu điểm của mạng quang thụ động (PON)..............................................................15
1.4. Kiến trúc PON.........................................................................................................16
1.5. Các hệ thống PON đang được triển khai..................................................................17
1.5.1. APON/BPON.............................................................................................17
1.5.2. GPON........................................................................................................17
1.5.3. EPON.........................................................................................................18
1.5.4. WDM – PON.............................................................................................19
1.5.5. So sánh PON với công nghệ mạng quang chủ động AON.........................20
1.5.6. Nhận xét.....................................................................................................22
1.6. Kết luận.........................................................................................................23
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON
2.1. Giới thiệu ................................................................................................................26
2.2. Tình hình chuẩn hóa GPON.....................................................................................27
2.3. Kiến trúc GPON......................................................................................................29

1


2.3.1. Kết cuối quang OLT...................................................................................31
2.3.2. Khối mạng quang ONU.............................................................................32
2.3.3. Mạng phân phối quang ODN.....................................................................33
2.4. Thông số kỹ thuật....................................................................................................35
2.5. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh........................................................36
2.5.1. Kỹ thuật truy nhập.....................................................................................36

2.5.2. Phương thức ghép kênh..............................................................................38
2.6. Phương thức đóng gói dữ liệu..................................................................................38
2.7. Định cỡ và phân định băng tần động........................................................................39
2.8. Bảo mật và mã hóa sửa lỗi.......................................................................................40
2.9. Khả năng cung cấp băng thông................................................................................40
2.9.1. Hướng xuống.............................................................................................40
2.9.2. Hướng lên..................................................................................................41
2.9.3. Băng thông hữu ích....................................................................................42
2.10. Khả năng cung cấp dịch vụ....................................................................................42
2.11. Một số vấn đề cần quan tâm trong tính toán thiết kế mạng GPON........................43
2.12. Kết luận..................................................................................................................44
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ GPON TRÊN MẠNG
VIỄN THÔNG HÀ NỘI
3.1. Tình hình triển khai công nghệ GPON.....................................................................45
3.1.1. Tình hình triển khai trên thế giới................................................................45
3.1.2. Tình hình triển khai tại Việt Nam...............................................................48
2


3.1.3. Nhận xét về tình hình triển khai công nghệ GPON trên thế giới và tại Việt
Nam................................................................................................................................ 49
3.2. Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng của viễn thông Hà Nội.................................49
3.2.1. Mạng MAN-E............................................................................................49
3.2.2. Mạng MAN-E Hà Nội................................................................................52
3.2.3. Mạng cáp quang truy nhập Hà Nội............................................................54
3.2.4. Đặc điểm của mạng MAN-E và mạng truy nhập quang Hà Nộ.................55
3.2.5. Mục đích xây dựng GPON.........................................................................55
3.2.6. Xây dựng cấu trúc mạng GPON viễn thông Hà Nội..................................57
3.2.7. Đề xuất dịch vụ triển khai trên mạng GPON viễn thông Hà Nội...............64
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

3


DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo sợi cáp quang................................................................................10
Hình 1.2. Sơ đồ mạng quang chủ động AON............................................................12
Hình 1.3. Sơ đồ mạng quang thụ động PON.............................................................13
Hình 1.4. Mô hình triển khai mạng quang thụ động..................................................15
Hình 1.5. Cấu trúc của WDM-PON...........................................................................20
Hình 2.1. Mô hình mạng GPON................................................................................26
Hình 2.2. Kiến trúc mạng GPON..............................................................................30
Hình 2.3. Các khối chức năng của OLT.....................................................................31
Hình 2.4. Các khối chức năng của ONU...................................................................32
Hình 2.5. Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2......................................33
Hình 2.6. Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao................................................34
Hình 2.7. Kỹ thuật đa truy nhập TDMA trong GPON...............................................37
Hình 3.1. Tình hình triển khai GPON trên thế giới...................................................45
Hình 3.2. Phạm vi mạng đô thị..................................................................................50
Hình 3.3. So sánh TDM với Ethernet........................................................................51
Hình 3.4. Cấu trúc chung mạng MAN-E của Cisco...................................................52
Hình 3.5.Cấu trúc mạng MAN-E Viễn thông Hà Nội................................................53
Hình 3.6.Cấu trúc mạng FTTx-GPON của viễn thông Hà Nội..................................63
Hình 3.7. Mô hình kết nối IPTV................................................................................64
Hình 3.8. Mô hình kết nối truy nhập Internet tốc độ cao...........................................65
Hình 3.9. Mô hình kết nối VPN.................................................................................66
4

Hình 3.10. Mô hình kết nối điểm – đa điểm thông qua LAN-WAN và PSTN...........67
Bảng 1.1. So sánh công nghệ PON và AON..............................................................22
Bảng 2.1. Tình hình chuẩn hóa công nghệ GPON.....................................................29

5


CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số
bất đối xứng

ASE

Advanced Encryption Standard

Tiêu chuẩn mã hóa

APON

ATM-Passive Optical Network

Mạng quang thụ động
công nghệ ATM

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Mode truyền dẫn
không đồng bộ

BPON

Broadband Passive Optical Network

Mạng quang thụ động
băng rộng

BER

Bit Error Ratio

Tỉ lệ lỗi bít

B-ISDN

Bandwith-Intergrated Service

Mạng quang băng rộng

Data Network

đa dịch vụ băng rộng

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo

CDMA

mã
CO

Central Office

Tổng đài trung tâm

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra lỗi vòng dư

DBA

Dynamic Bandwidth Allocation

Phân bổ băng thông động

DCE

Data Communication Equipment

Thiết bị đầu cuối thông tin

DTE

Data Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối thông tin

EPON

Ethernet Passive Optical Network

Mạng quang thụ động trên
EThernet

FCS

Frame Check Sequence

Kiểm tra lỗi khung

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi

FTTB

Fiber To The Building

Cáp quang thuê bao tới tòa
nhà

FTTC

Fiber To The Curb

Cáp quang thuê bao tới
chung cư

FTTH

Fiber To The Home

Cáp quang thuê bao tới nhà
6


thuê bao
FSAN

Full Service Access Network

Mạng truy nhập đầy đủ

GEM

GPON Encapsulation Mode

Giao thức đóng gói GPON

GPON

Gigabit-capbale Passive

Mạng PON tốc độ Gigabit

Optical Nnetwork
HEC

Header Error Control

Điều khiển lỗi

IEEE

Institute of Electrical and

Viện kỹ nghệ điện và điện tử

Electronics Engineers
ITU - T

International Telecommunication

Tổ chức hiệp hội viễn thông

Union – Telecommunication

quốc tế

Standardization

ISDN

Integrated Services Digital Network

Mạng đa dịch vụ tích hợp

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi
trường

MPCP

Multi-Point Control Protocol

Giao thức điều khiển đa
điểm

MPCPDU

Multi-Point Control Protocol

Khối điều khiển giao thức

Data Unit

điểm-đa điểm

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

OAM

Operation, Administration

Quản lý vận hành bảo dưỡng

and Maintenance
ODN

Optical Distribution Network

Mạng phân phối quang

OLT

Optical Line Terminal

Đầu cuối đường quang

OMCI ONT Management

Giao diện điều khiển và

and Control Interface

quản lý ONT

ONT

Optical Network Terminal

Đầu cuối mạng quang

ONU

Optical network unit

Đơn vị mạng quang

OSI

Open system interconnect

Hệ thống mở

PDU

Protocol data units

Đơn vị giao thức dữ liệu
7


PON

Passive optical networks

Mạng quang thụ động

SNI

Service Node Interface

Giao diện nốt dịch vụ

UNI

User Network Interface

Giao diện mạng người dùng

8


LỜI MỞ ĐẦU
Kiến trúc mạng viễn thông ngày càng phát triển cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
hệ thống thông tin quang, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu với dung lượng lớn.
Một số thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lượng băng thông cao, truyền dẫn
với cự ly xa, đáng tin cậy. Những năm gần đây với sự phát triển của dịch vụ internet, đặc
biệt với các dịch vụ giá trị gia tăng tích hợp thoại và hình ảnh, dữ liệu ngày càng gia tăng.
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 truy nhập cáp đồng
điển hình như xDSL đã được triển khai rộng rãi. Tuy nhiên, những hạn chế về cự ly và
tốc độ đã không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Như vậy, 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 quá 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.
Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, 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, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn tốc độ cao. Do vậy GPON sẽ là
công nghệ truy nhập lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai.
Đề tài “Nghiên cứu mạng quang thụ động GPON” nhằm mục đích tìm hiểu những
đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ GPON, ứng dụng và triển khai công nghệ GPON
trên mạng viễn thông Hà Nội. Đề tài thực hiện gồm 03 chương.
Chương 1: Có tiêu đề “Tổng quan về mạng quang thụ động (PON)”. Giới thiệu về
mạng PON và các hệ thống PON đang được triển khai.
9


Chương 2: Có tiêu đề “Công nghệ mạng quang thụ động GPON” trong đó các vấn
đề cấu tạo và chức năng các thành phần trong mạng GPON, kỹ thuật truy nhập, định cỡ
và phân định băng tần động là các vấn đề trọng tâm.
Chương 3: Có tiêu đề “ Ứng dụng và triển khai công nghệ GPON trên mạng viễn
thông Hà Nội ”. Trình bày về tình hình triển khai GPON trên Thế giới và Việt Nam, hiện
trạng mạng truy nhập băng rộng của viễn thông Hà Nội và hướng nghiên cứu tiếp theo
của đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Đỗ
Xuân Thu đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đề tài này. Mặc dù đã cố gắng nhiều,
nhưng do thời gian và kiến thức có hạn nên đề tài của chúng em còn nhiều thiếu sót, hạn

chế và nhiều khuyết điểm. Vì vậy chúng em rất mong được sự góp ý quý thầy cô trong bộ
môn để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

10


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON)
Giới thiệu
1.1.1. Lịch sử ra đời cáp quang
1.1.

Năm 1966, Charles Kuen Kao và George Hockman, hai kĩ sư trẻ tại Phòng thí
nghiệm chuẩn viễn thông (Anh), đã công bố khám phá mới đầy hứa hẹn về khả năng của
sợi quang – những sợi thủy tinh hoặc nhựa trong suốt, linh hoạt và mổng hơn một sợi tóc.
Khi đó, việc sử dụng sợi quang để truyền thông tin là rất hạn chế. Một thông điệp
được chuyển thành cung ánh sáng, di chuyển dọc theo sợi quang tới điểm đầu bên kia.
Tuy nhiên, chúng chỉ có thể đi được một khoảng cách ngắn trước khi ánh sáng bắt đầu
biến mất.
Đây là hiện tượng giảm cường độ theo từng dB/km (dB – viết tắt của decibel – là
đơn vị đo cường độ âm thanh). Charles Kao đã quan sát những sợi quang có khả năng
chứa một gigahezt (GHz) thông tin – tương đương với 200 kênh TV hay 200000 đường
điện thoại. Ông nhận thấy ánh sáng đã thoát ra với tốc độ 1000 dB/km, nghĩa là tín hiệu
chỉ còn chưa đến một nửa dù mới di chuyển vài mét.
Sau nhiều ngày nghiên cứu, tiến sĩ Kao phát hiện ra rằng tình trạng trê không phải
do bản chất vốn có của sợi thủy tinh mà bởi một và khiếm khuyết bên trong vật liệu. Nếu
loại bỏ những vấn đề đó, tỷ lệ thất thoát ánh sáng giảm xuống mức chấp nhận được là
20dB/km.
Kết luận của Kao nghe có vẻ hoang đường nên ông phải chịu sức ép rất lớn từ gia
đình cũng như dư luận. nhưng đến năm 1971, Nữ hoàng Anh chứng kiến hình ảnh video
được truyền qua cap quang.

Mãi 4 năm sau, Corning Glass Works, hãng sản xuất gốm sứ và thủy tinh của Mỹ,
bất ngờ tuyên bố họ đã chế tạo một cap quang phá vỡ giới hạn 20dB (17dB/km).

11


Cuối những năm 70, các công ty viễn thông quyết định triển khai và sử dụng công
nghệ này. Mạng cáp quang bắt đầu phổ biến ở các thành phố cũng như dưới lòng đại
dương và làm nên cách mạng ở những năm 90.
Internet đã khiến công nghệ cáp quang thực sự bùng nổ. “Cáp quang là cơ sở của
Internet và Wifi. Hiện nay, mọi doanh nghiệp với mạng LAN đều sử dụng nó. Mọi người
cũng nhớ đến cáp quang mỗi khi gửi email, tin nhắn SMS, ảnh, video và các file dữ liệu
khác”, Philip Hargrave, chuyên gia tại hãng cung cấp giải pháp truyền thông Nortel, nhận
xét.
Cáp quang cũng đang đóng vai trò quan trọng tại nhiều lĩnh vực như truyền hình
mạng IPTV và trong tương lai nó sẽ là trụ cột của mạng giải trí gia đình.
1.1.2. Khái niệm và đặc tính của cáp quang

Hình 1.1. Cấu tạo sợi cáp quang

12


Ngày nay, mạng cáp quang đã trở nên vô cùng phổ biến với mọi người, nhưng rất
ít người hiểu được bản chất thật sự của chúng. Theo khái niệm dễ hiểu nhất, cáp quang là
một mô hình kết nối, liên kết bởi các sợi thủy tinh, sở hữu tốc độ đường truyền với tốc độ
ánh sáng, đặc biệt có khả năng truyền dữ liệu đạt tới con số đáng kinh ngạc là 10Gb/s.
Mạng internet luôn đảm bảo tính ổn định trong tốc độ truyền dữ liệu, rất ít bị tác
động và ảnh hưởng bởi những yếu tố bên ngoài như thời tiết, chnsh vì vậy rất nhiều
người đã lựa chọn sử dụng mạng cáp quang để đảm bảo cho nhu cầu sử dụng cho công

việc, học tập cũng như giải trí một cách tốt nhất.
Cáp quang được hình thành bởi sự kết nối các sợi dây bằng thủy tinh rất mỏng, chỉ
bằng sợi tóc của cong người, chúng thực hiện chức năng mang thông tin kĩ thuật số di
chuyển với tốc độ nhanh chóng trên một khoảng cách dài.
So với dây cáp đồng trước đây, thì sợi cáp quang mang trong mình khả năng
truyền tải dữ liệu và bảo mật an toàn tuyệt đối.
Với thiết kế sợi cáp quang mỏng sẽ hỗ trợ việc truyền dữ liệu với tốc độ cao ngay
cả khi nhiều kênh cùng truyền qua.
So với cáp đồng cũ, Internet cáp quang rất hiếm bị suy giảm tốc độ khi gặp thời
tiết xấu.
Đặc điểm nổi trội của mạng truy nhập quang là: Băng thông lớn; Dễ nâng cấp;
Chất lượng tín hiệu ổn định, không bị suy hao; Không bị nhiễu bởi môi trường truyền ;
Tính bảo mật cao; Hỗ trợ đa dịch vụ như data, thoại, hình ảnh... Truy nhập quang đáp ứng
nhu cầu nâng cao hiệu quả các ứng dụng công nghệ thông tin trong hoạt động sản xuất,
kinh doanh của khách hàng doanh nghiệp và cả người dùng hộ gia đình.
1.1.3. Công nghệ và thiết bị
Mạng truy nhập quang có hai mạng cơ bản là mạng quang chủ động (AON Active Optical Network) và mạng quang thụ động (Passive Optical Network – PON). Đa
số các mạng truy nhập quang xây dựng từ trước đều đang sử dụng các thiết bị Active
13


components (các thiết bị chủ động) để cung cấp dịch vụ truy cập quang chủ động. Các
thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần, thường là bộ xử lý, các chíp
nhớ…

Hình 1.2. Sơ đồ mạng quang chủ động AON
AON dựa vào những kĩ thuật Ethernet tiêu chuẩn, sử dụng cáp quang chuyên dụng
để cung cấp dịch vụ có băng thông cực đại và đồng bộ với độ linh hoạt tối đa. Active
Ethernet sử dụng thiết bị tiêu chuẩn IEEE. Các thiết bị điện tử thông minh được đặt ở
mạng bên thuê bao làm đơn giản quá trình khắc phục sự cố mạng. Nó có khả năng hoạt

14


động ở khoảng cách trên 80 km. Dễ tính toán được giá thành lắp đặt thuê bao mới và hỗ
trợ tốc độ truyền lên đến 1Gbps cho mỗi khách hàng.
Công nghệ PON đuợc biết tới đầu tiên là TPON (Telephony PONs) đuợc triển khai
vào những năm 90s. Tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) được chuẩn hóa
dựa trên nền ATM. Năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ
Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON). Công nghệ PON mở ra cơ hội mới cho
các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới nguời
sử dụng đầu cuối. Thành viên mới nhất trong “gia đình” PON là WPON (Wavelength
Division PON).
Trong mạng PON, tất cả các thành phần hoạt động giữa tổng đài (Central Office CO) là các thiết bị quang thụ động, điều hướng các luồng tín hiệu trên mạng dựa trên việc
phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường
truyền. Một hệ thống mạng PON bao gồm các thiết bị kết cuối kênh quang (OLT –
Optical line terminators) đặt tại CO và bộ các thiết bị kết cuối mạng quang (ONT –
Optical network terminals) được đặt tại người sử dụng. Giữa chúng là hệ thống mạng
quang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết bị ghép - tách
thụ động .
Thiết bị OLT của mạng PON cung cấp nhiều kênh quang, mỗi kênh quang đuợc
truyền trên một tuyến cáp quang trên đó có bộ lọc (splitter) thu và nhận các tín hiệu
quang đuợc nhận và phát bởi OLT. Các đôi dây quang truyền từ OLT sẽ kết nối tới mỗi
ONT. Điều này cho phép các phần cáp quang đắt tiền nối từ tổng đài đi ra có thể được
nhiều người sử dụng cùng chia sẻ, từ đó giảm một cách đáng kể chi phí triển khai các ứng
dụng hệ thống cáp quang FTTB (fiber to the business) và FTTH (fiber to the home). Với
PON, một sợi cáp quang đơn từ tổng đài nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ cho 32 tòa
nhà hoặc nhiều hơn nữa.

15

Hình 1.3. Sơ đồ mạng quang thụ động PON
Đối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet, thay vì triển khai những mạng bất đối
xứng trước đây thì họ cũng phải triển khai những mô hình mạng đối xứng và những cơ sở
hạ tầng mới để có thể hỗ trợ nhu cầu đa dạng của khách hàng. Thực tế này khiến nhà
cung cấp dịch vụ phải triển khai đồng thời cả công nghệ PON để đáp ứng cho khu vực
dân cư và AON để đảm bảo dịch vụ cho những khách hàng đòi hỏi đường truyền chất
lượng cao, đối xứng và an toàn.
1.2.

Giới thiệu PON
PON được viết tắt của Passiver Optical Network hay còn gọi là mang quang thụ

động. Mạng quang truy cập.Công nghệ PON được biết tới đầu tiên là TPON (telephogy
PON), được phát triển vào đầu những năm 90, tới năm 1998, Mạng BPON (Broadband
PON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM. Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của
2 dòng công nghệ EPON (Ethernet PON) và GPON (Gigabit PON), có thể nói hai công
nghệ này là cơ hội mới, mở ra cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn để
truy cập băng thông rộng tới người sử dụng đầu cuối. Sự ra đời mới nhất của PON đó
chính là WDMPON (Wevelength Divisson Mutiplexer PON). Trong công nghệ PON, tất
cả các thành phần chủ động giữa tổng đài CO (central Office) và người sử dụng sẽ không
16


còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động để điều hướng các lưu lượng
trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền.
Vì thế người ta gọi là công nghệ quang thụ công PON.
Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mang quang truy cập PON là một
dạng của truy cập Quang. Mạng truy cập hỗ trợ kết nối tới các khách hàng, nó được đặt

gần đầu cuối với khách hàng và triển khai số lượng lớn.
Mạng truy cập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lý do khác nhau và PON là
một trong những dạng đó. Khi so sánh với mạng cáp đồng truyền thống, sợi quang gần
như không giới hạn băng thông. Việc triển khai sợ quang đang được phát triển, và triển
khai rông khắp hiên nay. Đó là một sự lựa chọn tốt nhất cho thời điểm hiện tại.

1.3.

Ưu điểm của mạng quang thụ động (PON)
Mạng quang thụ động được trình bày như hình 1.4. Sử dụng phần tử chia quang

thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền sang Oftical Line
Terminal (OLT) và thiết bị kết nối mạng quang Optical Network Unit (OUN) .

17


Hình 1.4. Mô hình triển khai 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 mạng quang thụ
động PON.
Từ đó ta thấy được các những Ưu điển mà mang quang thụ động PON đem lại cho
công nghệ bây giờ.
Mạng quang thụ động (PON) được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị thu,
phát và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH.
Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ quang

truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ
và người sử dụng hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng nhà
thuê bao sử dụng bộ chia có thể lên tới 1:128.
PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet. PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu và
hình ảnh với tốc độ cao và khả năng cung cấp băng thông rộng
Trong hệ thống PON, băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này sẽ
làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng. Cũng như khả năng tận dụng công nghệ
WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băng thông động để giảm
thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và bộ chia.
PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợi
quang. PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, sao, bus và ring.
18


1.4.

Kiến trúc PON
Các phần tử thụ động của PON đề nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là

mạng 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 PON, tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợ
quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợ quang thông qua bộ ghép quang, phụ
thuộc vào tín hiệu truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên
một sợ quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên
hay hướng xuống của PON. PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, với
cấu hình cây là phổ biến, PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng ring cho
các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các khu trường sở… Mô
hình mạng quang thụ động với các phần tử của nó được biểu diễn như hình 1-1.
Về mặt Logic, PON được sử dụng như mạng truy cập kết nối điển – đa điểm theo

chiều một CO phục vụ cho nhiều thuê bao và kết nối điểm – điểm theo chiều ngược lại.
Có một số cấu hình kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho mạng truy cập như cấu hình cây,
cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus….
Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khai
theo bất cứ cấu hình nào. Ngoài ra, PON còn có thể thu gọn lại thành tôp mạng : Vòng
ring kép, hay tôp mạng hình cây.Tất cả các tuyến truyền dẫn trong PON đề được thực
hiện giữ OLT và ONU, OLT nằm ở CO và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị
(MAN) hay mạng diện rộng (WAN), được là mạng đường trục. ONU nằm 16 tại vị trí đầu
cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC). Đây là cấu hình rất mềm dẻo, phù
hợp với nhu cầu phá ttrieern của thuê bao, cũng như những đồi hỏi ngày càng tăng về
băng thông.
Các hệ thống PON đang được triển khai
1.5.1. APON/BPON
1.5.

19


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 cập
băng thông rộng. Hiện nay các thành viên của FSAN đã tăng lên 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 được gọi là APON (ATM PON). Cái tên APON sau đó được
thay thế bằng BPON 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 ra các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để
thông qua chính thức. Từ đó, các tiêu chuẩn ITU.983.x cho mạng BPON lần lượt được
thông qua. Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155Mbps hướng lên 622Mbps
hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622Mbps. Các hệ thống BPON đã được sử dụng ở

nhiều nơi, tập chung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản, và một số nước Châu Âu.

1.5.2. GPON
Gbit/s PON cho phép phân phối nhiều dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn, độ phân
giải cao, đóng gói IP các luồng dữ liệu ngay cả khi hệ số chưa OLT/ONU là 1:64 hoặc
cao hơn. Tại thời điển hiện tại, tốc độ chiều xuống của GPON khoảng 2,5 Gbps, và chiều
lên là 1.25 Gbps. Nếu 1 OLT phụ vụ duy nhất một thuê bao thì đó có thể đạt được khai
thác toàn bộ băng thông như trên, tuy nhiên thông thường trong các mạng đã triển khai tại
một số nước trên thế giời, nhà cung cấp thường thiết kế tốc độ cho một thuê bao sử dụng
PON vào khoảng 100 Mbps cho chiều xuống và 40 Mbps cho chiều lên. Với tốc độ truy
nhập như vậy, băng thông đã thỏa mãn cho hầu hết các ứng dụng cao cấp như HDTV
(khoảng 10 Mbps, chiều lên xuống, chiều lên cho peer-to-peer HDTV). Tuy nhiên GPON
cũng có nhược điểm chính là: thiếu tính hội tụ IP, có một kết nối duy nhất giữa OLT và
bộ chia, nếu kết nối này mất toàn bộ ONT không được cung cấp dịch vụ.
1.5.3. EPON
20


Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet đường dài (EFM) với
mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập vùng, hướng tới các
mạng đến thà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn giữ được các tính chất của
Ethernet truyền thống. Ethernet PON được bắt đầu nghiên cứu trong thời gian này.
Ethernet PON (EPON) là mạng trên cơ sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong các
khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3. Sử dụng mã đường truyền 8b/10B và
hoạt động với tốc đọ 1Gbps. EPON có thể sử dụng để chuyển các luồng dữ liệu được
đóng thành các khung Ethernet, theo chiều hướng lên (từ ONU đến CO), ONU cần phải
khai thác cơ chế điều khuển truy cập nhằm tránh các xung đột dữ liệu và 17 chia sẽ dung
lượng kênh dùng. Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) sử dụng cơ chế hỗ trợ, thiết lập
các thuật toán phân bổ tăng băng tần khác nhau trong EPON, giao thức này dựa vào hai
bản tin Ethernet: Gate và Report. Bản tin Gate được gởi từ OLT đến ONU để ấn định một

khe thời gian truyền, bản tin Report được ONU sử dụng để truyền đạt các thông tin về
trạng thái hiện tại của nó (như mức chiến dữ của bộ đệm) đến OLT, giúp có thể phân bổ
khe thời gian một cách hợp lý. Cả hai bản tin Gate và Report đề là các khung điều khiể
MAC (loại 88-08) và được xử lý bởi con điều khiển MAC. Ngoài ra, giao thức DBA cũng
có thể được sử dụng trong EPON để thực hiện cơ chế điều khiểu phân bổ băng thông. Do
không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu
trúc của EPON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và
GPON. OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục, bộ tiêng và tăng them 1 sau mỗi 16ns.
Mỗi một MPCPDU mang lại theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục
bộ của ONU tương ứng. Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s. Một chuẩn
khác cũng cùng họ với EPON là chuẩn Gbit/s EthernetPON(IEEE 802.3av – Gbit/sPON).
Chuẩn này là phát triển của EPON tại tốc đọ 10Gbit/s và được ứng dụng chủ yếu trong
các mạng quảng bá video số.
1.5.4. WDM – PON
WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh chia theo
bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA. OLT sử dụng một bước
21


sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm điểm. Mỗi một ONU có một bộ
lọc để đưa ra lựa chọn bước song tương thích với nó. OLT cũng có một bộ lọc cho chỗ
ONU. Nhiều phương thức khác đã được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU như là :
Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước song ONU, dùng
các laser điều chỉnh được và cắt phổ tín hiệu.
Các phương thức thụ động mà theo đó OLT cung cấp tín hiệu song mang tới các
ONU. Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước song đầu ra của Laser ONU.
Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như hình… trong đó WDM-PON có thể
được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như FTTx, các ứng dụng cho đường dây
thuê bao số tốc độ rất vao VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa. Các bộ thu
WDM-PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống đẫn song. Một bộ lọc quang ống dẫn

song có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời.
Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiểu được hoặc là một mảng bộ thu ở
OLT để nhận các kênh khác nhau. Thâm chí nhiều vấn đề khó khan cho các nhà khai thác
mạng là kiểm kê từng bước song của ONU , thay vì chỉ có một lại ONU, thì có nhiều loại
ONU dựa trên các bước song Laser của nó. Mỗi ONU sẽ sử dụng một Laser hẹ và độ
rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền. mặt khác , nếu một bước sóng bị sai lệch
sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác tỏng mạng PON. Việc sử sụng Laser điều khiểu được
có thể khắc phụ được vấn đề này nhwung quá đắt cho công nghệ hiện nay. Với những
khó khan như vậy thì WDM-PON không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.
Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu theo
các cấu trúc khác nhau(DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet) tùy theo yêu cầu về
băng thông của khách hàng. Tuy nhiên nhược điểm chính của WDM-PON là chi phí khác
lớn cho các linh kiện để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau. WDM-PON cũng
được triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông truyền đi.

22


Hình 1.5. Cấu trúc của WDM-PON
CO : Center office : Văn phòng trung tâm
FTTH : Fiber to the home : Cáp quang thuê bao
FTTB : Fiber to the building : Cáp quang tới toàn nhà
FTTC : Fiber to the curt : Cáp quang tới khu dân cư
VDSL switch : Thiết bị định tuyến đường dây thuê bao số tốc độ rất cao
Wireless Accrss point : Điểm truy cập Wireles
1.5.5. So sánh PON với công nghệ mạng quang chủ động AON
Mạng quang chủ động (AON): Để phân phối tín hiệu, mạng quang chủ động sử
dụng các thiết bị sử dụng điện để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc
multiplexer. Dữ liệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến
khách hàng đó. Dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh xung đột khi truyền trên đường vật lý

chung bằng việc sử dụng các bộ đệm của các thiết bị chủ động.
Công nghệ
Băng thông trên mỗi thuê
bao

AON
100Mbps – 1Gbps
23

PON
2,5Gbps/1,25Gbps nếu
không dùng splitter, triển


Tăng băng thông tạm thời
cho thuê bao (cần sao lưu
dự phòng máy chủ, chẳng
hạn)
Số thuê bao bị ảnh hưởng
khi có lỗi
Thời gian xác định lỗi
Khả năng bị nghe lén
Độ tin cậy của đường cáp
đến thuê bao

Chi phí triển khai

Chi phí vận hành

Chi phí nâng cấp

Đơn giản

khai theo mô hình điểm điểm, tuy nhiên thường
chia thành 1:32 (78Mbps)
hay 1:64 (39Mbps).
Phức tạp

Ít

Nhiều

Nhanh
Rất thấp
Cao do tùy mô hình khách
hàng có thể được kết nối
theo dual-homing (có 2
đường truyền khác nhau),
vòng tròn (ring) hay 2 kết
nối

Chậm hơn
Cao
Thấp, không có phương án
2 kết nối trên một PON

Cao do mỗi thuê bao là một Thấp vì sợi quang từ OLT
sợi quang riêng
sẽ được chia sẻ cho nhiều
thuê bao qua bộ chia thụ

động (passive splitter)
Cao các thiết bị như Access
Node cần cấp nguồn và
kích thước cũng lớn, yêu
cầu không gian. Không
gian cho cáp cũng cần
nhiều.
Thấp, do đặc tính điểm đến Cao do một toàn bộ thuê
điểm nên việc nâng cấp
bao trong một dây PON (từ
băng thông đơn giản, chẳng OLT qua splitter đến người
hạn chỉ cần thay thiết bị
dùng) phải được nâng cấp.
đầu cuối (CPE)
Bảng 1.1. So sánh công nghệ PON và AON

1.5.6. Nhận xét
Vào giữa những năm 90 của thế kỷ này, công nghệ APON (ATM – PON) đã được
áp dụng dể truyền tải dữ liệu và tiếng nói. Chậm hơn một chút là BPON, nó sử dụng cấu
trúc chuyển đổi ATM ở mạng ngoại vi. Tuy nhiên hiện nay mạng APON/BPON không
24


được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ ở dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều
só với công nghệ hiện hữu khác như GPON hay EPON. Các nghiên cứu hiện nay đang
tập chung vào GPON và EPON/GEPON vì đây là các công nghệ hứa hẹn sẽ được triển
khai rộng rãi trong mạng truy nhập băng rộng do các đặc điểm vượt trội của chúng so với
các công nghệ khác. Trong khi GEPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì
GPON lại cho phép đạt tới tốc độ 1,448 Gbit/s/. Và thậm chí, khi càng ngày các nhà cung
cấp dịch vụ càng cố tiết kiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông thì có vẻ như

GEPON đang dần trở thành một sự lựa chọn không được đánh giá cao. Với hiệu suất từ
50-70%, băng thông của GEPON bị giới hạn trong khaorng 600Mbps đến 900 Mbps,
trong khi đó GPON với việc tân dụng băng thông tối đa nó có thể cho phép các nhà cung
cấp dịch vụ với băng thông lên tới 2300 Mbps. Trong một nghiên cứu điển hình, hệ thống
mạng GPON của Flexlight có thể đạt tới hiệu suất 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ
rộng băng tần được sử dụng cho việc quy định các thủ tục giao thức truyền thông. Hiệu
suất lớn, độ rộng băng tần lớn. GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà
cung cấp dịch vụ. Trong khi đó APON, BPON, hay EPON là tốn khá nhiều băng thông
cho việc quy định các thủ tục truyền thông. Chính vì thế mà hiệu suất băng thông giảm đi
đáng kể, cụ thể APON và BPON còn 70% và EPON còn 50%. Đã được chuẩn hóa theo
ITU-TG.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với các định dạng gốc như IP và
TDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sử dụng
tất cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho các doanh nghiệp. Mặt khác trong khi tiêu
chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN : lớp A và lớp B thì ITU-TG.984.2, còn GPON
GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn.cự ly mở rộng tới 20km, cung cấp người cho số
lượng người dùng cuối đạt tới 64, thâm chí là 128 ONU/ONT.EPON chỉ hỗ trợ duy nhất
một tốc độ đối xứng 1,25/1,25 Gbps. ITU-TG.984.2 GPON GPM thì linh hoạt và biến đổi
được nhiều hơn., cho phép hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép 155Mbps,
622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps. Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường truy nhập bao
gồm các ứng dụng FTTH và FTTB với đặt trưng là tốc độ truy nhập không đối xứng giữa
hướng lên và hướng xuống. . Thậm chí với sự phát triển của các ứng dụng dữ liệu thì
cũng không có nhu cầu đến 1,25Gbps trong hướng lên. Trong khi GPON cho phép các
25