Ứng dụng công nghệ GPON trong mạng truy nhập quang FTTx

LỜI CẢM ƠN.
Trƣớc tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trƣờng Đại học Hàng Hải nói chung và các thầy cơ giáo trong khoa
Điện - Điện tử, ngành Điện tử - Viễn thơng nói riêng đã truyền đạt em những
kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong 4,5 năm học qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Ngô Xuân Hƣờng.,Ngƣời đã
hƣớng dẫn, tận tình chỉ bảo em trong suốt q trình làm đồ án tốt nghiệp.”Trong
thời gian đó, em đã đƣợc tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích và còn học tập
đƣợc tinh thần làm việc, thái độ làm việc nghiêm túc, nhiệt tình và hiệu quả, đây
là những điều rất cần thiết để em chuẩn bị hành trang vào cuộc sống.
Cuối cùng em xin đƣợc cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng
góp ý kiến và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ
án tốt nghiệp.

i


LỜI CAM ĐOAN.
Em xin cam đoan:
Những nội dung trong luận văn trong đồ án này là do em thực hiện dƣới
sự hƣớng dẫn của thầy giáo Ngô Xuân Hƣờng.
Nội dung của đồ án tốt nghiệp có tham khảo một số thông tin, tài liệu từ
các nguồn sách, trang web trên mạng mà em đã liệt kê rõ rành theo quy định
trong danh mục các tài liệu tham khảo.

ii


MỤC LỤC.
Trang
LỜI CẢM ƠN. ................................................................................................................ i

LỜI CAM ĐOAN. ........................................................................................................ii
MỤC LỤC.................................................................................................................... iii
MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN. .............. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG. ..................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. ................................................................................... ix
LỜI MỞ ĐẦU. .............................................................................................................. 0
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG TỐC
ĐỘ GIGABIT- GPON. ................................................................................................. 1
1.1. Tổng quan về công nghệ G-PON..................................................................... 1
1.1.1.Định nghĩa và đặc điểm. ............................................................................. 1
1.1.2. Khả năng cung cấp băng thông. ................................................................ 2
1.1.3.Khả năng cung cấp dịch vụ . ...................................................................... 3
1.2. Tình hình triển khai cơng nghệ GPON. .......................................................... 5
1.2.1. Tình hình triển khai trên thế giới. ............................................................. 5
1.2.2.Tình hình triển khai tại Việt Nam.............................................................. 5
1.2.3.Nhận xét về tình hình triển khai cơng nghệ GPON................................. 5
1.3. Cấu hình mạng cơng nghệ GPON. .................................................................. 5
1.3.1. Mơ hình tham chiếu . ................................................................................. 5
1.3.2 . Giao diện node dịch vụ SNI . ................................................................... 7
1.3.3. Giao diện mạng ngƣời dùng UNI . ........................................................... 7
1.3.4. Thiết bị OLT,bộ chia Spiller, ONT/ONU. .............................................. 8
iii


1.4. Một số đặc tính cơ bản của GPON. ............................................................... 10
1.4.1. Kỹ thuật truy nhập và phƣơng thức ghép kênh..................................... 10
1.4.2. Phƣơng thức đóng gói dữ liệu................................................................. 11
1.4.3. Định cỡ và phân định băng tần động. .................................................... 12
1.4.4. Cơ chế bảo mật thơng tin và mã hóa sửa lỗi. ........................................ 15
CHƢƠNG 2. CẤU TRÚC PHÂN LỚP CỦA MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG

GPON. .......................................................................................................................... 17
2.1. Lớp phụ thuộc phƣơng tiện vật lí PMD. ....................................................... 17
2.1.1. Tốc độ tín hiệu danh định. ....................................................................... 17
2.1.2. Phƣơng tiện vật lí và phƣơng thức truyền. ............................................ 17
2.1.3.Tốc độ bit.................................................................................................... 18
2.1.4. Mã hóa đƣờng dây. ................................................................................... 18
2.1.5. Bƣớc sóng hoạt động. .............................................................................. 18
2.1.6. Nguồn phát tại giao diện

và giao diện

2.1.7. Đƣờng truyền quang giữa giao diện

. .................................... 19
và giao diện

.20

2.2. Lớp hội tụ truyền dẫn GTC. ........................................................................... 22
2.2.1. Tổng quan. ................................................................................................. 22
2.2.2. Ngăn xếp giao thức trong mặt phẳng điều khiển/quản lí (C/M plane).23
2.2.3. Ngăn xếp giao thức trong U-plane. ........................................................ 25
2.2.4. Các chức năng chính của hệ thống GTC. .............................................. 26
2.2.5. Các chức năng của các phân lớp trong hệ thống GTC......................... 27
2.2.6.

và dòng lƣu lƣợng. ........................................................................... 29

2.2.7. Cấp phát băng thông động DBA(Dynamic Bandwith Allocation)..... 32
2.2.8. Cấu trúc khung GTC. .............................................................................. 35

iv


CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON TRONG MẠNG TRUY
NHẬP QUANG FTTx. ............................................................................................... 38
3.1. Mạng quang băng thông rộng đến nhà cao tầng FTTB........................... 38
3.2. Mạng quang băng thông rộng đến lề đƣờng FTTC, FTTCab. ............... 39
3.3.Mạng quang đến tận nhà FTTH. ................................................................. 40

v


MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN.
AF

Adaptation function – Chức năng tƣơng thích.

Alloc-ID

Allocation Identifier – Nhận dạng cấp phát.

ATM

Asynchronous Transfer Mode – Chế độ truyền không đồng bộ.

BER

Bit Error Rate – Tỉ lệ lỗi bit

BW map

Bandwidth map – Ánh xạ băng thông.

C/M-plane Control/management place – Mặt phẳng điều khiển và quản lí.
DBA

Dynamic Bandswidth Assignment – Cấp phát băng tần rộng.

DBRu

Dynamic Bandswdth Report Upstream – Báo cáo băng tần động lên

FTTB

Fiber to the Buiding – Mạng quang đến toàn nhà.

FTTC/Cab Fiber to the Curb/Cabinet – Mạng quang đến tủ cáp.
FTTH

Fiber to the Home – Mạng quang đến hộ gia đình.

GEM

GPON Encapsulation Mode – Chế độ đóng gói GPON.

GPM

GPON Physical Media Dependent – Lớp phụ thuộc vật lí GPON.

GPON

Gigabit-capable Passive Optical Network – Mạng quang thụ động
Gigabit

GTC

GPON Transmission Convergence – Lớp hội tụ truyền dẫn GPON.

NSR-DBA

Non Status Reporting DBA – Cấp phát băng tần không báo.

OAM

Operation, Administration and Maintenance – Vận hành, quản lí và
bảo dƣỡng.

ODN

Optical Distribution Network –Mạng phân phối quang.

OLT

Optical Line Termination – Thiết bị kết cuối đƣờng dây.

OMCI

ONU Management and Control Interface – Giao diện điều khiển và
quản lí ONU.

ONT

Optical Network Termination – Thiết bị kết cuối mạng quang.

ONU

Optical Network Unit – Thiết bị kết cuối mạng quang.
vi


PBCd

Physical Control Block downstream – Khối điều khiển vật lí đƣờng
xuống.

PDU

Protocol Data Unit – Đơn vị bản tin giao thức.

PLOAM

Physical Layer OAM – OAM lớp vật lí.

PLOAMd

PLOAM downstream – OAM lớp vật lí đƣờng xuống.

PLOu

Physical Layer Overhead upstream – Tiêu đề lớp vật lí đƣờng lên.

Port -ID

Port Identifier – Nhận dạng cổng.

PSTN

Public Swiched Telephone Network – Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng.

SNI

Service Node Interface – Giao diện nốt dịch vụ.

SR-DBA

Status Reporting DBA – Cấp phát băng thông động báo cáo trạng
thái.

TC

Transmission Convergence – Hội tụ truyền dẫn

T-CONT

Transmission Container – Khối truyền dẫn.

U-plane

User-plane – Mặt phẳng ngƣời dùng.

UNI

User Network Interface – Giao diện mạng ngƣời dùng.

VC

Virtual Channel – Kênh ảo.

VCI

Virtual Channel Indentifer – Nhận dạng kênh ảo.

VP

Virtual Path – Đƣờng ảo.

VPI

Virtual Path Interface – Nhận dạng đƣờng ảo.

WDM

Wavelength Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo bƣớc
sóng.

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG.

Số bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1 Giao diện nốt dịch vụ SNI và các dịch vụ

9

Bảng 1.2 Giao diện nốt dịch vụ UNI và các dịch vụ

9

Bảng 2.1 Các thơng số lớp phụ thuộc vật lí cho mạng quang ODN

22

Bảng 2.2 Các chức năng chính của GPON DBA

32

Bảng 2.3 Các chế độ hoạt động của DBA

36

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.

Số hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Mạng truy nhập quang thụ động GPON

2

Hình 1.2

Mơ hình tham chiếu cho mạng GPON

7

Hình 1.3

Vị trí giao diện SNI và UNI

8

Hình 1.4

Sơ đồ khối chức năng OLT

10

Hình 1.5

Sơ đồ khối chức năng ONU

11

Hình 1.6

TDMA GPON

12

Hình 1.7

GPON ranging 1

14

Hình 1.8

GPON ranging 2

15

Hình 1.9

Báo cáo và phân bố băng

16

Hình 1.10 Thủ tục cấp phát băng thơng trong GPON

16

Hình 2.1

Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC

24

Hình 2.2

Các khối chức năng trong mặt quản lí và điều khiển

27

Hình 2.3

Ngăn xếp giao thúc cho mặt phẳng ngƣời dùng

28

Hình 2.4

Điều khiển truy nhập phƣơng tiện

30

Hình 2.5

Hoạt động của SR-DBA

37

Hình 2.6

Cấu trúc khung hội tụ truyền dẫn lớp GTC

39

Hình 2.7

Cấu trúc khung đƣờng xuống GTC

40

Hình 2.8

Cấu trúc khung đƣờng lên GTC

40

Hình 2.9

Tiêu đề khung đƣờng lên GTC

41

Hình 3.1

Cáp quang kéo đến nhà cao tầng FTTB

43

Hình 3.2

Cáp quang kéo dến khu dân cƣ FTTC

44

Hình 3.3

Cáp quang kéo đến hộ gia đình FTTH

44

ix


LỜI MỞ ĐẦU.
Công nghệ đầu tiên khi lắp đặt cáp quang là AON (Active Optical
Network-Mạng cáp quang chủ động ), mỗi thuê bao sẽ có một đƣờng truyền cáp
quang chạy từ thiết bị trung tâm đến tận nhà. Công nghệ này có lợi thế về tầm
kéo dây, tính bảo mật và dễ dàng nâng cấp băng thông. Tuy nhiên, việc triển
khai vận hành đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao cần một sợi quang riêng
nên tốn kém cho nhà mạng. Để khắc phục nhƣợc điểm này, công nghệ GPON ra
đời.”()
“Công nghệ GPON thuộc kiến trúc mạng điểm-đa điểm nên có thể giảm chi
phí triển khai. Đƣờng truyền trƣớc khi tới khách hàng sẽ qua thiết bị chia tín
hiệu. Mỗi bộ chia sẽ cung cấp cho khoảng 32 đến 64 ngƣời dùng và bộ chia

khơng sử dụng điện nên có thể giảm chi phí triển khai cho nhà mạng.”()
Để hiểu rõ về cơng nghệ GPON, em đã đi tìm hiểu về các phần sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ quang thụ động tốc độ Gigabit GPON.
Chƣơng 2: Cấu trúc phân lớp của mạng quang thụ động GPON.
Chƣơng 3: Ứng dụng công nghệ GPON trong mạng truy nhập quang FTTx.

0