Điện tử viễn thông mạng truy nhập khotailieu

Truy nhâp quang

LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ viễn thông đã và đang phát triển một cách như vũ bão. Mạng viễn
thông ngày càng có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ tới khách hàng , như các
dịch vụ truyền Data, Internet ,Video. Nhưng để cung cấp cho khách hàng các dịch vụ
viễn thông hiện đại, nếu chỉ có tổng đài và mạng trung kế thôi thì vẫn chưa đủ. Một
phần quan trọng tham gia vào khả năng cung cấp dịch vụ cho khách hàng là mạng
truy nhập thuê bao. Mạng truy nhập truyền thống chủ yếu là mạng đôi dây cáp đồng
nối trực tiếp tới tổng đài hoặc thông qua các tầng thuê bao xa. Do vậy nảy sinh một
số hạn chế buộc các nhà mạng phải đưa vào các giải pháp khác, những vấn đề nảy
sinh đó:
•

Các dịch vụ mới liên tục phát triển trong khi mạng cáp đồng hiện nay không đáp ứng

•

được cả về nhu cầu dịch vụ cũng như tổ chức mạng lưới.
Các tổng đài có dung lượng lớn và chuyên dụng, do đó làm nảy sinh sự hạn chế việc
kết nối trực tiếp với các thuê bao và tổng đài.
Các yêu cầu nêu trên dẫn đến cần đưa ra một mạng truy nhập mới với các đặc
tính linh hoạt, hiệu quả, dễ kết nối, dung lượng lớn và có khả năng đáp ứng các dịch
vụ mới. Do có nhiều ưu điểm ,truyền dẫn quang đóng một vai trò quan trọng trong
mạng viễn thông của mọi quốc gia. Mạng truy nhập quang đang tạo nên một cuộc
cách mạng trong việc nâng cấp mạng truy nhập băng hẹp truyền thống, đồng thời
tăng bán kính phực vụ lên hàng chục Km.
Với các đặc điểm vượt trội về băng thông, tốc độ và chất lượng dịch vụ so với
công nghệ mạng truy nhập cáp đồng, công nghệ mạng truy nhập cáp quang mở ra xu
hướng mới nhằm cung cấp các dịch vụ băng rộng cho khách hàng. Mặt khác, để
nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường dịch vụ băng rộng,

các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn như: VNPT, FPT, Viettel đã gấp rút triển
khai các hệ thống mạng truy nhập quang trên công nghệ AON (Active Optical
Network), GPON (Gigabit Passive Optical Network), nhằm cung cấp các dịch vụ

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 1


Truy nhâp quang

băng rộng, dịch vụ FTTX (Fiber to the X) tốc độ cao, chất lượng ổn định đến nhà
khách hàng bằng cáp quang.
Bài viết sau trình bày khái quát về công nghệ truy nhập cáp quang bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về truy nhập quang.
Chương 2: Trình bày về công nghệ truy nhập quang chủ động và các cấu hình
triển khai AON.
Chương 3: Trình bày về công nghệ truy nhập quang thụ và so sánh giữa mạng
AON và PON.
Chương 4: Trình bày về các giải pháp triển khai mạng truy nhập quang.
Cuối cùng là phần đánh giá , tổng kết về truy nhập quang.
Trong quá trình viết bài , chúng em không thể tránh khỏi những sai sót . Rất mong
được sự góp ý của thầy và các bạn . Xin chân thành cảm ơn

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 2


Truy nhâp quang

Danh mục các từ viết tắt sử dụng trong bài
Từ Viết Tắt Tiếng Anh

Tiếng Việt

OAN

Optical Access Network

Mạng Truy Nhập Quang

AON

Active Optical Network

Mạng Quang Chủ Động

PON

Passive Optical Network

Mạng Quang Thụ Động

OLT

Optcal line terminal

Đầu cuối đường quang

ODN

Optical Distribution Network

Mạng phân phối quang

ONU

Optical Network Unit

Khối đơn vị mạng quang

AF

Adaption Function

Khối chức năng tự thích nghi

NT

Network Terminal

đầu cuối mạng

Active Optical Ethernet
Network

Mạng Ethernet tích cực

CO

Central Office

Tổng Đài Trung Tâm

CPE

Customer premise equiment

Phương tiện truyền thông cá nhân

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Truyền không đồng bộ

WDM
TDMA

Wavelength division Multiple
Time division Multiple Access

Ghép kênh theo bước sóng
Đa truy nhập theo thời gian

UNI

User to Network Interface

Giao diện người dùng với mạng

SNI

Service to Network Interface

Giao diện dịch vụ với mạng

FDH

Fiber Division Hub

Tủ đấu nối quang

PLOAM

physical layer OAM

Lớp Vật lý OAM

APON

ATM PON

Quang thụ động kết hợp với ATM

BPON

Broadband PON

Quang thụ động băng thông rộng

EPON

Ethernet PON

Quang thụ động Ethernet

GPON

Gigabit PON

Quang thụ động tốc độ gigabit

FTTN

Fiber to the Node

Cáp quang tới các node

FTTC
FTTB
FTTH

Fiber to the Curb
Fiber to the Building
Fiber to the Home

cáp quang tới khu dân cư
Cáp quang tới tòa nhà

Cáp quang tới thuê bao

AOEN

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 3


Truy nhâp quang

MỤC LUC

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 4


Truy nhâp quang
quangTruy nhâp quang
quang

Chương 1: Tông quan truy nh âp
Chương 1: Tông quan truy nhâp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TRUY NHẬP QUANG
1.1 Giới thiệu
Khái niệm: Mạng truy nhập quang (OAN-Optical Access Network) là mạng

•

truy nhập chủ yếu sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền dẫn.
Những ưu điểm của mạng truy nhập quang là:
 Dung lượng truyền tải lớn.
 Kích thước và trọng lượng cáp nhỏ.
 Không bị nhiễu điện.
 Tính bảo mật cao.
 Chất lượng truyền dẫn tốt.
Những nhược điểm của truy nhập quang là:
Vấn đề biến đổi điện-quang: tín hiệu điện phải được bến đổi thành sóng ánh sáng và

•

ngược lại. Chi phí của các thiết bị biến đổi cao, cần được xem xét khi thiết kế mạng.
Đường truyền thẳng, điều này không thích hợp cho các vùng rừng núi hay các nơi có
địa hình phức tạp.
• Yêu cầu lắp đặt đặc biệt do sợi chủ yếu làm bằng thủy tinh.
• Đòi hỏi phải có kỹ năng tốt trong công tác lắp đặt và bảo dưỡng.
Phân loại: Gồm có 2 loại truy nhập quang chủ động (AON) và truy nhập quang
thụ động (PON)[3].

1.2 Thiết bị truyền dẫn
Thiết bị truyền dần bao gồm cáp quang và sợi quang.
Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng, nó tạo sự kết nối
giữa các thiết bị.
Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc, tuy nhiên
sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy
hao không quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tán
sắc thì ảnh hưởng không đáng kể. Do đó, người ta sử dụng sợi quang có suy hao

nhỏ, chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652.
Cáp quang dài, mỏng với thành phần của thủy tinh trong suốt và
bằng đường kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi
là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Cáp
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 5


Truy nhâp quang
quangTruy nhâp quang
quang

Chương 1: Tông quan truy nh âp
Chương 1: Tông quan truy nhâp

quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được
tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng. Sợi quang được
tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu.
Cáp quang gồm các thành phần được thể hiện như hình 1.1
Lõi: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua
Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại
vào lõi.
Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt
Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp quang.
Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket.

Hình 1.1: Cấu tạo của sợi quang


Cơ chế truyền và nhận tín hiệu trong cáp quang
Khi phát tín hiệu thì một điốt phát sáng (LED) hoặc laser sẽ truyền dữ liệu xung

ánh sáng vào cáp quang. Còn khi nhận thì sẽ sử dụng cảm ứng quang chuyển xung
ánh sáng ngược thành dữ liệu. So với cáp đồng, cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng
(không truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu và bị nghe trộm (tín hiệu ánh
sáng từ sợi quang không bị nhiễu với những sợi khác trong cùng cáp, điều này làm
cho chất lượng tín hiệu tốt hơn).
Độ suy hao thấp hơn các loại cáp đồng (tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn
trong cáp đồng), nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km. Dung lượng tải của
cáp quang cao hơn, vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có thể
được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng. Điều này cho phép nhiều
kênh đi qua một sợi cáp. Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 6


Truy nhâp quang
quangTruy nhâp quang
quang

Chương 1: Tông quan truy nh âp
Chương 1: Tông quan truy nhâp

vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn
thay vì máy phát với điện thế cao được dùng trong cáp đồng
Cáp quang không cháy, vì không có điện xuyên qua cáp quang, do đó
không có nguy cơ hỏa hoạn xảy ra. Tuy vậy, cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất
đắt tiền so với các loại cáp đồng.

1.3 Cấu trúc mạng truy nhập quang
1.3.1 Cấu hình tham chiếu
Mạng truy nhập quang dùng sợi quang làm môi trường truyền dẫn chủ
yếu.Thông tin trao đổi của tổng đài chuyển mạch và thông tin nhận được của thuê
bao đều là tín hiệu điện.
Cần phải có biến đổi E/O(electric/optical) ở phía tổng đài và biến đổi O/E ở đơn
vị mạng quang (ONU-Optical Network Unit) để có thể thực hiện truyền dẫn tín hiệu
quang như mô tả qua hình vẽ sau:

Hình 1.2: Sơ đồ khối mạng truy nhập quang.
Ví dụ mạng quang thụ động(PON-Passive Optical Network) gồm 4 module cơ
bản: OLT(Optcal line terminal),ODN(Optical Distribution Network), ONU,và
AF(Adaption Function).
Điểm tham chiếu gồm có: Điểm tham chiếu phát quang (S), điểm tham chiếu
thu quang (R), điểm tham chiếu giữa các nút dịch vụ (V), điểm tham chiếu đầu cuối
thuê bao (T), và điểm tham chiếu giữa các ONU.

Hình 1.3: Cấu hình tham chiếu mạng truy nhập quang
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 7


Truy nhâp quang
quangTruy nhâp quang
quang

Chương 1: Tông quan truy nh âp
Chương 1: Tông quan truy nhâp

Giao diện bao gồm: Giao diện quản lý mạng Q3 và giao diện giữa thuê bao
với mạng UNI. Vì vậy có thể hiểu mạng truy nhập quang là mạng sử dụng chung các
giao diện với các mạng khác nhau nhưng hệ thống truyền dẫn truy nhập cáp quang
đảm nhiệm một loạt đường liên kết truy nhập và gồm các ONT, ODN, ONU và AF.
Đầu nối truyền dẫn giữa OLT và ONU có thể theo phương thức điểm-đa điểm,
cũng có thể theo phương thức điểm-điểm. Về hình thức truyền dẫn, có thể áp dụng
ghép kênh theo thời gian (TDM), ghép kênh theo bước sóng… Còn phương thức
truy nhập đa số dựa trên đa truy nhập phân chia theo thời gian.
1.3.2 Kiến trúc cơ bản của mạng truy nhập quang
Phần quang của truy cập có thể có cấu trúc điểm nối điểm tích cực hoặc đa
điểm thụ động. Các phần tử cơ bản của mạng truy nhập quang, như đã giới thiệu
trong phần trên, gồm có: Khối mạng quang ONU, khối kết cuối mạng quang ONT,
đầu cuối đường quang (OLT) và đầu cuối mạng (NT). Cấu hình này hỗ trợ từ cấu
trúc truy nhập sợi quang tới tận nhà (FTTH) qua FTTB/C tới FTTcab như hình sau:

Hình 1.9: Cấu hình mạng truy nhập quang
1.3.3 Các khối chức năng
1.3.3.1 OLT (Optical Line Terminal)_Đầu cuối đường quang
OLT cung cấp giao diện quang với ODN, đồng thời cung cấp biện pháp cần
thiết để truyền các dịch vụ khác nhau. OLT có thể chia thành các dịch vụ chuyển
mạch và các dịch vụ không chuyển mạch, quản lý báo hiệu và thông tin giám sát
điều khiển đến từ ONU. Từ đó cung cấp các chức năng bảo dưỡng cho ONU.

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 8


Truy nhâp quang

quangTruy nhâp quang
quang

Chương 1: Tông quan truy nh âp
Chương 1: Tông quan truy nhâp

Hình 1.5: Thiết bị OLT
OLT có thể lắp đặt ở giao diện tổng đài chuyển mạch nội hạt, cũng có thể lắp
đặt ở đầu xa.Về mặt vật lý nó có thể là thiết bị độc lập hoặc nằm trong thiết bị tổng
thể khác. OLT gồm đơn vị trung tâm, đơn vị dịch vụ, đơn vị chung, như hình vẽ sau:

Hình 1.4: Sơ đồ khố chức năng OLT
Chức năng đơn vị trung tâm
• Nối chéo số: Cung cấp nối chéo giữa mạng với ODN trong độ rộng băng tần
•

có thể sử dụng
Ghép kênh truyền dẫn: Cung cấp đường truyền cho dịch vụ thu và dịch vụ

•

phát trong ODN.
Chức năng giao diện ODN: Chức năng này căn cứ vào các loại sợi quang của
ODN để cung cấp các giao diện quang vật lý, đồng thời thực hiện biến đổi

quang/điện và điện /quang,
Chức năng đơn vị chung
• Chức năng cấp điện: Chuyển đổi nguồn điện cung cấp từ bên ngoài thành trị
•

số điện yêu cầu của nội bộ.
Chức năng OAM: Thông qua giao diện tương ứng, thực hiện sự vận hành,
quản lý và bảo dưỡng đối với tất cả các khối chức năng và đối với quản lý

mạng lớp trên.
Chức năng đơn vị dịch vụ
• Bộ phận dịch vụ là đầu vào của các dịch vụ.
• Yêu cầu các dịch vụ phải có tốc độ sơ cấp của ISDN.
• Có thể đảm nhận đồng thời 2 dịch vụ khác nhau trở lên.

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 9


Truy nhâp quang
quangTruy nhâp quang
quang

Chương 1: Tông quan truy nh âp
Chương 1: Tông quan truy nhâp

1.3.3.2 ONU (Optical Network Unit)_Khối đơn vị mạng quang

Hình 1.6: Sơ đồ khối chức năng ONU.
Khối đơn vị mạng quang ở giữa ODN với thuê bao. Phía mạng của ONU có
giao diện quang, còn phía thuê bao là giao diện điện. Do đó cần có chức năng
chuyển đổi quang điện. Đồng thời có thể thực hiện chức năng xử lý và quản lý bảo
dưỡng các tín hiệu điện. ONU có thể đặt ở phía khách hàng(FTTH/FTTB) hoặc
ngoài trời.

Hình 1.7: Thiết bị ONU
ONU bao gồm các bộ phận trung tâm, bộ phận dịch vụ và bộ phận chung.
Chức năng đơn vị trung tâm
• Giao diện ODN: cung cấp 1 loạt các giao diện quang vật lý, nối với ODN
•

đồng thời hoàn thành việc biến đổi quang/điện và điện/quang.
Chức năng ghép kênh truyền dẫn: Xử lý và phân phối thông tin. Tổ hợp và
phân giải các thông tin đến từ các thuê bao khác nhau hoặc là đưa tới các thuê
bao khác nhau.

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 10


Truy nhâp quang
quangTruy nhâp quang
quang
•

Chương 1: Tông quan truy nh âp
Chương 1: Tông quan truy nhâp

Chức năng ghép kênh thuê bao và dịch vụ: Tập hợp và phân phối các thông

tin từ/đến các thuê bao khác nhau.
Chức năng đơn vị chung: Cấp điện và OAM, tính chất chức năng bộ phận chung
giống như trong OLT.

Chức năng đơn vị dịch vụ: Bộ phận này cung cấp giao diện phục vụ khách hàng,
có thể cung cấp cho một hoặc một nhóm khách hàng. Cung cấp chức năng của thuê
bao, bao gồm phối hợp n*64Kbps và chuyển đổi báo hiệu….
1.3.3.3 ODN (Optical Distribution Network)_Mạng phân phối quang
Mạng phân phối quang đặt giữa ONU và OLT. Chức năng của nó là phân phối
công suất của tín hiệu quang. ODN chủ yếu là linh kiện quang không nguồn và sợi
quang tạo thành mạng phân phối quang thụ động. Thông thường áp dụng cấu trúc
hình cây như mô tả trong hình sau:

Hình 1.8: Đường truyền quang trong ODN.
ODN trong hình trên được cấu thành bởi các linh kiện đường truyền quang có
cấp số là p.
Các linh kiện này nối đường truyền quang, chia/ghép đường quang,truyền dẫn
quang đa bước sóng và giám sát điều khiển đường quang….
1.3.3.4 AF (Adaption Function)_Khối chức năng tự thích nghi
AF chủ yếu cung cấp chức năng phối hợp ONU với các thiết bị thuê bao. AF có
thể thuộc ONU hoặc độc lập.

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 11


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

CHƯƠNG 2
TRUY NHẬP QUANG CHỦ ĐỘNG
(AON-Active Optical Network)

2.1 Khái niệm
AON (Active Optical Network) là kiểu kiến trúc mạng truyền dẫn quang mà
tại đó các điểm mạng (node) có chứa các thiết bị cần sử dụng nguồn điện như
Switch, MUX (Multiplexer). Tín hiệu khi đi qua các node được biến đổi từ quang –
điện và ngược lại, rồi mới chuyển tiếp đi. Việc chuyển đổi này làm ảnh hưởng tới tốc
độ truyền dữ liệu. Tuy nhiên nhờ bộ đệm (cache) của các thiết bị chuyển mạch mà
quá trình chuyển mạch của dữ liệu được hạn chế bớt xung đột[3].

Hình 2.1:
Mạng cáp
quang chủ
động AON
Hình trên mô tả kiến trúc mạng quang chủ động AON. Với mô hình cáp quang
chạy đến từng hộ gia đình, một thuê bao của mạng quang chủ động hình cây cách
trung tâm điều khiển từ xa tới 20km sẽ được cung cấp một đường dây quang riêng
đủ để đáp ứng cho băng thông 2 chiều. Cấu trúc mạng này tương tự như cấu trúc của
mạng cáp đồng hiện nay và dễ dàng cho các nhà cung cấp dịch vụ đã có sẵn.
Từ năm 2007, hầu hết các hệ thống mạng quang chủ động được gọi là Ethernet
chủ động. Ethernet chủ động sử dụng các chuyển mạch Ethernet quang để phân phối
tín hiệu, do đó sẽ kết nối các căn hộ khách hàng với nhà cung cấp thành một hệ
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 12


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

thống mạng Ethernet khổng lồ giống như một mạng máy tính thông thường ngoại trừ

mục đích của chúng là kết nối các căn hộ và các tòa nhà với nhà cung cấp dịch vụ.
Mỗi tủ chuyển mạch có thể quản lý tới 1000 khách hàng, thông thường là 400-500
khách hàng. Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa
vào lớp 2 và lớp 3. Một nhược điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở
thiết bị chuyển mạch.

2.2 Các phương thức triển khai AON
Mạng AON được hiểu là kiểu kết nối điểm tới điểm (P2P – Point to Point) và
AOEN(Active Optical Ethernet Network).
Có hai cấu hình chính được triển khai đó là: KIến trúc “Home Run”, và kiến
trúc Active Star Ethernet.
2.2.1 Kiến trúc Home- Run-fiber
Kiến trúc này có cáp dành riêng để nối từ CO (Central Office- xuất phát từ nhà
cung cấp dịch vụ) đến từng nhà thuê bao. Kiến trúc này yêu cầu nhiều sợi quang,
nhiều OLT-đầu cuối đường quang (vì mỗi nhà thuê bao cần 1 cổng OLT). Hình 2.2
miêu tả kiến trúc cáp chạy tới tận nhà thuê bao.

Hình 2.2: Kiến trúc Home- Run

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 13


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

2.2.2 Active Star Ethernet
Kiến trúc Ethernet sao tích cực ASE (Active Star Ethernet) được biết đến như

kiến trúc sao kép, ASE sẽ giảm được số lượng cáp quang và giảm giá thành bằng
cách chia sẻ cáp đầu ra.

Hình 2.3: kiến trúc Active Star Ethernet
Kiến trúc sao tích cực, node từ xa sẽ được triển khai giữa CO và nhà thuê bao.
Mỗi cổng OLT và cáp đầu ra giữa CO và node từ xa được chia sẻ bởi bốn đến hàng
nghìn nhà thuê bao, tùy thuộc vào tỉ lệ chia cho của bộ lọc qua những đường link
phân phối dành riêng từ node từ xa. Node từ xa ở trong sao tích cực có thể là bộ
ghép kênh hoặc là bộ chuyển mạch. Node từ xa chuyển mạch tín hiệu ở trong miền
điện vì thế chuyển đổi quang sang điện, điện sang quang là rất cần thiết ở node xa.
Do băng tần của cáp đầu ra CO bị chia sẻ giữa nhiều điểm đầu cuối, nên dung lượng
dư thừa tối đa sẵn có cho mỗi ngôi nhà ở đường lên và đường xuống đều ít hơn so
với cáp đến tận nhà, đây chính là nhược điểm của cấu trúc sao so với cấu trúc “home
run” ở trên.

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 14


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

2.3 Ưu -nhược điểm:
2.3.1 Ưu điểm:
Mạng cáp quang tích cực có thể sử dụng cơ sở hạ tầng có sẵn của cáp đồng, do
đó giảm bớt chi phí khi triển khai mạng.
Với đặc điểm của mạng cáp quang là đường truyền trực tiếp từ nhà cung cấp
dịch vụ tới khách hàng (point to point), do đó dễ dàng điều chỉnh băng thông một

cách đơn giản và thuận tiện.
Mạng cáp quang tích cực được hỗ trợ các chuẩn Ethernet quang và cấu trúc
mạng đơn giản; quan trọng nhất là nó rất linh hoạt cho sự tăng trưởng của hệ thống
viễn thông trong tương lai. Bởi vì đặc điểm quan trọng của các hệ thống viễn thông
là các thiết bị đầu cuối thay đổi rất nhanh chóng nhưng những cơ sở hạ tầng mạng
thì phải tồn tại từ 15 đến 20 năm. Do đó lựa chọn giải pháp nào là điều rất quan
trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũng như những kĩ sư thiết kế mạng.
2.3.2 Nhược điểm:
Một nhược điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyển
mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu
quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp túc chuyển ngược lại để
truyền đi. Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTx.
Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí
đầu tư lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập.
Sự bất tiện còn nằm ở cấu trúc mạng. Với mạng cáp quang chủ động, các thiết
bị cần nguồn cung cấp để hoạt động, đồng thời phải bảo trì, bảo dưỡng thường
xuyên nên chi phí bảo dưỡng trở thành vấn đề rất lớn.

CHƯƠNG 3
TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 15


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

3.1 Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON)
Mạng quang thụ động được hiểu là kết nối giữa các tổng đài CO (Central
Office) và CPE (customer premise equiment) đều không sử dụng các thiết bị có
nguồn (điện) nuôi để điều khiển tín hiệu, nghĩa là tất cả các thành phần tích cực giữa
tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không 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 tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên
đường truyền.
Việc thay thế các thiết bị tích cực sẽ tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch
vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bị chủ động trên đường truyền
nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công việc đơn thuần như cho đi qua
hoặc chặn ánh sáng lại… Vì thế, không cần năng lượng hay các động tác xử lý tín
hiệu nào và từ đó, giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ.

Hình 3.1

Mô

hình

quang

thụ động
Trong đó

các

thuật ngữ

trong

hình được

chú

thích như

sau:
Feeder








Fib

er : Cá

pF
Central office : Văn phòng trung tâm
Distribution fiber : Phân phối quang
Management system : Hệ thống quản lý
Passive splitter : Bộ chia thụ động

eeder

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân phối quang,

bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép quang thụ động,
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 16


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ 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.
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. PON là
một mạng điểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu
cuối kênh quang được đặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và
các bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical
Network Terminator) đặt tại gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ thống phân
phối mạng quang ODN (Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang,
các thiết bị tách ghép thụ động.

3.2 Đặc điểm của PON
Đặc trưng của 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.

3.3 Thành phần thụ động của mạng quang thụ động PON
3.3.1 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. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2 Coupler được đặc trưng
bởi các thông số sau:
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 17


Truy nhâp quang
•

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

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 3.3: Cấu hình cơ bản của loại coupler
•

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

3.3.2 Bộ chia (Splitter)
Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động tín
hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận
dụng hiệu quả sợi quang vật lý. Thành phần được nhắc chủ yếu trong mạng PON là
bộ chia.
Đầu vào của splitter có một giao tiếp quang hướng tới OLT, đầu ra có nhiều
giao tiếp hướng tới ONU/ODN, splitter nhận tín hiệu từ OLT sau đó phân phối tới
ONU/ODN một cách thụ động.
Splitter thường đặt tại FDH hoặc tại khách hàng, là thiết bị không cần nguồn
nuôi.

Hình 3.4: Thiết bị splitter.
Bộ chia là thiết bị thụ động, công dụng của nó là để chia công suất quang từ
một sợi ra nhiều sợi khác nhau. Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều
dạng bộ chia có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16;1:32; 1:64; 1:128. Sử dụng một bộ
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 18


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

chia có tỉ lệ chia lớn như 1:32 hay 1:64 hay có thể sử dụng bộ chia nhiều lớp
với lớp thứ nhất sử dụng bộ chia 1:2 và lớp thứ 2 sử dụng 2 bộ chia
1:4. Hầu hết hệ thống PON sử dụng bộ chia bộ chia là 1:16 và 1:32. Tỉ lệ
chia trực tiếp ảnh hưởng quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn.
Tỉ lệ của bộ chia càng cao cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU
sẽ giảm xuống do suy hao của bộ chia splitter 1:N tính theo công thức

10×logN (dB), nên nếu tỉ lệ bộ chia mà tăng lên gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên
3 dB. Cho phép gắn bên trong giá phân phối quang ODF, hay măng xông.
Số cổng
Suy hao splitter(dB)
2
3
4
6
8
9
1
12
32
15
64
18
Bảng 1 Liệt kê các suy hao của các bộ chia tương ứng
3.4 Cơ chế truyền nhận lưu lượng trong PON
3.4.1 Cơ chế truyền lưu lượng hướng xuống
• Gói tin được phát quảng bá từ OLT tới splitter tới ONU.
• ONU dựa vào địa chỉ MAC để xác định có nhận gói tin hay không.

Hình 3.5: Cơ chế truyền lưu lượng hướng xuống

•

3.4.2 Cơ chế truyền lưu lượng hướng lên
Gói tin từ ONU tới Splitter phải hướng lên OLT không được chuyển sang các ONU

•

khác
Vì chỉ có duy nhất con đường từ Splitter lên OLT nên phải có cơ chế để tránh việc
khi các ONU gửi đồng thời các gói lên mạng gây nên xung đột.
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 19


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

Hình 3.6: Cơ chế truyền lưu lượng hướng lên

3.5 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. Ngoài
những mô hình trên, PON có thể triển khai trong mô hình cây 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.
OLT ở tại tổng đài, kết nối truy nhập quang đến mạng đường trục (có thể là
mạng IP, ATM ). 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 Curb và có khả năng cung cấp các dịch vụ thoại, dữ
liệu và video băng rộng.

Hình 3.7: Mô hình mạng quang thụ động
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 20


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ 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, FTTB.

3.6 Phân loại PON
3.6.1 Phân loại theo phương thức ghép kênh
3.6.1.1 APON
APON là sự kết hợp giữa phương thức truyền tải không đồng bộ ATM với mạng
truy nhập quang thụ động PON. Tốc độ hoạt động là 155,52Mbps hoặc 622,08Mbps.
Băng tần trong mỗi thuê bao là 4.8Mbps trong hệ thống 155,52Mbps và 19,4Mbps
trong hệ thống 622,08Mbps[4].
Cấu trúc khung truyền dẫn cho APON
•

Đường xuống: APON sử dụng công nghệ ghép kênh theo thời gian. Trong đó, các tế
bào gửi cho các ONU khác nhau được ghép kênh ở luồng xuống theo thời gian.
Đồng thời, trong các khung đường xuống còn có các tế bào PLOAM(physical layer
OAM) chứa thông tin cấp ghép (Grant) để cho các ONU truyền dẫn đường lên.

•

Hình 3.8: Nguyên lý ghép kênh theo thời gian ở đường xuống

Đường lên: APON sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian. Mỗi
ONU sau khi nhận được giấy phép từ OLT trong tế bào PLOAM đường xuống sẽ
truyền thông tin của mình vào đúng khe thời gian được phân. Các tế bào của ONU
khác nhau sẽ đan xen với nhau về mặt thời gian.

Hình 3.9 Nguyên lý ghép kênh theo thời gian ở đường lên

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 21


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

3.6.1.2 BPON(Broadband PON)
Là chuẩn trên nền APON. Được bổ sung để hỗ trợ cho WDM ghép kênh phân
chia theo bước sóng, cấp phát băng thông đường lên động và lớn hơn và tính chọn
lọc.

Hình 3.10: Kiến trúc mạng BPON
Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào
ATM. Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbps hoặc 622Mbps và một tế bào
quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM được chèn vào sau 28 tế bào trong
kênh. PLOAM có một bit để nhận dạng các tế bào PLOAM. Ngoài ra, các tế bào
PLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thông hướng lên
và các bản tin OAM[2].
3.6.1.3.EPON
Là mạng truy nhập quang thụ động dựa trên công nghệ của mạng LAN

Ethernet.
Hệ thống EPON được cấu hình theo phương thức song công trong cấu hình
điểm- đa điểm sử dụng một sợi quang. Các thuê bao hoặc các ONU chỉ có thể lấy
lưu lượng từ các OLT.
Các hệ thống EPON sử dụng cấu trúc phân tách quang, ghép kênh các tín hiệu
sử dụng các bước sóng khác nhau cho đường lên và đường xuống như sau:
•
•

Bước sóng 1490nm cho đường xuống
Bước sóng 1310nm cho đường lên

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 22


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

Hình 3.11: Cấu hình hệ thống EPON
a, Luồng xuống

Hình 3.12: Lưu lượng luồng xuống cho hệ thống EPON
OLT sẽ phát quảng bá các gói tin đến các ONU. Trong đó khung quảng bá
802.3 sẽ được các ONU lấy ra dựa vào địa chỉ nhận dạng kết nối logic. Bản tin
GATE 64byte được gửi ở đường xuống để ấn định băng tần cho đường lên.
b, Luồng lên

Hình 3.13: Lưu lượng đường lên cho hệ thống EPON
MPCP sử dụng các khe thời gian để chứa đa khung 802.3. Mỗi ONU sẽ gửi 1
bản tin REPORT có độ lớn 64byte chứa trạng thái của ONU tới OLT. Trong cấu trúc
này không có hiện tượng tranh chấp hay phân mảnh gói.
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 23


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

3.6.1.4 GPON

Hình 3.14: Kiến trúc mạng GPON
GPON được xây dựng dựa trên BPON và EPON. Mặc dù GPON hỗ trợ truyền
tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối
ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đóng gói GPONGEM(GPON Encapsulation Method). Phương thức đóng gói cho phép đóng gói lưu
lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ
QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. Tốc độ bit: cho
phép băng thông luồng xuống là 2,488Mbps và băng thông luồng lên là 1,244Mbps.
GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM,
GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực tế ATM chưa từng được sử dụng). Điều đó cho
phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao[1].
•
GPON hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ bao gồm thoại (TDM), các dịch
vụ Ethernet như video, Data…
•
Phạm vi về mặt vật lý của mạng là 20km.

•
Hỗ trợ cho việc lựa chọn các tốc độ bit khác nhau bao gồm
622Mbps, 1.25Gbps, 2.5Gbpscho luồng xuống và 1.25Gbps dành cho luồng
lên.
•

Khả năng vận hành khai thác bảo dưỡng cao.

Với ưu điểm trên GPON là hệ thống mạng truy nhập quang thụ động tiên tiến
nhất hiện nay, có khả năng hỗ trợ truyền nhiều dịch vụ, với khả năng thiết lập các
chế độ vận hành quản lý và bảo dưỡng tốt nhất.
Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 24


Truy nhâp quang

Chương 2: Truy nhâp quang chủ động

3.6.2 Phân loại theo theo các phương thức truy nhập
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 sẻ công bằng tài nguyên và dung lượng trung

kế.
3.6.2.1 TDM PON
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. TDM PON 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. Trong
mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống không phải là
khách hàng đến khách hàng. 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 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 quản, 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 là 1310nm,
hướng xuống là 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 sẻ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước

Nhóm 6 Đ4-ĐTVT

Page 25