(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại trung tâm viễn thông yên thế – VNPT bắc giang

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

Nghiêm Xn Hiệp

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
MẠNG GPON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG YÊN THẾ –
VNPT BẮC GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hƣớng ứng dụng)

HÀ NỘI – 2020


HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

Nghiêm Xn Hiệp
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
MẠNG GPON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG YÊN THẾ –
VNPT BẮC GIANG
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 8.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ TUẤN LÂM

HÀ NỘI – 2020

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Hà Nội, tháng 05 năm 2020
Tác giả luận văn

Nghiêm Xuân Hiệp


ii

LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy giáo, cơ giáo
Học viện Cơng nghệ Bƣu chính Viễn thơng, đặc biệt là thầy giáo TS. Vũ Tuấn Lâm
đã tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn thạc sĩ này. Tơi cũng xin cảm ơn các
thầy cô giáo giảng dạy trong học viện đã truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức bổ
ích để hồn thiện luận văn và cũng nhƣ có đƣợc hành trang vững chắc cho sự
nghiệp trong tƣơng lai.
Do giới hạn kiến thức và khả năng lý luận của bản thân, kính mong sự chỉ
dẫn và đóng góp của các thầy cô giáo để luận văn thạc sĩ của tơi đƣợc hồn thiện.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................v
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON ..................3
1.1. Khái niệm về PON và các cấu trúc PON đang đƣợc triển khai ........................3
1.1.1. Khái niệm về PON ......................................................................................3
1.1.2. Các cấu trúc PON đang được triển khai ....................................................5
1.2. Công nghệ GPON và các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng mạng GPON........9
1.2.1. Công nghệ GPON .......................................................................................9
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạng GPON .................................13
1.3. Kết luận chƣơng 1 ...........................................................................................13
CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ CHẤT LƢỢNG MẠNG GPON TẠI
TRUNG TÂM VIỄN THÔNG YÊN THẾ – VNPT BẮC GIANG ..........................15
2.1. Giới thiệu về Trung tâm Viễn thông Yên Thế ................................................15
2.1.1. Giới thiệu huyện Yên Thế – tỉnh Bắc Giang.............................................15
2.1.2. Trung tâm Viễn thông Yên Thế .................................................................20
2.2. Cơ sở hạ tầng phục vụ mạng GPON của Trung tâm Viễn thông Yên Thế ....22
2.3. Thực trạng về chất lƣợng các dịch vụ GPON và các yếu tố ảnh hƣởng tới chất
lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế .......................................23
2.3.1. Yếu tố chủ quan ........................................................................................23
2.3.2. Yếu tố khách quan ....................................................................................23
2.4. Các dịch vụ đang đƣợc triển khai trên GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên
Thế .........................................................................................................................24
2.4.1. Dịch vụ Internet băng rộng và truyền hình Internet ................................24
2.4.2. Dịch vụ điện thoại cố định .......................................................................26

iv

2.5. Kết luận chƣơng 2 ...........................................................................................26
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG MẠNG GPON TẠI
TRUNG TÂM VIỄN THÔNG YÊN THẾ – VNPT BẮC GIANG ..........................28
3.1. Xu hƣớng phát triển của mạng GPON và tầm quan trọng của việc cải thiện,
nâng cao chất lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế ................28
3.1.1. Xu hướng phát triển của mạng GPON .....................................................28
3.1.2. Tầm quan trọng của việc cải thiện, nâng cao chất lượng mạng GPON tại
Trung tâm Viễn thông Yên Thế ...........................................................................28
3.2. Các giải pháp nâng cao chất lƣợng mạng GPON áp dụng tại Trung tâm Viễn
thông Yên Thế .......................................................................................................29
3.2.1. Giải pháp giảm thiểu suy hao trên toàn tuyến cáp, OLT, ONU...............29
3.2.2. Giải pháp chống nghẽn mạng trên OLT, ONU ........................................40
3.2.3. Giải pháp xây dựng quy trình giám sát chất lượng mạng GPON chi tiết
tới tất cả khách hàng sử dụng dịch vụ trên GPON ............................................43
3.3. Phân tích, đánh giá hiệu quả của các giải pháp ..............................................46
3.4. Khuyến nghị, đề xuất ......................................................................................46
3.5. Kết luận chƣơng 3 ...........................................................................................46
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .........................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................49


v

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1: Suy hao trên OLT và ONU .......................................................................32
Bảng 3.2: Suy hao trên Splitter .................................................................................32
Bảng 3.3: Suy hao trên cáp .......................................................................................33

vi

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mơ hình mạng quang thụ động ...................................................................3
Hình 1.2: Mơ hình mạng GPON ...............................................................................10
Hình 2.1: Bản đồ địa lý huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang .........................................16
Hình 2.2: Mơ hình mạng truy nhập của Trung tâm Viễn thơng n Thế.................21
Hình 2.3: Mơ hình mạng GPON triển khai tại Trung tâm Viễn thơng n Thế ......22
Hình 3.1: Mơ hình hoạt động của hệ thống xNet ......................................................30
Hình 3.2: Mơ hình hệ thống xTest ............................................................................31
Hình 3.3: Suy hao trên tuyến cáp cũ trƣớc và sau khi thực hiện giải pháp...............36
Hình 3.4: Thực hiện vẽ lại bản đồ mạng cáp sau khi dịch chuyển tuyến .................38
Hình 3.5: Thực hiện đấu nối các Splitter theo nguyên tắc Mid-span Access ...........39
Hình 3.6: Kết quả từ xTest suy hao các thuê bao GPON của Trung tâm Viễn thơng
n Thế .....................................................................................................................40
Hình 3.7: Bảo dƣỡng thiết bị MANE định kỳ ...........................................................41
Hình 3.8: Bảo dƣỡng thiết bị OLT định kỳ ...............................................................42
Hình 3.9: Thực hiện cập nhập tọa độ thuê bao khách hàng ......................................45


vii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Second-Generation Wireless

Công nghệ truyền thông

Network

vô tuyến thế hệ thứ 2

Third-Generation Wireless

Công nghệ truyền thông

Network

vô tuyến thế hệ thứ 3

Fourth-Generation Wireless

Công nghệ truyền thông

Network

vô tuyến thế hệ thứ 4

AES

Advanced Encryption Standard

Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến

AON

Active Optical Network

Mạng cáp quang chủ động

APON

ATM Passive Optical Network

Mạng quang thụ động ATM

ATM

Asynchronous Transfer Mode

2G

3G

4G

BPON
BTS

Chế độ chuyển mạch không
đồng bộ

Broadband Passive Optical

Mạng quang thụ động

Network

băng thông rộng

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc
Công nghệ sử dụng sợi quang

FTTH

Fiber To The Home

trực tiếp cung cấp dịch vụ
Internet

Gigabit Passive Optical
GEM

Networks Encapsulation
Method

GPON
HD
IEEE
IP

Phƣơng pháp đóng gói mạng
quang thụ động tốc độ Gigabit

Gigabit Passive Optical

Mạng quang thụ động tốc độ

Networks

Gigabit

High Definition

Độ phân giải cao

Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Internet Protocol

Viện Kỹ sƣ Điện và Điện tử
Giao thức Internet


viii

ISDN

ITU

Integrated Services Digital

Network
International
Telecommunication Union

Mạng số tích hợp đa dịch vụ
Hiệp hội Viễn thông Quốc tế
Chỉ số đánh giá thực hiện

KPI

Key Performance Indicator

L2S

Switch Layer II

Thiết bị chuyển mạch lớp 2

LAN

Local Network Area

Mạng cục bộ

Metropolitan Area Network

Mạng đô thị băng rộng sử dụng

Ethernet

công nghệ Ethernet

MANE

NG-PON

Next-Generation Passive
Optical Network

công việc

Mạng quang thụ động thế hệ mới

ODF

Optical Distribution Frame

Hộp phối quang

ODN

Optical Distribution Network

Hệ thống phân phối mạng quang

OLT

Optical Line Termination

Thiết bị kết cuối quang

Operation, Management and

Giao diện vận hành, quản lý và

Control Interfaces

kiểm soát

Optical Network Unit

Đơn vị mạng quang

Optical Splitter

Bộ chia quang

Physical Layer Object Access

Phƣơng pháp truy cập đối tƣợng

Method

lớp vật lý

Passive Optical Network

Mạng quang thụ động

Public Switched Telephone

Mạng điện thoại chuyển mạch

Network

công cộng

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

SD

Standard Definition

Độ nét tiêu chuẩn

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Hệ thống phân cấp số đồng bộ

SMS

Short Message Services

Dịch vụ tin nhắn ngắn

OMCI
ONU
OS
PLOAM
PON
PSTN


ix

SNMP

Simple Network Management
Protocol

Một tập hợp các giao thức
kiểm tra, hỗ trợ vận hành và
quản lý các thiết bị mạng từ xa

Synchronous optical

Mạng quang đồng bộ và

networking

phân cấp kỹ thuật số đồng bộ

Transmission Containers

Truyền tải lƣu lƣợng truy cập

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền vận

TDM

Time Division Multiplexing

SONET
T-CONT

TDMA
TV
UHD
VNPT

Time Division Multiple Access

Ghép kênh phân chia theo
thời gian
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian

Television

Máy vơ tuyến truyền hình

Ultra High Definition

Độ phân giải siêu nét

Vietnam Posts and

Tập đồn Bƣu chính Viễn thơng

Telecommunications Group

Việt Nam
Cơng nghệ truyền tiếng nói qua

VoIP

Voice over Internet Protocol

mạng máy tính sử dụng bộ giao
thức TCP/IP
Kỹ thuật cung cấp kết nối

DSL

Digital Subcriber Line

kỹ thuật số thông qua cáp đồng
của mạng điện thoại nội hạt

1

MỞ ĐẦU
Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã đƣợc ITU chuẩn hóa [8],
hiện nay là một trong những công nghệ đƣợc ƣu tiên lựa chọn cho triển khai mạng
truy nhập tại nhiều nƣớc trên thế giới. GPON là công nghệ hƣớng 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 tƣơng lai.
Ở Việt Nam, hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã chọn công nghệ
GPON để cung cấp dịch vụ FTTH cho khách hàng. Cuối năm 2014, Tập đồn Bƣu
chính Viễn thơng Việt Nam (VNPT) đã quyết định cho phép VNPT Bắc Giang đầu
tƣ hệ thống cáp quang truy nhập sử dụng công nghệ GPON. Trung tâm Viễn thông
Yên Thế – VNPT Bắc Giang cũng bắt đầu triển khai công nghệ GPON từ cuối
tháng 12 năm 2014 và triển khai mạnh mẽ từ năm 2015 tới nay.
Hiện nay, với số lƣợng thuê bao ngày một gia tăng và yêu cầu về chất lƣợng
dịch vụ của khách hàng ngày càng cao, VNPT đã đề ra mục tiêu phấn đấu trở thành
nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng có chất lƣợng dịch vụ và phục vụ tốt nhất. Để làm
đƣợc điều đó thì việc nâng cao chất lƣợng mạng GPON là một nhiệm vụ rất quan
trọng và cần thiết.
Là một cá nhân hiện đang công tác tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế –
VNPT Bắc Giang, đơn vị chịu trách nhiệm chính trong việc đảm bảo chất lƣợng
mạng GPON trên địa bàn, tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất
lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang” làm
luận văn tốt nghiệp. Các kết quả của luận văn đƣợc áp dụng vào thực tế để mạng
truy nhập quang công nghệ GPON của Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT
Bắc Giang đƣợc khai thác một cách hiệu quả, vừa đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cung
cấp cho khách hàng, vừa đảm bảo nhu cầu phát triển dịch vụ của đơn vị.
Luận văn tập trung tìm hiểu những đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ
mạng GPON, các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng mạng GPON và nghiên cứu các
giải pháp nhằm nâng cao chất lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên

Thế – VNPT Bắc Giang. Luận văn đƣợc tổ chức thành 03 chƣơng, cụ thể nhƣ sau:


2

Chƣơng 1: Tổng quan về mạng quang thụ động GPON
Chƣơng 2: Tình hình triển khai và chất lƣợng mạng GPON tại Trung tâm
Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang
Chƣơng 3: Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng mạng GPON tại Trung tâm Viễn
thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang


3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG
GPON
1.1. Khái niệm về PON và các cấu trúc PON đang đƣợc triển khai
1.1.1. Khái niệm về PON
Mạng truy nhập cáp quang là mạng truy nhập hữu tuyến với môi trƣờng
truyền dẫn từ tổng đài đến thuê bao là sợi cáp quang. Ƣu điểm của mạng cáp quang
là dễ triển khai, tốc độ cao có thể đạt đƣợc đến hàng Gigabit thậm chí hàng trăm
Gigabit tùy thuộc vào cơng nghệ sử dụng, khoảng cách truyền dẫn lớn đến hàng
chục kilômét và giá thành cáp quang rẻ. Tuy nhiên, nhƣợc điểm là công nghệ xử lý
phức tạp, thiết bị tổng đài và thiết bị đầu cuối giá thành cao.
PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quang
thụ động (hình 1.1), là một hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nối
điểm – đa điểm, trong đó các sợi quang làm cơ sở tạo nên kiến trúc mạng [11].

Hình 1.1: Mơ hình mạng quang thụ động

4

PON bao gồm một thiết bị đầu cuối dây quang (OLT – Optical Line
Terminal) tại Tổng đài trung tâm của nhà cung cấp dịch vụ và các thiết bị mạng
quang (ONUs – Optical Network Units) đặt ở phía ngƣời dùng cuối. Tín hiệu đƣờng
xuống đƣợc phát quảng bá tới các thuê bao. Tín hiệu đƣờng lên đƣợc kết hợp bằng
việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), OLT sẽ điều
khiển các ONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ liệu đƣờng lên [11].
Mạng quang thụ động (PON) đƣợc xây dựng nhằm giảm số lƣợng 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
đƣợc 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.
Mạng PON khơng chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào cần phải sử dụng sự
chuyển đổi điện – quang. Thay vào đó, PON bao gồm: Sợi quang, các bộ chia, bộ
kết hợp, bộ ghép định hƣớng, thấu kính, bộ lọc, ... Điều này giúp cho PON có một
số ƣu điểm nhƣ sau:
- Không cần nguồn điện cung cấp nên khơng bị ảnh hƣởng bởi lỗi nguồn, có
độ tin cậy cao và khơng cần phải bảo dƣỡng do tín hiệu khơng bị suy hao nhiều nhƣ
đối với mạng có sử dụng các phần tử tích cực. Các bộ chia khơng cần cấp nguồn, có
giá thành rẻ và có thể đặt ở bất kỳ đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện môi
trƣờng, không cần phải cung cấp năng lƣợng cho các thiết bị giữa tổng đài trung
tâm và ngƣời dùng. Ngồi ra, ƣu điểm này cịn giúp các nhà khai thác giảm đƣợc
chi phí bảo dƣỡng, vận hành.
- Cơng nghệ PON cho phép giảm số lƣợng dây dẫn và thiết bị tại Tổng đài
trung tâm so với các kiến trúc điểm – điểm và nhƣ vậy sẽ giảm chi phí cáp quang và
giảm chi phí cho thiết bị tại Tổng đài trung tâm do nó cho phép nhiều ngƣời sử

dụng (8, 16, 32, 64 hoặc 128) chia sẻ chung một sợi quang nối tới Tổng đài trung
tâm.


5

- Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thơng, nó cịn có ƣu
điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng đƣợc những sợi quang trong mạng đã có
từ trƣớc. PON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU theo yêu
cầu của các dịch vụ, trong khi đó việc thiết lập thêm các nút trong mạng tích cực
khá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng, và trong mỗi nút mạng đều cần
có các bộ phát lại.
- PON cịn có khả năng chống lỗi cao (cao hơn SONET/SDH). Do các nút
của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng lƣợng trên các nút này
không gây ảnh hƣởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút mất năng lƣợng mà
không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp
khơng thể đảm bảo đƣợc năng lƣợng dự phịng cho tất cả các đầu cuối ở xa.
Tuy rằng, không thể phủ nhận những ƣu điểm nêu trên thì mạng GPON vẫn
cịn một số khuyết điểm:
- Tăng băng thơng tạm thời cho thuê bao khi có nhu cầu khó khăn, phức tạp.
- Số lƣợng thuê bao bị ảnh hƣởng khi xảy ra sự cố nhiều và thời gian tìm ra
lỗi lâu hơn so với mạng khác.
- Khả năng bị nghe lén cao do dùng chung bộ chia.
- Chi phí nâng cấp cao do nhiều thuê bao trong một dây cáp, thông qua thiết
bị chia ra nhiều dây hơn đến nhiều thuê bao.

1.1.2. Các cấu trúc PON đang được triển khai
1.1.2.1. APON
APON (ATM Passive Optical Network) Mạng quang thụ động ATM, là sự
kết hợp của phƣơng thức truyền tải không đồng bộ ATM với mạng truy nhập quang

thụ động PON [7]. Đây là chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên. Từng đƣợc sử dụng
chủ yếu cho các ứng dụng thƣơng mại và trên nền ATM. Tốc độ hoạt động là
155,52 Mbps hoặc 622,08 Mbps. Tốc độ cho mỗi thuê bao là 4,8 Mbps trong hệ
thống 155,52 Mbps và 19,4 Mbps trong hệ thống 662,08 Mbps.
Cấu trúc khung truyền dẫn cho APON:


6

- Đƣờng xuống: Ở đƣờng xuống, APON sử dụng công nghệ ghép kênh theo
thời gian (trong đó, các tế bào gửi cho các ONU khác nhau đƣợc ghép kênh ở luồng
xuống theo thời gian; đồng thời, trong các khung đƣờng xuống cịn có các tế bào
PLOAM (Physical Layer OAM – lớp vật lý OAM) chứa thông tin cấp phép để cho
phép các ONU truyền dẫn đƣờng lên).
- Đƣờng lên: Ở đƣờng lên, APON sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia
theo thời gian (mỗi ONU sau khi nhận đƣợc giấy phép từ OLT trong tế bào
PLOAM đƣờng xuống sẽ truyền thơng tin của mình vào đúng khe thời gian đƣợc
phân; các tế bào của các ONU khác nhau sẽ đan xen với nhau về mặt thời gian).

1.1.2.2. BPON
BPON (Broadband PON) là chuẩn trên nền APON đƣợc bổ sung để hỗ trợ
cho WDM ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng, cấp phát băng thơng đƣờng lên
động lớn hơn và tính chọn lọc [7]. Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn gọi là
OMCI, giữa OLT và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp hỗn hợp.

1.1.2.3. GPON
GPON (Gigabit PON) là một sự phát triển của chuẩn BPON. GPON đƣợc
mở rộng từ chuẩn BPON bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thơng nhờ
sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. Thêm nữa, chuẩn cho
phép vài sự lựa chọn của tốc độ bit: Cho phép băng thông luồng xuống là 2,488

Mbps và băng thơng luồng lên là 1,244 Mbps. Phƣơng thức đóng gói GPON-GEM
cho phép đóng gói lƣu lƣợng ngƣời dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho
phép chất lƣợng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lƣu lƣợng nhạy cảm nhƣ truyền thoại
và video [8].
GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cƣờng bảo mật và chọn lớp 2 giao thức
(ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực tế ATM chƣa từng đƣợc sử dụng). Điều
đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao.
- GPON hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ bao gồm thoại (TDM), các dịch vụ
Ethernet nhƣ Video, Data, …


7

- Phạm vi về mặt vật lý của mạng là 20 km, trong khi đó phạm vi về mặt
logic của mạng lên tới 60 km.
- Hỗ trợ cho việc lựa chọn các tốc độ bit khác nhau bao gồm: 622 Mbps, 1,25
Gbps, 2,5 Gbps cho luồng xuống và 1,25 Gbps dành cho luồng lên.
- Khả năng vận hành khai thác bảo dƣỡng cao.
Với các ƣu 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 dƣỡng tốt nhất.

1.1.2.4. EPON
EPON hay GEPON (Ethernet PON) là một chuẩn IEEE. EPON là mạng truy
nhập quang thụ động PON dựa trên các công nghệ của mạng LAN Ethernet [10].
EPON cho phép thực hiện các kết nối điểm – đa điểm thông qua các kết nối vật lý
điểm – điểm. Trong các giải pháp mạng PON, giải pháp EPON đƣợc hỗ trợ và phát
triển nhanh nhất. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chọn giải pháp này để làm mạng
truy nhập và truyền tải lƣu lƣợng mạng để cung cấp đa dịch vụ. Tuy nhiên cơ chế
duy trì và phục hồi mạng của giải pháp EPON cịn chậm nên chỉ có thể áp dụng cho

mạng có quy mô vừa và nhỏ.
Hiện nay, hệ thống EPON đƣợc cấu hình theo phƣơng thức song cơng
(khơng theo cơ chế đa truy nhập cảm nhận sóng mang và dị tìm đụng độ) trong cấu
hình điểm – đa điểm sử dụng một sợi quang. Các thuê bao hoặc các ONU chỉ có thể
lấy lƣu lƣợng từ các OLT. Các hệ thống EPON sử dụng cấu trúc phân tách quang,
ghép kênh các tín hiệu sử dụng các bƣớc sóng khác nhau cho đƣờng lên và đƣờng
xuống nhƣ sau:
- Bƣớc sóng 1490 nm cho đƣờng xuống.
- Bƣớc sóng 1310 nm cho đƣờng lên.
Lƣu lƣợng luồng xuống và đƣờng lên trong mạng EPON:
- Luồng xuống: Tại đƣờng xuống, OLT sẽ phát quảng bá các gói tin đến các
ONU. Trong đó khung quảng bá 802.3 sẽ đƣợc các ONU lấy ra dựa vào địa chỉ
nhận dạng kết nối logic. Bản tin GATE 64 byte đƣợc gửi ở đƣờng xuống để ấn định


8

băng tần cho đƣờng lên.
- Luồng lên: Sử dụng các khe thời gian để chứa đa khung 802.3. Mỗi ONU
sẽ gửi 1 bản tin REPORT có độ lớn 64 byte chứa trạng thái của ONU tới OLT.
Trong cấu trúc này khơng có hiện tƣợng tranh chấp và phân mảnh gói.
EPON là sự kết hợp giữa mạng truy nhập quang thụ động PON và cơng nghệ
Ethernet nên nó mang ƣu điểm của cả hai công nghệ này. Việc triển khai EPON
mang lại lợi ích rất to lớn bao gồm:
- Băng thơng cao hơn: EPON sẽ cung cấp băng thông cao nhất cho ngƣời
dùng trong bất kỳ hệ thống truy cập quang thụ động nào. Tốc độ lƣu lƣợng hƣớng
xuống là 1 Gbps và lƣu lƣợng lên từ 64 ONU có thể vƣợt quá 800 Mbps. Với khả
năng cung cấp băng thông rất lớn nhƣ vậy, EPON có một số lợi ích sau:
+ Số lƣợng thuê bao trên một mạng PON lớn.
+ Băng thông trên mỗi thuê bao nhiều.

+ Khả năng cung cấp video.
+ Chất lƣợng dịch vụ tốt hơn.
- Chi phí đầu tƣ thấp hơn: Hệ thống EPON đang khắc phục giữa chi phí và
hiệu suất bằng sợi quang và các lênh kiện Ethernet. EPON cung cấp các chức năng
và đặc tính sợi quang với giá có thể so sánh đƣợc với DSL và cáp đồng. Hơn nữa,
việc giảm chi phí đạt đƣợc nhờ kiến trúc đơn giản, hiệu quả hoạt động cao và chi
phí bảo dƣỡng thấp. EPON chuyển giao những cơ hội giảm giá sau:
+ Loại trừ những phần tử ATM và SONET phức tạp và đắt đỏ.
+ Các linh kiện quang thụ động bền giúp giảm đƣợc chi phí bảo dƣỡng.
+ Những giao diện Ethernet chuẩn loại trừ nhu cầu cho DSL và Modem cáp
bổ sung.
- Nhiều lợi nhuận hơn: EPON có thể hổ trợ đồng thời các dịch vụ thoại, dữ
liệu và video, cho phép nhà cung cấp nâng cao dịch vụ băng rộng và linh hoạt.
Ngoài ra, nó cũng cung cấp các dịch vụ truyền thống nhƣ POST, T1, 10/100 BaseT, hổ trợ các dịch vụ trên nền ATM, TDM-Time Division Multiplexing và SONET.

1.1.2.5. NG-PON


9

NG-PON (Next Generation PON), mạng truy nhập quang thụ động thế hệ
tiếp theo, ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ và băng thông truy
nhập. Các công nghệ cho thế hệ kế tiếp nhƣ 10GPON, 10GEPON [9].
Các tiêu chuẩn này hỗ trợ cả 2 cấu hình: Khơng đối xứng hoạt động ở tốc độ
10 Gbps (cho đƣờng xuống), 1 Gbps (cho đƣờng lên) và cấu hình đối xứng hoạt
động ở tốc độ 10 Gbps cho cả hai hƣớng. Vào tháng 6 năm 2012, 10GPON đƣợc
chuẩn hóa tại tiêu chuẩn ITU và đƣợc xác định dựa trên kiến trúc TDM PON [9].

1.2. Công nghệ GPON và các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng
mạng GPON

1.2.1. Công nghệ GPON
1.2.1.1. Khái niệm
GPON là viết tắt của cụm từ Gigabit-capable Passive Optical Networks, là
công nghệ mạng cáp quang thụ động với mơ hình kết nối mạng theo kiểu: Điểm –
đa điểm [8]. Trong đó, các thiết bị kết nối giữa các nhà cung cấp dịch vụ mạng và
khách hàng sử dụng bộ chia tín hiệu quang (Splitter) thụ động (khơng dùng điện)
[2].

1.2.1.2. Mơ hình mạng GPON
GPON có thể truyền tải dữ liệu khơng chỉ Ethernet mà cịn ATM và TDM
(PSTN, ISDN, E1 và E3). Mạng GPON chứa hai thiết bị hoạt động chính là Optical
Line Termination (OLT) và Optical Network Unit (ONU) [8]. GPON hỗ trợ đa dịch
vụ, tốc độ cao và khoảng cách có thể lên đến 20 km (hình 1.2).
Một sợi quang đơn nối từ OLT đến một thiết bị quang thụ động Optical
Splitter (OS) (thụ động ở đây hiểu với nghĩa là thiết bị không cần cung cấp bất cứ
nguồn nào để hoạt động), đƣợc đặt gần khu vực ngƣời sử dụng [4]. OS chia tín hiệu
quang ra thành N đƣờng khác nhau đến N ngƣời sử dụng. Giá trị của N có thể từ 2
đến 128. Từ OS, một sợi quang đơn mode chạy đến mỗi user, nhƣ trong hình 1.2.
Thơng số kỹ thuật của mạng GPON:


10

Hình 1.2: Mơ hình mạng GPON

- Tốc độ bit:
GPON định nghĩa những dạng tốc độ bit nhƣ sau:
Đƣờng lên 155 Mbps, đƣờng xuống 1,25 Gbps;
Đƣờng lên 622 Mbps, đƣờng xuống 1,25 Gbps;
Đƣờng lên 1,25 Gbps, đƣờng xuống 1,25 Gbps;

Đƣờng lên 155 Mbps, đƣờng xuống 2,5 Gbps;
Đƣờng lên 622 Mbps, đƣờng xuống 2,5 Gbps;
Đƣờng lên 1,25 Gbps, đƣờng xuống 2,5 Gbps;
Phổ biến nhất hiện này là đƣờng lên 1,25 Gbps, đƣờng xuống 2,5 Gbps.
- Bƣớc sóng: 1260 nm đến 1360 nm (thƣờng gọi chung là bƣớc sóng quanh
1310 nm) cho hƣớng lên và 1480 nm đến 1500 nm (thƣờng gọi là bƣớc sóng quanh
1490 nm) cho hƣớng xuống. Ngồi ra, khi tín hiệu analog truyền hình cáp đƣợc
ghép trên cùng một sợi quang, tín hiệu sẽ truyền theo hƣớng xuống ONTs bằng dải
bƣớc sóng quanh 1550 nm (1535 nm đến 1600 nm).
- Loại tín hiệu truyền: Chỉ truyền tín hiệu số.
- Tỉ lệ chia của Splitter: Hỗ trợ đến 1:64 và phụ thuộc vào suy hao của ODN.
- Dựa vào suy hao của ODN, quy định có 3 lớp:
+ Lớp A: 5 dB đến 20 dB.
+ Lớp B: 10 dB đến 25 dB.
+ Lớp C: 15 dB đến 30 dB.


11

- Chênh lệch suy hao lớn nhất giữa các ONU: 15 dB.
- Khoảng cách sợi quang tối đa: 20 km dùng nguồn phát Distributed
Feedback Laser và 10 km nếu dùng nguồn phát là Laser Fabry-Perot cho hƣớng lên.
- Công suất phát trung bình cho hƣớng xuống trên một sợi quang tại tốc độ
1,2 Gbps:
+ Lớp A: - 4 dBm đến 1 dBm.
+ Lớp B: 1 dBm đến 6 dBm.
+ Lớp C: 5 dBm đến 9 dBm.
- Công suất phát trung bình cho hƣớng xuống trên một sợi quang tại tốc độ
2,4 Gbps:
+ Lớp A: 0 dBm đến 4 dBm.

+ Lớp B: 5 dBm đến 9 dBm.
+ Lớp C: 3 dBm đến 7 dBm.
- Cơng suất phát trung bình cho hƣớng lên trên 1 sợi quang tại tốc độ 1,2
Gbps:
+ Lớp A: -3 dBm đến 2 dBm.
+ Lớp B: -2 dBm đến 3 dBm.
+ Lớp C: 2 dBm đến 7 dBm.
- Tỉ lệ lỗi bit lớn nhất: 10-10.
- Thiết bị:
+ OLT (Optical Line Terminal): Thiết bị kết cuối cáp quang tích cực lắp đặt
tại phía nhà cung cấp dịch vụ thƣờng đƣợc đặt tại các đài trạm.
+ ONT (Optical Network Terminal): Thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích
cực, kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trƣờng hợp
cung cấp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH).
+ ONU (Optical Network Unit): Thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực,
kết nối với OLT thơng qua mạng phân phối quang (ODN) thƣờng dùng cho trƣờng
hợp kết nối tới buiding hoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab).
+ Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động tín


12

hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngƣợc lại giúp tận dụng hiệu
quả sợi quang vật lý. Splitter thƣờng đƣợc đặt tại các điểm phân phối quang và các
điểm truy nhập quang. Bộ chia/ghép quang sẽ có 2 loại, một loại đặt tại các nhà
trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại thứ 2 sẽ là loại thiết bị đƣợc bọc
kín có thể mở ra đƣợc khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông.
+ Fiber Distribution Cabinet (FDC): Tủ phối quang.
+ Fiber Distribution Box (FDB): Hộp phân phối quang loại nhỏ.

1.2.1.3. Nguyên tắc hoạt động của mạng GPON
- Phƣơng thức ghép kênh: Phƣơng thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh
song hƣớng, các hệ thống GPON hiện nay sử dụng phƣơng thức ghép kênh phân
chia không gian [8]. Đây là giải pháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hƣớng,
nó đƣợc thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng biệt cho truyền dẫn đƣờng lên và
xuống. Sự phân cách vật lý của các hƣớng truyền dẫn tránh đƣợc ảnh hƣởng phản
xạ quang trong mạng và cũng loại bỏ vấn đề kết hợp và phân tách hai hƣớng truyền
dẫn. Điều này cho phép tăng đƣợc quỹ công suất trong mạng, việc sử dụng hai sợi
quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tăng độ khả dụng bởi vì
chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách sử dụng những bộ ghép kênh theo bƣớc
sóng trên một hoặc hai sợi [1]. Khả năng mở rộng này cho phép phát triển dần
những dịch vụ mới trong tƣơng lai.
- Phƣơng thức đóng gói dữ liệu: GPON định nghĩa hai phƣơng thức đóng gói
ATM và GEM (GPON Encapsulation Method) [8]. Các ONU và OLT có thể hỗ trợ
cả T-CONT nền ATM hoặc GEM. GEM cung cấp khả năng thông tin kết nối định
hƣớng tƣơng tự ATM, GPON cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng
khác nhau. Khách hàng ATM đƣợc sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả hai
hƣớng, khách hàng TDM đƣợc sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói
GEM, các gói dữ liệu bao gồm cả các khung Ethernet cũng đƣợc sắp xếp sử dụng
thủ tục đóng gói GEM. GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung
lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lƣu
lƣợng thời gian thực. Lƣu lƣợng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet, các gói tin IP,


13

IPTV, VoIP và các loại khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn
giản. GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả cao trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử
dụng tới 95% băng thông cho phép trên kênh truyền dẫn.
- Bảo mật: Do mạng GPON là mạng điểm – đa điểm nên dữ liệu hƣớng

xuống có thể đƣợc nhận bởi tất cả các ONU. Công nghệ GPON sử dụng bảo mật
hƣớng xuống với chuẩn mật mã tiên tiến AES (Advanced Encryption Standard) [8].
Dữ liệu thuê bao trong khung luồng xuống đƣợc bảo vệ thông qua lƣợc đồ mật mã
hóa AES và chỉ phần tải lƣu lƣợng trong khung đƣợc mã hóa. Với hƣớng lên xem
nhƣ liên kết điểm – điểm và khơng sử dụng mã hóa bảo mật.

1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạng GPON
1.2.2.1. Yếu tố chủ quan
- Do thiết bị của nhà mạng không đáp ứng đƣợc nhu cầu băng thông lớn hiện
nay với ngày một đông ngƣời sử dụng.
- Do các thiết bị của nhà mạng khơng đƣợc bảo trì bảo dƣỡng thƣờng xuyên
nên hiệu suất hoạt động kém.
- Do nhà mạng cấu hình sai các thơng số kỹ thuật của khách hàng.
- Do chất lƣợng của các thiết bị nhà mạng và chất lƣợng thi công chƣa đảm
bảo.

1.2.2.2. Yếu tố khách quan
- Do sự cố đứt cáp từ nhà mạng đến nhà khách hàng, đứt cáp đƣờng trục của
thiết bị nhà mạng, đứt cáp quang đƣờng trục trong nƣớc hay quốc tế, …
- Do virus tấn công vào thiết bị nhà mạng.
- Do lỗi phần cứng hay lỗi phần mềm của thiết bị nhà mạng hay nhà khách
hàng.

1.3. Kết luận chƣơng 1
Chƣơng này giúp cho chúng ta có một cái nhìn tổng thể về sự phát triển của
mạng PON. Chúng ta có thể hiểu một cách khái quát cơ chế hoạt động của mạng
PON, ƣu, nhƣợc điểm cũng nhƣ các mơ hình hoạt động của mạng PON.


14

Ngồi ra, chúng ta cũng tìm hiểu về mạng GPON, nguyên tắc hoạt động của
mạng GPON và các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng mạng GPON. Trong chƣơng
tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu tình hình triển khai và chất lƣợng dịch vụ GPON
thực tế tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế.