BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

NGUYỄN VĂN KHEN

CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (GPON) VÀ TRIỂN
KHAI GPON TẠI VNPT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
Tiến sĩ. Nguyễn Viết Nguyên

Hà nội – Năm 2014
-1-


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa ................................................................................................... -1Mục lục ............................................................................................................ -2Lời cam đoan ................................................................................................... -5Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................ -6Danh mục các hình vẽ, các bảng số liệu ......................................................... -10Lời nói đầu ..................................................................................................... -12CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON) .... -151.1. Mở đầu............................................................................................ -151.1.1. Khái niệm và ưu điểm FTTH ................................................... -161.1.2. Kiến trúc và thành phần của mạng PON .................................. -171.1.3. Các chuẩn mạng PON .............................................................. -191.1.4. Các hệ thống PON đang được triển khai .................................. -201.1.4.1. APON/BPON ................................................................. -201.1.4.2. GPON ............................................................................ -201.1.4.3. EPON ........................................................................... -211.1.4.4. WDM-PON ................................................................... -211.2. Nhận xét ......................................................................................... -211.3. Kết luận .......................................................................................... -23CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON ......... -252.1. Giới thiệu chung ............................................................................. -252.2. Hệ thống GPON .............................................................................. -252.3. Chức năng của GTC trong lớp truyền dẫn hội tụ GPON ................. -262.4. Tình hình chuẩn hoá GPON ............................................................ -272.5. Kiến trúc mạng truy nhập quang (GPON) ....................................... -292.5.1. Kiến trúc mạng ........................................................................ -292.5.1.1. FTTB .............................................................................. -302.5.1.2. FTTC và FTTCab ........................................................... -302.5.1.3. FTTH.............................................................................. -302.5.2. Cấu hình mạng tham chiếu....................................................... -302.5.2.1. Giao diện nốt dịch vụ SNI .............................................. -322.5.2.2. Giao diện mạng người dùng UNI.................................... -322.5.2.3. Các dịch vụ ..................................................................... -332.5.2.4. Thiết bị đầu cuối đường dây OLT................................... -332.5.2.5. Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT................................. -342.5.2.6. Mạng phân phối ODN .................................................... -342.6. Các đặc tính cơ bản của GPON ....................................................... -362.6.1. Tốc độ bit ................................................................................ -362.6.2. Khoảng cách logic ................................................................... -362.6.3. Khoảng cách vật lý .................................................................. -362.6.4. Khoảng cách sợi quang chênh lệch .......................................... -362.6.5. Tỉ lệ chia .................................................................................. -372.6.6. Các thông số kỹ thuật .............................................................. -37-2-


2.6.7. Khung truyền dẫn GPON ......................................................... -372.6.7.1. Cấu trúc khung hướng xuống ......................................... -372.6.7.2. Cấu trúc khung hướng lên .............................................. -412.7. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh ................................ -432.7.1. Kỹ thuật truy nhập ................................................................... -442.7.2. Phương thức ghép kênh. .......................................................... -452.8. Phương thức đóng gói dữ liệu. ........................................................ -452.9. Định cỡ và phân định băng tần động. .............................................. -452.9.1. Thủ tục định cỡ (Ranging). ...................................................... -452.9.2. Phương pháp cấp phát băng thông. .......................................... -472.10. Bảo mật và mã hóa sửa lỗi ........................................................... -482.11. Khả năng cung cấp băng thông .................................................... -492.11.1. Hướng xuống ......................................................................... -492.11.2. Hướng lên .............................................................................. -492.11.3. Băng thơng hữu ích ................................................................ -492.12. Khả năng cung cấp dịch vụ .......................................................... -502.12.1. Đặc điểm dịch vụ ................................................................... -502.12.2. Khoảng cách OLT – ONU ..................................................... -502.12.3. Các ứng dụng cơ bản trong mạng........................................... -502.13. Một số vấn đề cần quan tâm trong tính tốn thiết kế mạng GPON -512.14. Kết luận ........................................................................................ -52CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI GPON TRÊN MẠNG VIỄN THƠNG
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH .................................................................... -533.1. Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng của VT TP.Hồ Chí Minh .... -533.1.1. Sơ đồ mạng MAN-E Viễn thơng Thành phố Hồ Chí Minh ...... -533.1.2. Mạng cáp quang....................................................................... -543.1.2.1. Mạng cáp quang trung kế ............................................... -543.1.2.2. Mạng cáp quang truy nhập ............................................. -543.2. Mục đích xây dựng mạng GPON .................................................... -543.2.1. Định hướng chung ................................................................... -543.2.2. Các hình thức cung cấp dịch vụ cáp quang FTTx .................... -543.3. Nhu cầu Băng thông........................................................................ -563.4. Xây dựng cấu trúc mạng GPON Viễn Thơng TP.Hồ Chí Minh....... -573.4.1. Ngun tắc xây dựng mạng ..................................................... -573.4.1.1. Nguyên tắc chung ........................................................... -573.4.1.2. Các bước triển khai xây dựng cấu hình mạng ................. -593.5. Cấu trúc mạng GPON tại Viễn Thơng TP.Hồ Chí Minh ................. -593.5.1. Cấu trúc tổng thể mạng GPON Viễn Thông TP.Hồ Chí Minh . -593.5.2. Các kiểu cấu trúc ODN của mạng cáp quang VT TP.HCM ..... -613.5.2.1. Các kiểu cấu trúc chuẩn mạng cáp quang ODN tiển khai tại
Viễn thơng TP. Hồ Chí Minh ..................................................... -613.5.2.2. Cấu trúc chi tiết mạng GPON khu vực trạm Cộng Hoà .. -613.5.3. Mã hóa quản lý mạng GPON ................................................... -633.6. Đề xuất dịch vụ phát triển trên mạng GPON VT TP.Hồ Chí Minh . -63-3-


3.6.1. Dịch vụ IPTV .......................................................................... -633.6.2. Dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao ...................................... -643.6.3. Dịch vụ kết nối VPN ................................................................ -643.6.4. Dịch vụ kết nối điểm – đa điểm ............................................... -64CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .... -654.1. Kết luận .......................................................................................... -654.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................ -66TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... -67Phụ lục: tổng hợp thiết bị GPON triển khai tại 5 Chi nhánh Viễn thông

Công ty Điện thoại Đông TP. ................................................................. -68-

-4-


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Văn Khen

-5-


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

AAL

ATM Adaptation Layer

Lớp tương thích ATM


ABR

Available Bit Rate

Tốc độ bit khả dụng

AF

Adaptation Function

Chức năng tương thích

Alloc-ID

Allocation Identifier

Nhận dạng cấp phát

AN

Access Node

Nốt truy nhập

ANI

Access Node Interface

Giao diện nốt truy nhập


APD

Avalanche Photodiode

Diode quang kiểu thác

APON

ATM over Passive Optical
Network

ATM qua mạng quang thụ
động

APS

Automatic Protection Switching

Chuyển mạch bảo vệ tự
động

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền không đồng
bộ

BER


Bit Error Ratio

Tỉ lệ lỗi bit

BIP

Bit Interleaved Parity

Bit chẵn lẻ xen kẽ

BRI

Basic Rate Interface

Giao diện tốc độ cơ bản

Bwmap

Bandwidth Map

Ánh xạ băng tần

C/M planes

Control/Management planes

Mặt quản lý/điều khiển

CBR


Constant Bit Rate

Tốc độ bit cố định

CID

Consecutive Identical Digit

Số giống nhau liên tiếp

CPL

Change Power Level

Mức công suất thay đổi

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra lỗi vịng dư

DACT

Deactivate (ONU-ID)

Bỏ kích hoạt

DBA


Dynamic Bandwidth Assignment

Cấp phát băng tần động

DBR

Deterministic Bit Rate

Tốc độ bit xác định

DBRu

Dynamic Bandwidth Report
upstream

Báo cáo băng tần động
đường lên

DF

Deactivate Failure

Lỗi bỏ kích hoạt

DFB

Distributed FeedBack laser

Laser feedback phân bố


-6-


E/O

Electrical/Optical

Điện/quang

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi

FTTB

Fibre to the Building

Mạng quang đến tòa nhà

FTTCab/C

Fibre to the Cabinet/Curb

Mạng quang đến tủ cáp

FTTH


Fibre to the Home

Mạng quang đến hộ gia
đình/th bao

GEM

G-PON Encapsulation Mode

Chế độ đóng gói GPON

GFP

Generic Framing Procedure

Thủ tục đóng khung chung

GFR

Guaranteed Frame Rate

Tốc độ khung đảm bảo

GPM

G-PON Physical Media
(Dependent)

Lớp phụ thuộc vật lý GPON


GPON

Gigabit-capable Passive Optical
Network

Mạng quang thụ động
gigabit

GTC

GPON Transmission Convergence Lớp hội tụ truyền dẫn GPON

HEC

Header Error Control

Kiểm tra lỗi tiêu đề

LCD

Loss of Cell Delineation

Mơ tả mất gói

LCDA

Loss of Channel Delineation for
ATM

Mơ tả mất kênh cho ATM


LCDG

Loss of Channel Delineation for
GEM

Mô tả mất kênh cho GEM

LCF

Laser Control Field

Trường điều khiển laser

LIM

Line Interface Module

Module giao diện đường dây

LT

Line Terminal

Đầu cuối đường dây

MDU

Multi-dwelling Unit


Đơn vị gói tin nhiều địa chỉ

MLM

Multi-Longitudinal Mode

Chế độ đa chiều dọc

MPN

Mode Partition Noise

Nhiễu chia mode

NRZ

Non Return to Zero

Mã đường dây NRZ

NSR-DBA

Non Status Reporting DBA

Cấp phát băng tần không báo
cáo trạng thái

NT

Network Termination


Kết cuối mạng

O/E

Optical/Electrical

Quang/điện

OAM

Operation, Administration and
Maintenance

Vận hành, quản lý và bảo
dưỡng

-7-


OAN

Optical Access Network

Mạng truy nhập quang

ODF

Optical Distribution Frame


Giá phân phối quang

ODN

Optical Distribution Network

Mạng phân phối quang

OLT

Optical Line Termination

Thiết bị kết cuối đường dây

OMCC

ONU Management and Control
Channel

Kênh điều khiển và quản lý
ONU

OMCI
ONT

ONU Management and Control
Interface
Optical Network Termination

Giao diện điều khiển và

quản lý ONU
Thiết bị kết cuối mạng
quang

ONU

Optical Network Unit

Thiết bị kết cuối mạng
quang

ONU-ID

ONU Identifier

Nhận dạng thiết bị kết cuối
mạng quang

OpS

Operations System

Hệ điều hành

ORL

Optical Return Loss

Suy hao phản xạ quang


PCBd

Physical Control Block
downstream

Khối điều khiển vật lý
đường xuống

PCR

Peak Cell Rate

Tốc độ gói đỉnh

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị bản tin giao thức

PEE

Physical Equipment Error

Lỗi thiết bị vật lý

PIN

Photodiode without internal
avalanche


Diode quang không thác nội

Plend

Payload Length downstream

Chiều dài tải tin đường
xuống

PLI

Payload Length Indicator

Chỉ thị chiều dài tải tin

PLOAM

Physical Layer OAM

OAM lớp vật lý

PLOAMd

PLOAM downstream

OAM lớp vật lý đường
xuống

PLOu


Physical Layer Overhead
upstream

Tiêu đề lớp vật lý đường lên

PLSu

Power Levelling Sequence
upstream

Chuỗi mức công suất đường
lên

PON

Passive Optical Network

Mạng quang thụ động
-8-


Port-ID

Port Identifier

Nhận dạng cổng

POTS


Plain Old Telephone Service

Dịch vụ điện thoại truyền
thống

PRBS

Pseudo Random Bit Sequence

Chuỗi bi giả ngẫu nhiên

PRI

Primary Rate Interface

Giao diện tốc độ chính

PSTN

Public Switched Telephone
Network

Mạng diện thoại chuyển
mạch cơng cộng

RMS

Root Mean Square

Căn quân phương


SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Mạng số đồng bộ

SLM

Single-Longitudinal Mode

Chế độ đơn chiều dọc

SN

Serial Number

Số seri

SNI

Service Node Interface

Giao diện nốt dịch vụ

SOA

Semiconductor Optical Amplifier

Bộ khuếch đại quang bán

dẫn

SR-DBA

Status Reporting DBA

Cấp phát băng tần động báo
cáo trạng thái

TC

Transmission Convergence

Hội tụ truyền dẫn

T-CONT

Transmission Container

Container truyền dẫn

U plane

User plane

Mặt phẳng người dùng

UNI

User Network Interface


Giao diện mạng-người dùng

VC

Virtual Channel

Kênh ảo

VCI

Virtual Channel Identifier

Nhận dạng kênh ảo

VP

Virtual Path

Đường ảo

VPI

Virtual Path Identifier

Nhận dạng đường ảo

WDM

Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
bước sóng

-9-


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG SỐ LIỆU
Hình 1-1: Mơ hình mạng PON...................................................................... -18Hình 1-2: Các kiểu kiến trúc của PON .......................................................... -19Hình 2-1: Lớp con truyền dẫn hội tụ ............................................................. -26Hình 2-2 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON ................................... -27Hình 2-3: Kiến trúc mạng GPON ................................................................. -29Hình 2-4: Mơ hình tham chiếu cho mạng GPON .......................................... -31Hình 2-5: Cấu hình vật lý chung của mạng phân bố quang ODN .................. -31Hình 2-6: Sơ đồ khối chức năng OLT ........................................................... -33Hình 2-7: Sơ đồ các khối chức năng ONU .................................................... -34Hình 2-8: Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 .......................... -35Hình 2-9: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao .................................... -35Hình 2-10 : Khung hướng xuống GTC ......................................................... -38Hình 2-11 : Mơ tả chi tiết khung hướng xuống GTC..................................... -39Hình 2-12 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU ................................................. -40Hình 2-13 : Khung hướng lên GTC .............................................................. -41Hình 2-14 : Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC ......................................... -42Hình 2-15 : Các cell ATM ở hướng lên ........................................................ -43Hình 2-16: Các khung GEM ở hướng lên ..................................................... -43Hình 2-17: Báo cáo DBA ở hướng lên .......................................................... -43Hình 2-18: TDMA GPON ............................................................................ -44Hình 2-19: GPON ranging pha 1 .................................................................. -46Hình 2-20: GPON ranging pha 2. ................................................................. -46Hình 2-21: Báo cáo và phân bố băng thơng trong GPON .............................. -47Hình 2-22: Thủ tục cấp phát băng thông trong GPON .................................. -48Hình 3-1: Cấu trúc mạng MAN-E của Viễn thơng TP.Hồ Chí Minh ............. -53Hình 3-2: Mơ hình các dịch vụ truy nhập cáp quang .................................... -55Hình 3-3: Mơ hình cung cấp dịch vụ FTTH - triple-play............................... -55Hình 3-4: Mơ hình cung cấp dịch vụ FTTB - double play ............................. -56Hình 3-5: Mơ hình cung cấp dịch vụ FTTB - triple-play ............................... -56Hình 3-6: Cấu trúc tổng thể mạng GPON tại Viễn Thơng TP.Hồ Chí Minh .. -60Hình 3-7: Cấu trúc chuẩn ODN của VTTPHCM........................................... -61Hình 3-8: Cấu trúc ODN 2 cấp splitter.......................................................... -61Hình 3-9: Cấu trúc ODN 1 cấp splitter.......................................................... -61Hình 3-10: Cấu trúc GPON khu vực trạm Cộng Hồ .................................... -62Hình 3-11: Mã hố quản lý mạng GPON 2 cấp splitter ................................. -63-10-


Hình 3-12: Mã hố quản lý mạng GPON 1 cấp splitter ................................. -63Bảng 1: So sánh các tiêu chuẩn PON ............................................................ -20Bảng 2: Ví dụ giao diện nốt dịch vụ SNI và các dịch vụ ............................... -32Bảng 3: Ví dụ giao diện người dùng-mạng UNI và các dịch vụ .................... -32Bảng 4: Các đặc tính kỹ thuật cơ bản lớp vật lý ............................................ -51-

-11-


LỜI NÓI ĐẦU
Mạng truy nhập quang thụ động (PON) bao gồm các đường quang đi từ
nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số khách hàng. Sẽ có một đường
quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý. Tại đây đường
quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến
từng khách hàng. Với mạng PON, tín hiệu được truyền bằng tia laser và được gửi
tới đích khơng cần các cấu kiện điện tử tích cực trong mạng ngoại vị. Nhà cung
cấp mạng do đó có thể tiết kiệm được chi phí đáng kể bằng việc dùng chung các
sợi quang trong mạng nội hạt, dùng chung thiết bị trong tổng đài. Tháng 6/2007
vừa qua ITU phối hợp với Telcordia tổ chức thử nghiệm các thiết bị mạng quang
thụ động tốc độ gigabit GPON được xây dựng dựa trên khuyến nghị ITU-T
G.984. Công nghệ mạng quang thụ động PON được sử dụng trong mơi trường
mạch vịng nội hạt để kết nối cho các khu dân cư và khu văn phịng vào mạng

tồn quang một cách hiệu quả. Cuộc thử nghiệm đã trình diễn khả năng phối hợp
hoạt động của thiết bị GPON, đây chính là tính năng nổi trội giúp giảm chi phí
thiết bị. Các nhà sản xuất thiết bị Alphion, Cambridge Industries Group, Hitachi,
Huawei, iamba Networks, LS Cable, PMC-Sierra, Tellabs, Terawave
Communications, TXP Corporation, XAVi Technologies, ZTE Corporation cũng
đã thực hiện trình diễn khả năng phối hợp hoạt động dịch vụ 3 trong 1 triple-play.
Bộ khuyến nghị G.984 của ITU đưa ra tiêu chuẩn cho mạng PON tốc độ gigabit
(GPON) là phiên bản mới nhất đối với công nghệ mạng PON. Mạng GPON có
dung lượng ở mức gigabit cho phép cung cấp các ứng dụng video, truy nhập
internet tốc độ cao, multimedia, và các dịch vụ băng thông rộng. Cùng với dung
lượng mạng gia tăng, tiêu chuẩn mới này đưa ra khả năng xử lý IP và Ethernet
hiệu quả hơn. Luận văn giới thiệu về mạng truy nhập quang có khả năng hỗ trợ
băng tần theo yêu cấu cho các dịch vụ dành cho gia đình và doanh nghiệp với tốc
độ đường xuống 1.2 Gbit/s và 2.4 Gbit/s và tốc độ đường lên 155 Mbit/s, 622
Mbit/s, 1.2 Gbit/s và 2.4 Gbit/s dựa trên tiêu chuẩn ITU G.984. Luận văn giới
thiệu cả mạng GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) đối xứng và
khơng đối xứng bao gồm các đặc tính cơ bản cần thiết dựa trên yêu cầu dịch vụ
của nhà điều hành mạng. Mục đích tiêu chuẩn G.984.1 là cải thiện hệ thống PON
theo tiêu chuẩn G.983.1 thông qua các yêu cầu về cung cấp dịch vụ, các chính
sách bảo mật, tốc độ bit danh định... Để đảm bảo tính liên tục so với các hệ thống
trước, tiêu chuẩn G.984.1 sẽ duy trì một số yêu cầu trong tiêu chuẩn G.983.1.
Luận văn đưa ra các đặc tính cơ bản về hệ thống GPON để thực hiện lớp vật lý
và lớp hội tụ truyền dẫn. Các đặc tính này bao gồm một số ví dụ về dịch vụ, giao
diện mạng người dùng UNI (User Network Interfaces) và giao diện nốt dịch vụ
SNI (Service Node Interfaces) và từ đó đưa ra cấu hình triển khai chính trên
mạng viễn thơng.
Hiện nay Viễn thơng Thành Phố Hồ Chí Minh là một trong những nhà
cung cấp dịch vụ viễn thông – Công nghệ thông tin hàng đầu với hạ tầng mạng
lưới rộng khắp từ các quận trung tâm đến các huyện ngoại thành vùng sâu vùng
xa của Thành phố và cung cấp nhiều loại dịch vụ viễn thông – công ghệ thông

-12-


tin. Mạng truy nhập băng rộng hiện tại của Viễn thơng Thành Phố Hồ Chí Minh
chủ yếu dựa trên hạ tầng mạng truy nhập cáp đồng sử dụng công nghệ xDSL. Sự
phát triển nhanh của các khu công nghiệp, khu công nghệ cao, trung tâm thương
mại, chung cư cao cấp, ... cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ
chức kinh tế như: ngân hàng, kho bạc, các tập đoàn kinh tế, ... đã tạo ra nhu cầu
rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu. Bên
cạnh đó, các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển
với tốc độ nhanh chóng như các dịch vụ mua bán trực tuyến, các dịch vụ đào tạo
từ xa, game online,… 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 mới.
Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng Viễn thông Thành Phố Hồ Chí Minh
đã cung cấp dịch vụ FTTH qua mạng truy nhập cáp quang (OAN: Optical Access
Network) là mạng truy nhập chủ yếu sử dụng cáp quang làm phương tiện truyền
dẫn tuy nhiên đã nảy sinh một số nhược điểm như: Vấn đề biến đổi điện – quang,
yêu cầu lắp đặt đặc biệt địi hỏi phải có kỹ năng tốt trong công tác lắp đặt và bảo
dưỡng; vấn đề chiếm dụng các lỗ pi của hệ thống ngầm, kéo cáp xa, vấn đề chi
phí…
Mạng quang bị động (PON: Passive OpticalNetwork) là kiểu mạng Điểm
– Đa điểm. Mỗi khách hàng được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia
quang thụ động, vì vậy khơng có các thiết bị điện chủ động trong mạng phân chia
và băng thông được chia sẻ từ nhánh (feeder) đến người dùng (drop). Tín hiệu
download được broadcast tới các hộ gia đình, tín hiệu này được mã hóa để tránh
việc xem trộm. Tín hiệu upload được 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 đường uplink. Ưu điểm của PON là nó sử
dụng các thiết bị splitter khơng cần cấp nguồn, có giá thành rẻ và có thể đặt ở bất
kì đâu, không phụ thuộc và các điều kiện môi trường, không cần phải cung cấp
năng lượng cho các thiết bị giữa phịng máy trung tâm và phía người dùng. Ngồi
ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo dưỡng, vận
hành và giảm chi phí cáp sợi quang, giảm chi phí cho thiết bị tại CO do nó cho
phép nhiều người dùng (thường là 32) chia sẻ chung một sợi quang. Với những
ưu điểm trên việc chọn nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang là
vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhập đáp ứng cung
cấp các dịch vụ băng rộng chất lượng cao. Qua đó cũng đặt ra những vấn đề cần
giải quyết cấp bách đối với mạng truy nhập của Viễn thơng Thành Phố Hồ Chí
Minh.
Cơng nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện
nay là một trong những cơng 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 thơng lớn tốc
-13-


độ cao. Do vậy GPON sẽ là công nghệ truy nhập lựa chọn triển khai hiện tại và
tương lai.
Luận văn “Công nghệ mạng quang thụ động GPON và triển khai GPON
tại Viễn thơng Thành Phố Hồ Chí Minh” nhằm mục đích tìm hiểu những đặc
điểm kỹ thuật cơ bản của cơng nghệ GPON, qua đó đề xuất cấu hình mạng
GPON của Viễn thơng Thành Phố Hồ Chí Minh. Luận văn thực hiện gồm 04
chương:
Chương 1: Trình bày tổng quan về mạng PON và giới thiệu về các hệ
thống PON hiện đang được triển khai.
Chương 2: Trình bày tổng quan về cơng nghệ GPON, trong đó nghiên cứu
các vấn đề về cấu trúc khung, định cỡ và phân định băng tần động là các vấn đề

trọng tâm.
Chương 3: Các đề xuất về mơ hình tổ chức mạng GPON cho Viễn thơng
Thành Phố Hồ Chí Minh.
Chương 4: Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn.

-14-


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON)
1.1. Mở đầu
Mạng viễn thông thường được cấu thành bởi ba mạng chính: mạng đường
trục, mạng phía khách hàng và mạng truy nhập. Trong những năm gần đây, mạng
đường trục có những bước phát triển nhảy vọt do đó sự xuất hiện các công nghệ
mới, như công nghệ ghép kênh theo bước sống (WDM). Cũng trong khoảng thời
gian này, mạng nội hạt (LAN) cũng đã được cải tiến và nâng cấp từ tốc độ
10Mb/s lên 100Mb/s và đến 1Gb/s. thậm chí, các sản phẩm Ethernet 10Gb/s cũng
đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Điều nay đã dẫn đến một sự chênh lệch rất
lớn về băng thông giữa một bên là mạng LAN tốc độ cao và mạng đường trục và
một bên là mạng truy nhập tốc độ thấp, mà chúng ta vẫn thường gọi là “nút cổ
chai” trong mạng viễn thông.
Việc bùng nổ lưu lượng internet trong thời gian vừa qua càng làm trầm
trọng thêm các vấn đề của mạng truy nhập tốc độ thấp. các báo cáo thống kê cho
thấy lưu lượng dữ liệu đã tăng 100% mỗi năm kể từ năm 1990. Thậm chí, sự kết
hợp giữa các yếu tố kinh tế và công nghệ đã tạo ra những thời điểm mà tốc độ
phát triển đạt tới 1000% trong một năm. Xu hướng vẫn sẽ còn tiếp tục trong
tương lai, tức là càng ngày sẽ càng có nhiều người sử dụng trực tuyến và những
người sử dụng đã trực tuyến rồi thì thời gian trực tuyến sẽ càng nhiều hơn, do
vậy nhu cầu về băng thông lại càng tăng lên. Các nghiên cứu thị trường cho thấy,
sau khi nâng cấp lên công nghệ băng rộng, thời gian trực tuyến của người sử
dụng đã tăng lên 35% so với trước khi nâng cấp. Theo hầu hết các báo cáo phân

tích, lưu lượng của dữ liệu hiện nay đã vượt trội hơn rất nhiều so với lưu lượng
thoại. Càng ngày sẽ càng có nhiều dịch vụ và các ứng dụng mới được triển khai
khi băng thông dành cho người sử dụng tăng lên. Đứng trước tình hình đó, một
số cơng nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp ứng đòi hỏi về băng tần.
Hiện tại các nhà cung cấp dịch vụ đã triển khai cung cấp dịch vụ internet
bằng công nghệ đường dây thuê bao số DSL. DSL sử dụng đơi dây cáp đồng (có
thể tận dụng đơi cáp đồng có sẵn điện thoại sử dụng cho cã hai dịch vụ) và yêu
cầu phải có Modem DSL đặt tại nhà thuê bao và DSLAM đặt tại tổng đài. Tốc độ
dữ liệu của DSL nằm trong khoảng từ 128Kb/s đến 1,5Mb/s. Mặc dù tốc độ của
nó tăng lên đáng kể so với modem tương tự, nhưng nó có thể được coi là băng
rộng không cung cấp được các dịch vụ video, dữ liệu cho các thuê bao ở xa
(khoảng cách từ tổng đài đến thuê bao chi trong phạm vi 5,5km), ta có thể tăng
khoảng cách này bằng giải pháp triển khai thêm nhiều DSLAM đến gần thuê bao,
nhưng đây là giải pháp tạm thời và không hiệu quả do chi phí cao.
Một giải pháp khác đưa ra là sử dụng cáp đồng trục, các cơng ty truyền
hình cáp cung cấp dịch vụ internet bằng cách triển khai các dịch vụ tích hợp dữ
liệu trên mạng cáp đồng trục, mà ban đầu được thiết kế để truyền dẫn tín hiệu
video tương tự. Tuy nhiên mơ hình kiến trúc này có nhiều nhược điểm là thông
lượng hiệu dụng của các nút quang khơng q 36Mb/s, vì vậy tốc độ thường rất
thấp vào giờ cao điểm.
-15-


Như vậy chúng ta thấy rằng cả công nghệ DSL và cáp đồng trục đều
không đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập. Hầu hết
các nhà công nghệ mạng hiện nay đều đang tiến tới một công nghệ mới, tập trung
chủ yếu vào truyền dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu IP. Trong bối cảnh đó, cơng nghệ
PON sẽ là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng. người ta trong đợi
mạng PON sẽ giải được các vấn đề tắc nghẽn băng thông của mạng truy nhập
trong kiến trúc mạng viễn thông, giữa một bên là các nhà cung cấp dịch vụ CO,

các điểm kết cuôi, các điểm truy nhập và một bên là các công ty đang cung cấp
dịch vụ, hay một khu vực tập trung nhiều thuê bao.
Mạng quang thụ động (PON) là một mạng quang khơng có các phần tử
điện hay các thiết bị quang điện, như vậy mạng PON sẽ khơng chứa bất kỳ một
phần tử tích cực nào cần phải có sự chuyển đổi điện – quang. Thay vào đó, PON
sẽ chi bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu
kính, bộ lọc,…Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như: không cần nguồn
điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có độ tin cậy cao và khơng
cần phải bảo dưỡng do tín hiệu khơng suy hao nhiều như đối với các phần tử tích
cực.
Mạng PON ngồi việc giải quyết các vấn đề về băng thơng, nó cịn có ưu
điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng đã
có từ trước đồng thời ít chiếm lỗ pi trong hạ tần ngầm. PON dễ dàng và thuận
tiện trong việc ghép thêm các ONU theo yêu cầu của các dịch vụ, trong khi đó
việc lắp thêm các nút 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 có thể hoạt động với chế độ khơng đối xứng, ví dụ: một mạng PON
có thể truyền dẫn theo luồng OC-12 (622Mb/s) ở đường xuống và truy nhập theo
luồng OC-3 (155Mb/s) ở đường lên. Một mạng không đối xứng như vậy sẽ giúp
cho chi phí của các ONU giảm đi rất nhiều, do chỉ phải sử dụng bộ thu phát giá
thành thấp hơn.
PON cịn có khả năng chống lỗi cao. Do các nút của mạng PON nằm ở
bên ngoài mạng nên tổ hao năng lượng trên các nút này khơng gây ảnh hưởng gì
đến các nút khác. Khả năng một nút mất năng lượng mà không làm ngắt mạng là
rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp không thể đảm bảo
được năng lượng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa.
Với những lý do trên cơng nghệ PON có thể được coi là một giải pháp
hàng đầu cho mạng truy nhập. PON cũng cho phép tương thích với các giao diện
SONET/SDH và có thể được sử dụng như một vịng thu quang thay thế cho các
tuyến truyền dẫn ngắn trong mạng đơ thị hay mạch vịng SONET/SDH đường

trục.
1.1.1. Khái niệm và ưu điểm FTTH
Trước đây các hệ thống mạng truy nhập được sử dụng chủ yếu là cáp
đồng, ứng dụng cho các dịch vụ có lưu lượng thấp. Việc sử dụng cáp đồng có
những lợi ích như chi phí thấp, khả năng lắp đặt và triển khai đơn giản. Tuy
nhiên, cáp đồng có nhiều hạn chế như băng thơng nhỏ, khả năng chống nhiễu
-16-


kém, suy hao lớn, phạm vi truyền nhỏ. Công nghệ truyền dẫn bằng cáp quang đã
khắc phục hoàn toàn các nhược điểm này. Truyền dẫn bằng cáp quang không bị
nhiều do tín hiệu được truyền bằng ánh sáng, suy hao nhỏ, phậm vị truyền dẫn
gấp hàng chục lần so với cáp đồng và đặc biệt là băng thông của cáp quang có
thể lên tới hàng trăm GHz đáp ứng được hoàn toàn nhu cầu truyền dẫn. Những
năm gần đây do sự phát triển của công nghệ làm cho việc sản xuất cáp quang dễ
dàng và giá thành của cáp quang cũng như các thiết bị đấu nối cáp hạ, do vậy cáp
quang được sử dụng rộng rãi. Thực tế tại Việt nam cũng như trên thế giới là các
mạng lõi hầu hết là mạng quang nhưng mạng truy nhập vẫn chủ yếu sử dụng cáp
đồng. Mạng cáp quang truy nhập vẫn còn nhỏ lẻ và mới chỉ được triển khai chủ
yếu ở các nước có nền cơng nghệ thơng tin phát triển như Mỹ, Hàn Quốc, Nhật
Bản.... Tuy nhiên với sự bùng nổ về nhu cầu băng thông hiện nay, việc triển khai
một hệ thống mạng truy nhập quang đến từng hộ gia định là một xu thế tất yếu.
Đó chính là mạng FTTH – Fiber to the home.
1.1.2. Kiến trúc và thành phần của mạng PON
Mạng FTTH bao gồm các đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được
dùng chung cho một số khách hàng. Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm
khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý. Tại đây đường quang dùng chung này sẽ
được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng. Mạng
truy nhập quang thụ động PON là kiểu mạng điểm-đa điểm. Mỗi khách hàng
được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia quang thụ động, vì vậy

khơng có các thiết bị điện chủ động trong mạng phân chia và băng thông được
chia sẻ từ nhánh đến người dùng. Tín hiệu đường xuống được phát quảng bá tới
các thuê bao, tín hiệu này được mã hóa để tránh việc xem trộm. Tín hiệu đường
lên được kết hợp bằng việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời
gian. OLT sẽ điều khiển các ONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ
liệu đường lên. Trong mạng PON, OLT là thành phần chức năng chính của hệ
thống đặt ở tổng đài. ONU là thiết bị đặt ở phía người dùng. ONU kết nối tới
OLT bằng các sợi quang và khơng có các thành phần chủ động ở giữa. Bộ chia
tín hiệu (splitter) là thành phần rất quan trọng cua hệ thống, theo tiêu chuẩn ITU
G.983.1 một bộ chia sủ dụng tối đa cho 32 khách hàng. 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
trúc bus. Mơ hình mạng quang thụ động với các phần tử của nó được biểu diễn
như hình 1-1.

-17-


Hình 1-1: Mơ hình mạng PON
Về mặc logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm – đa
điểm, với một OC phục vụ cho nhiều thuê bao. Có một số cấu hình kết nối điểm
– đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vịng
ring, hoặc bus như trong hình 2.
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 trong các cầu hình trên. Ngồi ra, PON cịn có
thể thu gọn lại thành các vịng rinh kép hay hình cây hay một nhánh của cây. Tất
cả các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU. OLT
nằm ở CO và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đo thị (MAN) hay mạng
diện rộng (WAN), được biết đến như là mạng đường trục. ONU nằm tại vị trí đầu
cuối sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC)


-18-


Hình 1-2: Các kiểu kiến trúc của PON
Trong các cấu hình trên, cấu hình cây 1:N như hình 1-2 (a) hay cấu hình
phân nhánh (b) được sử dụng phổ biến nhất. Đây là những cấu hình rất mềm dẻo,
phù hợp với nhu cầu phát triển thuê bao cũng như những địi hỏi ngày càng tăng
về băng thơng.
1.1.3. Các chuẩn mạng PON
Có ba loại tiêu chuẩn chính cho mạng PON như sau:
 ITU-T G.983
o APON (ATM Passive Optical Network): là chuẩn mạng PON đầu tiên,
dựa trên công nghệ ATM.
o BPON (Broadband PON): là chuẩn dựa trên APON. Nó hỗ trợ thêm
cơng nghệ WDM, băng thông giành cho đường lên được cấp phát động.. Nó cũng
cung cấp một giao diện quản lý chuẩn OMCI giữa OLT và ONU cho phép nhiều
nhà cung cấp dịch vụ cùng hoạt động.
 ITU-T G.984
o GPON (Gigabit PON) là sự nâng cấp của chuẩn BPON. Đây là chuẩn
mới nhất, hỗ trợ tốc độ cao hơn, bảo mật được tưng cường và sự đa dạng, linh
hoạt trong việc lựa chọn giao thức lớp 2: ATM, GEM hoặc Ethernet.
 IEEE 803.3ah
o EPON (Ethernet PON hay GEPON – gigabit Ethernet PON): là một
chuẩn của IEEE/EFM cho việc sử dụng giao thức Ethernet để truyền dữ liệu
So sánh các tiêu chuẩn được chỉ ra trong bảng sau:
-19-


Đặc tính


BPON
(APON)

Cơng nghệ
GE-PON (EPON)

GPON

Tốc độ
đường 155/622 Mbps
lên/đường xuống

1.0/1.0 Gbps

1.25/2.5 Gbps

Giao thức cơ bản

ATM

Ethernet

GEM

Độ phức tạp

Cao

Thấp


Cao

Chi phí

Cao

Thấp

Chưa rõ

Tổ chức tiêu chuẩn

ITU-T

IEEE

ITU-T

Tiêu chuẩn hồn thiện

Rồi, 1995

Rồi, 2004

Rồi

Triển khai quy mơ lớn

100,000

bao

Khu vực
chính

triển

th 1,000,000
bao

khai Bắc Mỹ

Châu Á

thuê Mới
nghiệm

thử

Mới
nghiệm

thử

Bảng 1: So sánh các tiêu chuẩn PON
1.1.4. Các hệ thống PON đang được triển khai
1.1.4.1. APON/BPON
Từ năm 1995, bảy nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm
FEAN (Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho
mạng truy nhập băng rộng. Hiện nay các thành viên của FSAN đã tăng lên đến

trên 40, trong đó có nhiều hãng sản xuất và cung cấp thiết bị viễn thông lớn trên
thế giới.
Các thánh viên FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON
sử dụng cơng 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 các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính
thức. Từ đó, các tiêu chuẩn ITU G.983.x cho mạng BPON lần lượt được thông
qua.
Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và
622 Mbps hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps. Các hệ thống BPON đã
được sử dụng nhiều ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần
Châu Âu.
1.1.4.2. GPON
Do đặc tính cấu trúc của BPON khó có thể nâng cấp lên tốc độ cao hơn
622 Mbps và mạng PON trên cở sở nền ATM không tối ưu đối với lưu lượng IP,
nhóm FSAN phát triển một hệ thống mạng PON mới từ năm 2001 với tốc độ
1Gbps hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP. Dựa trên các khuyến nghị của FSAN, từ
-20-


năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng PON
Gigabit (GPON) bao gồm G.984.1,G.984.2 và G.984.3.
Chuẩn GPON hiện nay được định nghĩa dựa trên các giao thức cơ bản của
chuẩn SONET/SDH ITU. Các giao thức của nó khá đơn giản và địi hỏi rất ít thủ
tục. Chính vì thế mà hiệu suất băng thơng của GPON đạt tới hơn 90%.
Các ưu điểm của GPON : Cung cấp dịch vụ bộ ba: hỗ trợ các dịch vụ âm
thanh, dữ liệu và video truyền theo định dạng gốc của nó. Rất nhiều các dịch vụ
Ethernet như QoS, VLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) và

RSTP (Rapid SpanningTree Protocol) cũng được hỗ trợ. Hiệu suất và tốc độ
đường truyền cao nhất: GPON hỗ trợ tốc độ bít cao nhất từ trước tới nay với tốc
độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng 2,488/1,244 Gbit/s. GPON cung cấp độ
rộng băng lớn chưa từng có từ trước tới nay và là cơng nghệ tối ưu cho các ứng
dụng của FTTH và FTTB.
Hiện nay cũng như trong tương lai GPON là công nghệ phù hợp cho việc
truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ truyền tiếng nói và video qua PON bằng
việc sử dụng giao thức SONET/SDH
1.1.4.3. EPON
Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet in the First
Mile (EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy
nhập vùng, hướng tới các mạng các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh
nghiệp với yêu cầu vẫn giữ các tính chất của Ethernet truyền thống. Ethernet
PON được bắt đầu nghiên cứu trong thời gian gian này.
Ethernet PON (EPON) là mạng trên cở 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 độ 1Gbps.
1.1.4.4. WDM-PON
Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước
sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON)
là thế hệ kế tiếp của mạng truy nhập quang và cho băng thông lớn nhất.
TDMPON (bao gồm BPON, GPON và GEPON) sử dụng các bộ chia công suất
quang thụ động, hướng xuống là quảng bá và ONU nhận dữ liệu của mình thơng
qua nhãn địa chỉ nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh trong miền thời gian.
WDMPON sử dụng các bộ ghép sóng WDM thụ động, hướng xuống mỗi ONU
nhận dữ liệu trên một bước sóng, hướng lên các bước sóng khác nhau được ghép
thơng qua bộ ghép sóng WDM tới ONU. Do sử dụng một bước sóng cho mỗi
ONU nên WDMPON có tính bảo mật và tính mềm dẻo tốt hơn. Cơng nghệ
WDMPON sẽ là sự lựa chọn của tương lai và là bước phát triển kế tiếp cho các
công nghệ mạng truy nhập quang PON.

1.2. Nhận xét
Vào giữa những năm 90 của thế kỷ này, công nghệ APON (ATM - PON)
đã được áp dụng để truyền tải dữ liệu và tiếng nói. Chậm hơn một chút là BPON,
nó sử dụng cấu trúc chuyển đổi ATM ở các đường biên mạng. Tuy nhiên hiện
-21-


nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ dịch vụ
ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu khác
như GPON hay EPON.
Các nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào GPON và EPON/GEPON vì
đây là các cơng nghệ mới 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 2.448 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 thơng 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 khoảng
600Mbps đến 900Mbps, trong khi đó GPON với việc tận dụng băng thơng tối đa
nó có thể cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến
2300 Mbps.
Trong một nghiên cứu điển hình, hệ thống mạng GPON của Flexlight có
thể đạt tới hiệu suất mạng 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ rộng băng tần
được sử dụng cho việc quy định các thủ tục của 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 lại tốn khá nhiều băng
thông cho việc quy định các thủ tục truyền thơng. Chính vì thế mà hiệu suất băng
thông giảm đi đáng kể. Cụ thể là APON và BPON cịn 70% và EPON cịn 50%.
đã được chuẩn hố theo ITU – T G.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 cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là
cho các doanh nghiệp. Với những đặc tính hỗ trợ cao nhất và độ rộng băng tiêu
dùng được nâng từ 10 MHz lên 100 MHz cho truyền dữ liệu Internet, đáp ứng
được các yêu cầu cho nhiều dòng IPTV (Internet Protocol Television), và có thể
hỗ trợ truyền thơng cả SDTV (Standard Definition Television) và HDTV (High
Definition TeleVision), GPON đã thực sự được đánh giá là kinh tế hơn EPON.
Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN: lớp A
và lớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn. Lớp C
cho phép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người
dùng cuối, đạt tới 64 thậm chí 128 ONU/ONT.
Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn
đối xứng 1,25/1,25 Gbps. ITU- T G.984.2 GPON GPM linh hoạt và biến đổi
được hơn nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng
lên cho phép 155 Mbps, 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 Fiber-To-The-Home và
Fiber-To-The Building/Curb với ñặc 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 khơng có nhu cầu đến 1,25 Gbps trong hướng lên. Trong khi GPON
cho phép các nhà cung cấp dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầu
thực tế, EPON không thực hiện được điều này. Mặc dù đây không là một vấn đề
-22-


lớn về chi phí đối với kết nối tốc độ cao, tuy nhiên để hỗ trợ 1.25 Gbps hướng
lên, đòi hỏi phải cung cấp laser DFP ở đầu cuối và điôt thác quang APD đắt tại
trung tâm mạng quang CO.
Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với
EPON trong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng
cần thiết hỗ trợ cho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật. Đây là
những điều kiện cần thiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn.

1.3. Kết luận
PON là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch vụ băng
rộng (thoại, dữ liệu, video) giữa các khối kết cuối đường dây ở xa (ONUs) và kết
cuối mạng (OLT). Khơng như mạng quang tích cực AON, chẳng hạn như mạng
SONET/SDH, cần các bộ chuyển đổi quang điện tại mỗi nút, mạng quang thụ
động PON sử dụng các bộ ghép và chia quang thụ động để phân bổ lưu lượng
quang. Một mạng PON có thể tập trung lưu lượng từ 64 ONU đến một OLT được
đặt tổng đài nội hạt (CO) theo kiến trúc hình cây, bus, hoặc vòng ring chống lỗi.
Giống như mạng SONET/SDH, PON là công nghệ truyền tải của lớp một.
Từ trước đến nay, hầu hết các vịng ring quang trong mạng viễn thơng đều sử
dụng các thiết bị truyền dẫn SONET/SDH. Các vòng ring này đều sử dụng các bộ
phát lại tại mỗi nút, với khoảng cách giữa các nút đã được tối ưu hố cho mạng
đường trục hay mạng đơ thị, tuy nhiên, đây không phải là sự lựa chọn tốt nhất
cho mạng truy nhập nội hạt. Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng
thơng, nó cịn có ưu điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi
quang trong mạng đã có từ trước. 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.
Khơng giống như trong mạng tích cực SONET/SDH, PON có thể hoạt
động vớ chế độ khơng đối xứng. Chẳng hạn, một mạng PON có thể truyền dẫn
theo luồng OC-12 (622 Mbits/s) ở đường xuống và truy nhập theo luồng OC-3
(155 Mbits/s) ở đường lên. Một mạng không đối xứng như vậy sẽ giúp cho chi
phí của các ONU giảm đi rất nhiều, do chỉ phải sử dụng các bộ thu phát giá thành
thấp hơn. Còn đối với mạng SONET/SDH là đối xứng, do đó trong vịng ring
OC-12, tất cả các card nối với các ADM đều phải có giao diện OC-12.
Ngồi ra, ở một góc độ nào đó PON cịn có khả năng chống lỗi cao hơn
SONET/SDH. Do các nút của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao
năng lượng trên các nút này không gây ảnh hưởng gì đến các nút khác. Điều này
là khơng thể đối với mạng SONET/SDH, do quá trình phát lại ở mỗi nút mạng.

Khả năng một nút mất năng lượng mà không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối
với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp không thể đảm bảo được năng lượng dự
phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa.
Với những lý do như trên, công nghệ PON được coi là một giải pháp đầy
hứa hẹn để giải quyết vấn đề tắc nghẽn băng thông trong mạng truy nhập, cho
phép triển khai các dịch vụ băng rộng và có tính tương tác. Trong thời gian ngắn
-23-


trước mắt, ứng dụng của cơng nghệ PON có thể là nhà cung cấp cho các công ty
điện thoại, mạng cáp TV, và cho các nhà cung cấp dịch vụ mạng vô tuyến. Với
việc đưa ra một giải pháp với giá thành hạ, băng tần cao, có khả năng chống lỗi,
công nghệ PON sẽ là giải pháp tốt nhất cho mạng thế hệ sau, cũng như cho mạng
truy nhập băng rộng.

-24-


CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON
2.1. Giới thiệu chung
GPON (Gigabit Passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn ITU-T
G.984. GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông,
nâng hiệu suất băng thông 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, nhưng kỹ
nghệ hội tụ trên 2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của
băng thơng luồng lên. Phương thức đóng gói GPON - GEM (GPON
Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả,
với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service)
cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. 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 hơn với chi phí thấp hơn
cũng như cho phép khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị.
Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT
(Optical Line Termination) và thiết bị kết cuối mạng ONU (Optical Network
Unit) hay ONT (Optical Network Termination) được nối với nhau qua mạng
phân phối quang ODN (Optical Distribution Network). Quan hệ giữa OLT và
ONU là quan hệ một-nhiều, một OLT sẽ kết nối với nhiều ONU. Bộ khuyến nghị
G.984 của ITU đưa ra tiêu chuẩn cho mạng PON tốc độ gigabit (GPON) là phiên
bản mới nhất đối với công nghệ mạng PON. Mạng GPON có dung lượng ở mức
gigabit cho phép cung cấp các ứng dụng video, truy nhập internet tốc độ cao,
multimedia, và các dịch vụ băng thông rộng. Cùng với dung lượng mạng gia
tăng, tiêu chuẩn mới này đưa ra khả năng xử lý IP và Ethernet hiệu quả hơn. Mục
đích tiêu chuẩn G.984.1 là cải thiện hệ thống PON theo tiêu chuẩn G.983.1 thông
qua các yêu cầu về cung cấp dịch vụ, các chính sách bảo mật, tốc độ bit danh
định... Để đảm bảo tính liên tục so với các hệ thống trước, tiêu chuẩn G.984.1 sẽ
duy trì một số yêu cầu trong tiêu chuẩn G.983.1.
2.2. Hệ thống GPON
G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trong
chuỗi khuyến nghị G.984 của ITU-T. G-PON được xây dựng trên trải nghiệm
của B-PON và E-PON.
PON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network. GPON là sự phát
triển của APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã được
chuẩn hóa thành ITU-T G.984. GPON khơng phụ thuộc vào ATM, GPON sử
dụng lớp con truyền dẫn hội tụ (GTC- GPON Transmission Convergence), khung
GTC có thể đóng gói các cell ATM. Khơng giống như APON/BPON, khung
GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thơng qua phương pháp đóng gói
GPON (GEM- GPON Encapsulation Method). Phần tải khung GTC chứa cả
ATM và GEM.
Mặc dù G-PON 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
-25-