CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON VÀ ỨNG DỤNG

Kiến trúc mạng viễn thông ngày càng phát triển cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống thông tin quang, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu với dung lượng lớn. Một số thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lượng băng thông cao, truyền dẫn với cự ly xa, đáng tin cậy. Những năm gần đây với sự phát triển của dịch vụ internet, đặc biệt với các dịch vụ giá trị gia tăng tích hợp thoại và hình ảnh, dữ liệu ngày càng gia tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao. Công nghệ truy nhập cáp đồng điển hình như xDSL đã được triển khai rộng rãi. Tuy nhiên, những hạn chế về cự ly và tốc độ đã không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Như vậy, mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn. Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn trong quá trình cung cấp băng thông cho các dịch vụ mà đòi hỏi băng thông lớn. Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà không có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bản thì nó bao gồm sợi quang và các thiết bị thụ động. Điều này làm tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng quang hiện nay.Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện nay là một trong những công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn tốc độ cao. Do vậy GPON sẽ là công nghệ truy nhập lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai.

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON)

1.1 Giới thiệu 9

1.1.1 Lịch sử ra đời cáp quang 9

1.1.2 Khái niệm và đặc tính của cáp quang 10

1.1.3 Công nghệ và thiết bị 11

1.2 Giới thiệu PON 14

1.3 Ưu điểm của mạng quang thụ động (PON) 15

1.4 Kiến trúc PON 16

1.5 Các hệ thống PON đang được triển khai 17

1.5.1 APON/BPON 17

1.5.2 GPON 17

1.5.3 EPON 18

1.5.4 WDM – PON 19

1.5.5 So sánh PON với công nghệ mạng quang chủ động AON 20

1.5.6 Nhận xét 22

1.6 Kết luận 23

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 2.1 Giới thiệu 26

2.2 Tình hình chuẩn hóa GPON 27

2.3 Kiến trúc GPON 29

2.3.1 Kết cuối quang OLT 31

2.3.2 Khối mạng quang ONU 32

2.3.3 Mạng phân phối quang ODN 33

2.4 Thông số kỹ thuật 35

2.5 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 36

2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 36

2.5.2 Phương thức ghép kênh 38

2.6 Phương thức đóng gói dữ liệu 38

2.7 Định cỡ và phân định băng tần động 39

2.8 Bảo mật và mã hóa sửa lỗi 40

2.9 Khả năng cung cấp băng thông 40

2.9.1 Hướng xuống 40

2.9.2 Hướng lên 41

2.9.3 Băng thông hữu ích 42

2.10 Khả năng cung cấp dịch vụ 42

2.11 Một số vấn đề cần quan tâm trong tính toán thiết kế mạng GPON 43

2.12 Kết luận 44

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ GPON TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG HÀ NỘI 3.1 Tình hình triển khai công nghệ GPON 45

3.1.1 Tình hình triển khai trên thế giới 45

3.1.3 Nhận xét về tình hình triển khai công nghệ GPON trên thế giới và tại Việt

Nam 49

3.2 Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng của viễn thông Hà Nội 49

3.2.1 Mạng MAN-E 49

3.2.2 Mạng MAN-E Hà Nội 52

3.2.3 Mạng cáp quang truy nhập Hà Nội 54

3.2.4 Đặc điểm của mạng MAN-E và mạng truy nhập quang Hà Nộ 55

3.2.5 Mục đích xây dựng GPON 55

3.2.6 Xây dựng cấu trúc mạng GPON viễn thông Hà Nội 57

3.2.7 Đề xuất dịch vụ triển khai trên mạng GPON viễn thông Hà Nội 64

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo sợi cáp quang 10

Hình 1.2 Sơ đồ mạng quang chủ động AON 12

Hình 1.3 Sơ đồ mạng quang thụ động PON 13

Hình 1.4 Mô hình triển khai mạng quang thụ động 15

Hình 1.5 Cấu trúc của WDM-PON 20

Hình 2.1 Mô hình mạng GPON 26

Hình 2.2 Kiến trúc mạng GPON 30

Hình 2.3 Các khối chức năng của OLT 31

Hình 2.4 Các khối chức năng của ONU 32

Hình 2.5 Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 33

Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 34

Hình 2.7 Kỹ thuật đa truy nhập TDMA trong GPON 37

Hình 3.1 Tình hình triển khai GPON trên thế giới 45

Hình 3.2 Phạm vi mạng đô thị 50

Hình 3.3 So sánh TDM với Ethernet 51

Hình 3.4 Cấu trúc chung mạng MAN-E của Cisco 52

Hình 3.5.Cấu trúc mạng MAN-E Viễn thông Hà Nội 53

Hình 3.6.Cấu trúc mạng FTTx-GPON của viễn thông Hà Nội 63

Hình 3.7 Mô hình kết nối IPTV 64

Hình 3.8 Mô hình kết nối truy nhập Internet tốc độ cao 65

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

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

bất đối xứngASE Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa

APON ATM-Passive Optical Network Mạng quang thụ động

công nghệ ATMATM Asynchronous Transfer Mode Mode truyền dẫn

không đồng bộBPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động

băng rộngBER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bít

B-ISDN Bandwith-Intergrated Service Mạng quang băng rộng Data Network đa dịch vụ băng rộng

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

mã

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra lỗi vòng dư

DBA Dynamic Bandwidth Allocation Phân bổ băng thông động DCE Data Communication Equipment Thiết bị đầu cuối thông tinDTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối thông tinEPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động trên

EThernetFCS Frame Check Sequence Kiểm tra lỗi khung

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi

FTTB Fiber To The Building Cáp quang thuê bao tới tòa

nhàFTTC Fiber To The Curb Cáp quang thuê bao tới chung cư

thuê bao

FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ

GEM GPON Encapsulation Mode Giao thức đóng gói GPONGPON Gigabit-capbale Passive Mạng PON tốc độ Gigabit

Optical NnetworkHEC Header Error Control Điều khiển lỗi

IEEE Institute of Electrical and Viện kỹ nghệ điện và điện tử

Electronics EngineersITU - T International Telecommunication Tổ chức hiệp hội viễn thông

Union – Telecommunication quốc tếStandardization

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng đa dịch vụ tích hợpMAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi

trườngMPCP Multi-Point Control Protocol Giao thức điều khiển đa

điểm

MPCPDU Multi-Point Control Protocol Khối điều khiển giao thức

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OAM Operation, Administration Quản lý vận hành bảo dưỡng

and MaintenanceODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang

OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đường quang

OMCI ONT Management Giao diện điều khiển và

and Control Interface quản lý ONTONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang

ONU Optical network unit Đơn vị mạng quang

OSI Open system interconnect Hệ thống mở

PDU Protocol data units Đơn vị giao thức dữ liệu

PON Passive optical networks Mạng quang thụ động

SNI Service Node Interface Giao diện nốt dịch vụ

UNI User Network Interface Giao diện mạng người dùng

LỜI MỞ ĐẦU Kiến trúc mạng viễn thông ngày càng phát triển cùng với sự phát triển mạnh mẽ của

hệ thống thông tin quang, cung cấp tốc độ rất cao để truyền dữ liệu với dung lượng lớn.Một số thuận lợi của hệ thống thông tin quang là: dung lượng băng thông cao, truyền dẫnvới cự ly xa, đáng tin cậy Những năm gần đây với sự phát triển của dịch vụ internet, đặcbiệt với các dịch vụ giá trị gia tăng tích hợp thoại và hình ảnh, dữ liệu ngày càng gia tăng

Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứngcác yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao Công nghệ truy nhập cáp đồngđiển hình như xDSL đã được triển khai rộng rãi Tuy nhiên, những hạn chế về cự ly vàtốc độ đã không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ Như vậy, mạng quang là một giải phápcần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn Trong đó, mạng quang thụ động PON(Passive Optical Network) là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập

để làm giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn trong quá trình cung cấp băng thông cho các dịch

vụ mà đòi hỏi băng thông lớn Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà không có cácthành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bản thì nó bao gồm sợiquang và các thiết bị thụ động Điều này làm tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, phân phối thiết

bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng quang hiện nay

Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện nay làmột trong những công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tạinhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cung cấp dịch vụ mạng đầy đủ,tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn tốc độ cao Do vậy GPON sẽ làcông nghệ truy nhập lựa chọn triển khai hiện tại và tương lai

Đề tài “Nghiên cứu mạng quang thụ động GPON” nhằm mục đích tìm hiểu nhữngđặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ GPON, ứng dụng và triển khai công nghệ GPONtrên mạng viễn thông Hà Nội Đề tài thực hiện gồm 03 chương

Chương 1: Có tiêu đề “Tổng quan về mạng quang thụ động (PON)” Giới thiệu vềmạng PON và các hệ thống PON đang được triển khai

Chương 2: Có tiêu đề “Công nghệ mạng quang thụ động GPON” trong đó các vấn

đề cấu tạo và chức năng các thành phần trong mạng GPON, kỹ thuật truy nhập, định cỡ

và phân định băng tần động là các vấn đề trọng tâm

Chương 3: Có tiêu đề “ Ứng dụng và triển khai công nghệ GPON trên mạng viễnthông Hà Nội ” Trình bày về tình hình triển khai GPON trên Thế giới và Việt Nam, hiệntrạng mạng truy nhập băng rộng của viễn thông Hà Nội và hướng nghiên cứu tiếp theocủa đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS ĐỗXuân Thu đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đề tài này Mặc dù đã cố gắng nhiều,nhưng do thời gian và kiến thức có hạn nên đề tài của chúng em còn nhiều thiếu sót, hạnchế và nhiều khuyết điểm Vì vậy chúng em rất mong được sự góp ý quý thầy cô trong bộmôn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON)

1.1. Giới thiệu

1.1.1 Lịch sử ra đời cáp quang

Năm 1966, Charles Kuen Kao và George Hockman, hai kĩ sư trẻ tại Phòng thínghiệm chuẩn viễn thông (Anh), đã công bố khám phá mới đầy hứa hẹn về khả năng củasợi quang – những sợi thủy tinh hoặc nhựa trong suốt, linh hoạt và mổng hơn một sợi tóc

Khi đó, việc sử dụng sợi quang để truyền thông tin là rất hạn chế Một thông điệpđược chuyển thành cung ánh sáng, di chuyển dọc theo sợi quang tới điểm đầu bên kia.Tuy nhiên, chúng chỉ có thể đi được một khoảng cách ngắn trước khi ánh sáng bắt đầubiến mất

Đây là hiện tượng giảm cường độ theo từng dB/km (dB – viết tắt của decibel – làđơn vị đo cường độ âm thanh) Charles Kao đã quan sát những sợi quang có khả năngchứa một gigahezt (GHz) thông tin – tương đương với 200 kênh TV hay 200000 đườngđiện thoại Ông nhận thấy ánh sáng đã thoát ra với tốc độ 1000 dB/km, nghĩa là tín hiệuchỉ còn chưa đến một nửa dù mới di chuyển vài mét

Sau nhiều ngày nghiên cứu, tiến sĩ Kao phát hiện ra rằng tình trạng trê không phải

do bản chất vốn có của sợi thủy tinh mà bởi một và khiếm khuyết bên trong vật liệu Nếuloại bỏ những vấn đề đó, tỷ lệ thất thoát ánh sáng giảm xuống mức chấp nhận được là20dB/km

Kết luận của Kao nghe có vẻ hoang đường nên ông phải chịu sức ép rất lớn từ giađình cũng như dư luận nhưng đến năm 1971, Nữ hoàng Anh chứng kiến hình ảnh videođược truyền qua cap quang

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

Cuối những năm 70, các công ty viễn thông quyết định triển khai và sử dụng côngnghệ này Mạng cáp quang bắt đầu phổ biến ở các thành phố cũng như dưới lòng đạidương và làm nên cách mạng ở những năm 90.

Internet đã khiến công nghệ cáp quang thực sự bùng nổ “Cáp quang là cơ sở củaInternet và Wifi Hiện nay, mọi doanh nghiệp với mạng LAN đều sử dụng nó Mọi ngườicũng nhớ đến cáp quang mỗi khi gửi email, tin nhắn SMS, ảnh, video và các file dữ liệukhác”, Philip Hargrave, chuyên gia tại hãng cung cấp giải pháp truyền thông Nortel, nhậnxét

Cáp quang cũng đang đóng vai trò quan trọng tại nhiều lĩnh vực như truyền hìnhmạng IPTV và trong tương lai nó sẽ là trụ cột của mạng giải trí gia đình

1.1.2 Khái niệm và đặc tính của cáp quang

Hình 1.1 Cấu tạo sợi cáp quang

Ngày nay, mạng cáp quang đã trở nên vô cùng phổ biến với mọi người, nhưng rất

ít người hiểu được bản chất thật sự của chúng Theo khái niệm dễ hiểu nhất, cáp quang làmột mô hình kết nối, liên kết bởi các sợi thủy tinh, sở hữu tốc độ đường truyền với tốc độánh sáng, đặc biệt có khả năng truyền dữ liệu đạt tới con số đáng kinh ngạc là 10Gb/s

Mạng internet luôn đảm bảo tính ổn định trong tốc độ truyền dữ liệu, rất ít bị tácđộng và ảnh hưởng bởi những yếu tố bên ngoài như thời tiết, chnsh vì vậy rất nhiềungười đã lựa chọn sử dụng mạng cáp quang để đảm bảo cho nhu cầu sử dụng cho côngviệc, học tập cũng như giải trí một cách tốt nhất

Cáp quang được hình thành bởi sự kết nối các sợi dây bằng thủy tinh rất mỏng, chỉbằng sợi tóc của cong người, chúng thực hiện chức năng mang thông tin kĩ thuật số dichuyển với tốc độ nhanh chóng trên một khoảng cách dài

So với dây cáp đồng trước đây, thì sợi cáp quang mang trong mình khả năngtruyền tải dữ liệu và bảo mật an toàn tuyệt đối

Với thiết kế sợi cáp quang mỏng sẽ hỗ trợ việc truyền dữ liệu với tốc độ cao ngay

cả khi nhiều kênh cùng truyền qua

So với cáp đồng cũ, Internet cáp quang rất hiếm bị suy giảm tốc độ khi gặp thờitiết xấu

Đặc điểm nổi trội của mạng truy nhập quang là: Băng thông lớn; Dễ nâng cấp;Chất lượng tín hiệu ổn định, không bị suy hao; Không bị nhiễu bởi môi trường truyền ;Tính bảo mật cao; Hỗ trợ đa dịch vụ như data, thoại, hình ảnh Truy nhập quang đáp ứngnhu cầu nâng cao hiệu quả các ứng dụng công nghệ thông tin trong hoạt động sản xuất,kinh doanh của khách hàng doanh nghiệp và cả người dùng hộ gia đình

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

Hình 1.2 Sơ đồ mạng quang chủ động AONAON dựa vào những kĩ thuật Ethernet tiêu chuẩn, sử dụng cáp quang chuyên dụng

để cung cấp dịch vụ có băng thông cực đại và đồng bộ với độ linh hoạt tối đa ActiveEthernet sử dụng thiết bị tiêu chuẩn IEEE Các thiết bị điện tử thông minh được đặt ởmạng bên thuê bao làm đơn giản quá trình khắc phục sự cố mạng Nó có khả năng hoạt

động ở khoảng cách trên 80 km Dễ tính toán được giá thành lắp đặt thuê bao mới và hỗtrợ tốc độ truyền lên đến 1Gbps cho mỗi khách hàng.

Công nghệ PON đuợc biết tới đầu tiên là TPON (Telephony PONs) đuợc triển khaivào những năm 90s Tiếp đó năm 1998, mạng BPON (Broadband PON) được chuẩn hóadựa trên nền ATM Năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệEthernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON) Công nghệ PON mở ra cơ hội mới chocác nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới nguời

sử dụng đầu cuối Thành viên mới nhất trong “gia đình” PON là WPON (WavelengthDivision PON)

Trong mạng PON, tất cả các thành phần hoạt động giữa tổng đài (Central Office CO) là các thiết bị quang thụ động, điều hướng các luồng tín hiệu trên mạng dựa trên việcphân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đườngtruyền Một hệ thống mạng PON bao gồm các thiết bị kết cuối kênh quang (OLT –Optical line terminators) đặt tại CO và bộ các thiết bị kết cuối mạng quang (ONT –Optical network terminals) được đặt tại người sử dụng Giữa chúng là hệ thống mạngquang (ODN – Optical distribution network) bao gồm cáp quang, các thiết bị ghép - táchthụ động

-Thiết bị OLT của mạng PON cung cấp nhiều kênh quang, mỗi kênh quang đuợctruyền trên một tuyến cáp quang trên đó có bộ lọc (splitter) thu và nhận các tín hiệuquang đuợc nhận và phát bởi OLT Các đôi dây quang truyền từ OLT sẽ kết nối tới mỗiONT Điều này cho phép các phần cáp quang đắt tiền nối từ tổng đài đi ra có thể đượcnhiều người sử dụng cùng chia sẻ, từ đó giảm một cách đáng kể chi phí triển khai các ứngdụng hệ thống cáp quang FTTB (fiber to the business) và FTTH (fiber to the home) VớiPON, một sợi cáp quang đơn từ tổng đài nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ cho 32 tòanhà hoặc nhiều hơn nữa

Hình 1.3 Sơ đồ mạng quang thụ động PONĐối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet, thay vì triển khai những mạng bất đốixứng trước đây thì họ cũng phải triển khai những mô hình mạng đối xứng và những cơ sở

hạ tầng mới để có thể hỗ trợ nhu cầu đa dạng của khách hàng Thực tế này khiến nhàcung cấp dịch vụ phải triển khai đồng thời cả công nghệ PON để đáp ứng cho khu vựcdân cư và AON để đảm bảo dịch vụ cho những khách hàng đòi hỏi đường truyền chấtlượng cao, đối xứng và an toàn

1.2. Giới thiệu PON

PON được viết tắt của Passiver Optical Network hay còn gọi là mang quang thụđộng Mạng quang truy cập.Công nghệ PON được biết tới đầu tiên là TPON (telephogyPON), được phát triển vào đầu những năm 90, tới năm 1998, Mạng BPON (BroadbandPON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của

2 dòng công nghệ EPON (Ethernet PON) và GPON (Gigabit PON), có thể nói hai côngnghệ này là cơ hội mới, mở ra cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đểtruy cập băng thông rộng tới người sử dụng đầu cuối Sự ra đời mới nhất của PON đóchính là WDMPON (Wevelength Divisson Mutiplexer PON) Trong công nghệ PON, tất

cả các thành phần chủ động giữa tổng đài CO (central Office) và người sử dụng sẽ không

còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động để điều hướng các lưu lượngtrên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền.

Vì thế người ta gọi là công nghệ quang thụ công PON

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mang quang truy cập PON là mộtdạng của truy cập Quang Mạng truy cập hỗ trợ kết nối tới các khách hàng, nó được đặtgần đầu cuối với khách hàng và triển khai số lượng lớn

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

1.3. Ưu điểm của mạng quang thụ động (PON)

Mạng quang thụ động được trình bày như hình 1.4 Sử dụng phần tử chia quangthụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền sang Oftical LineTerminal (OLT) và thiết bị kết nối mạng quang Optical Network Unit (OUN)

Hình 1.4 Mô hình triển khai mạng quang thụ động

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi

là mạng quang ngoại vi), bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép quangthụ động, các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tích cực như OLT và các ONUđều nằm ở đầu cuối của mạng PON Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đitheo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên một sợi quang thông qua bộghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hay xuống của mạng quang thụđộng PON

Từ đó ta thấy được các những Ưu điển mà mang quang thụ động PON đem lại chocông nghệ bây giờ

Mạng quang thụ động (PON) được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị thu,phát và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH

Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ quangtruy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ

và người sử dụng hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng nhàthuê bao sử dụng bộ chia có thể lên tới 1:128

PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu vàhình ảnh với tốc độ cao và khả năng cung cấp băng thông rộng

Trong hệ thống PON, băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này sẽlàm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng Cũng như khả năng tận dụng công nghệWDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băng thông động để giảmthiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và bộ chia

PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợiquang PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, sao, bus và ring

1.4. Kiến trúc PON

Các phần tử thụ động của PON đề nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi làmạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang , các bộ tách/ghép quang thụ động,các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tích cực như OLT và các ONU đều nằm ởđầu cuối của PON, tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợquang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợ quang thông qua bộ ghép quang, phụthuộc vào tín hiệu truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trênmột sợ quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lênhay hướng xuống của PON PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, vớicấu hình cây là phổ biến, PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng ring chocác khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các khu trường sở… Môhình mạng quang thụ động với các phần tử của nó được biểu diễn như hình 1-1

Về mặt Logic, PON được sử dụng như mạng truy cập kết nối điển – đa điểm theochiều một CO phục vụ cho nhiều thuê bao và kết nối điểm – điểm theo chiều ngược lại

Có một số cấu hình kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho mạng truy cập như cấu hình cây,cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus…

Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khaitheo bất cứ cấu hình nào Ngoài ra, PON còn có thể thu gọn lại thành tôp mạng : Vòngring kép, hay tôp mạng hình cây.Tất cả các tuyến truyền dẫn trong PON đề được thựchiện giữ OLT và ONU, OLT nằm ở CO và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị(MAN) hay mạng diện rộng (WAN), được là mạng đường trục ONU nằm 16 tại vị trí đầucuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC) Đây là cấu hình rất mềm dẻo, phùhợp với nhu cầu phá ttrieern của thuê bao, cũng như những đồi hỏi ngày càng tăng vềbăng thông

1.5. Các hệ thống PON đang được triển khai

1.5.1 APON/BPON

Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN( Full service Access Network ) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho mạng truy cậpbăng thông rộng Hiện nay các thành viên của FSAN đã tăng lên 40 trong đó có nhiềuhãng sản xuất và cung cấp thiết bị viễn thông lớn trên thế giới Các thành viên của FSAN

đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM và giao thứclớp 2 của nó Hệ thống này được gọi là APON (ATM PON) Cái tên APON sau đó đượcthay thế bằng BPON với ý diễn đạt PON băng rộng Hệ thống BPON có khả năng cungcấp nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuêriêng, v.v… Năm 1997 nhóm FSAN đưa ra các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T đểthông qua chính thức Từ đó, các tiêu chuẩn ITU.983.x cho mạng BPON lần lượt đượcthông qua Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155Mbps hướng lên 622Mbpshướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622Mbps Các hệ thống BPON đã được sử dụng ởnhiều nơi, tập chung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản, và một số nước Châu Âu

1.5.2 GPON

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

bộ chia, nếu kết nối này mất toàn bộ ONT không được cung cấp dịch vụ

1.5.3 EPON

Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet đường dài (EFM) vớimục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập vùng, hướng tới cácmạng đến thà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn giữ được các tính chất củaEthernet truyền thống Ethernet PON được bắt đầu nghiên cứu trong thời gian này.Ethernet PON (EPON) là mạng trên cơ sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong cáckhung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3 Sử dụng mã đường truyền 8b/10B vàhoạt động với tốc đọ 1Gbps EPON có thể sử dụng để chuyển các luồng dữ liệu đượcđóng thành các khung Ethernet, theo chiều hướng lên (từ ONU đến CO), ONU cần phảikhai thác cơ chế điều khuển truy cập nhằm tránh các xung đột dữ liệu và 17 chia sẽ dunglượng kênh dùng Giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) sử dụng cơ chế hỗ trợ, thiết lậpcác thuật toán phân bổ tăng băng tần khác nhau trong EPON, giao thức này dựa vào haibản tin Ethernet: Gate và Report Bản tin Gate được gởi từ OLT đến ONU để ấn định mộtkhe thời gian truyền, bản tin Report được ONU sử dụng để truyền đạt các thông tin vềtrạng thái hiện tại của nó (như mức chiến dữ của bộ đệm) đến OLT, giúp có thể phân bổkhe thời gian một cách hợp lý Cả hai bản tin Gate và Report đề là các khung điều khiểMAC (loại 88-08) và được xử lý bởi con điều khiển MAC Ngoài ra, giao thức DBA cũng

có thể được sử dụng trong EPON để thực hiện cơ chế điều khiểu phân bổ băng thông Dokhông có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấutrúc của EPON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON vàGPON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục, bộ tiêng và tăng them 1 sau mỗi 16ns.Mỗi một MPCPDU mang lại theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục

bộ của ONU tương ứng Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s Một chuẩnkhác cũng cùng họ với EPON là chuẩn Gbit/s EthernetPON(IEEE 802.3av – Gbit/sPON).Chuẩn này là phát triển của EPON tại tốc đọ 10Gbit/s và được ứng dụng chủ yếu trongcác mạng quảng bá video số

1.5.4 WDM – PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh chia theobước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA OLT sử dụng một bước

sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm điểm Mỗi một ONU có một bộlọc để đưa ra lựa chọn bước song tương thích với nó OLT cũng có một bộ lọc cho chỗONU Nhiều phương thức khác đã được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU như là :

Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước song ONU, dùngcác laser điều chỉnh được và cắt phổ tín hiệu

Các phương thức thụ động mà theo đó OLT cung cấp tín hiệu song mang tới cácONU Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước song đầu ra của Laser ONU

Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như hình… trong đó WDM-PON có thểđược sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như FTTx, các ứng dụng cho đường dâythuê bao số tốc độ rất vao VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa Các bộ thuWDM-PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống đẫn song Một bộ lọc quang ống dẫnsong có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời

Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiểu được hoặc là một mảng bộ thu ởOLT để nhận các kênh khác nhau Thâm chí nhiều vấn đề khó khan cho các nhà khai thácmạng là kiểm kê từng bước song của ONU , thay vì chỉ có một lại ONU, thì có nhiều loạiONU dựa trên các bước song Laser của nó Mỗi ONU sẽ sử dụng một Laser hẹ và độrộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền mặt khác , nếu một bước sóng bị sai lệch

sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác tỏng mạng PON Việc sử sụng Laser điều khiểu được

có thể khắc phụ được vấn đề này nhwung quá đắt cho công nghệ hiện nay Với nhữngkhó khan như vậy thì WDM-PON không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu theocác cấu trúc khác nhau(DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet) tùy theo yêu cầu vềbăng thông của khách hàng Tuy nhiên nhược điểm chính của WDM-PON là chi phí kháclớn cho các linh kiện để sản xuất bộ lọc ở những bước sóng khác nhau WDM-PON cũngđược triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông truyền đi

Hình 1.5 Cấu trúc của WDM-PON

CO : Center office : Văn phòng trung tâm

FTTH : Fiber to the home : Cáp quang thuê bao

FTTB : Fiber to the building : Cáp quang tới toàn nhà

FTTC : Fiber to the curt : Cáp quang tới khu dân cư

VDSL switch : Thiết bị định tuyến đường dây thuê bao số tốc độ rất cao

Wireless Accrss point : Điểm truy cập Wireles

1.5.5. So sánh PON với công nghệ mạng quang chủ động AON

Mạng quang chủ động (AON): Để phân phối tín hiệu, mạng quang chủ động sử

dụng các thiết bị sử dụng điện để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặcmultiplexer Dữ liệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đếnkhách hàng đó Dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh xung đột khi truyền trên đường vật lýchung bằng việc sử dụng các bộ đệm của các thiết bị chủ động

Băng thông trên mỗi thuê

bao

100Mbps – 1Gbps 2,5Gbps/1,25Gbps nếu

không dùng splitter, triển

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

Tăng băng thông tạm thời

cho thuê bao (cần sao lưu

dự phòng máy chủ, chẳng

hạn)

Số thuê bao bị ảnh hưởng

Độ tin cậy của đường cáp

đến thuê bao Cao do tùy mô hình khách hàng có thể được kết nối

theo dual-homing (có 2 đường truyền khác nhau), vòng tròn (ring) hay 2 kết nối

Thấp, không có phương án

2 kết nối trên một PON

Chi phí triển khai Cao do mỗi thuê bao là một

sợi quang riêng

Thấp vì sợi quang từ OLT

sẽ được chia sẻ cho nhiều thuê bao qua bộ chia thụ động (passive splitter)Chi phí vận hành Cao các thiết bị như Access

Node cần cấp nguồn và kích thước cũng lớn, yêu cầu không gian Không gian cho cáp cũng cần nhiều

Chi phí nâng cấp Thấp, do đặc tính điểm đến

điểm nên việc nâng cấp băng thông đơn giản, chẳnghạn chỉ cần thay thiết bị đầu cuối (CPE)

Cao do một toàn bộ thuê bao trong một dây PON (từOLT qua splitter đến người dùng) phải được nâng cấp.Bảng 1.1 So sánh công nghệ PON và AON

1.5.6 Nhận xét

Vào giữa những năm 90 của thế kỷ này, công nghệ APON (ATM – PON) đã được

áp dụng dể truyền tải dữ liệu và tiếng nói Chậm hơn một chút là BPON, nó sử dụng cấutrúc chuyển đổi ATM ở mạng ngoại vi Tuy nhiên hiện nay mạng APON/BPON không

được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ ở dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều

só với công nghệ hiện hữu khác như GPON hay EPON Các nghiên cứu hiện nay đangtập chung vào GPON và EPON/GEPON vì đây là các công nghệ hứa hẹn sẽ được triểnkhai rộng rãi trong mạng truy nhập băng rộng do các đặc điểm vượt trội của chúng so vớicác công nghệ khác Trong khi GEPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thìGPON lại cho phép đạt tới tốc độ 1,448 Gbit/s/ Và thậm chí, khi càng ngày các nhà cungcấp dịch vụ càng cố tiết kiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông thì có vẻ nhưGEPON đang dần trở thành một sự lựa chọn không được đánh giá cao Với hiệu suất từ50-70%, băng thông của GEPON bị giới hạn trong khaorng 600Mbps đến 900 Mbps,trong khi đó GPON với việc tân dụng băng thông tối đa nó có thể cho phép các nhà cungcấp dịch vụ với băng thông lên tới 2300 Mbps Trong một nghiên cứu điển hình, hệ thốngmạng GPON của Flexlight có thể đạt tới hiệu suất 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độrộng băng tần được sử dụng cho việc quy định các thủ tục giao thức truyền thông Hiệusuất lớn, độ rộng băng tần lớn GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhàcung cấp dịch vụ Trong khi đó APON, BPON, hay EPON là tốn khá nhiều băng thôngcho việc quy định các thủ tục truyền thông Chính vì thế mà hiệu suất băng thông giảm điđáng kể, cụ thể APON và BPON còn 70% và EPON còn 50% Đã được chuẩn hóa theoITU-TG.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với các định dạng gốc như IP vàTDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sử dụngtất cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho các doanh nghiệp Mặt khác trong khi tiêuchuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN : lớp A và lớp B thì ITU-TG.984.2, còn GPONGPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn.cự ly mở rộng tới 20km, cung cấp người cho sốlượng người dùng cuối đạt tới 64, thâm chí là 128 ONU/ONT.EPON chỉ hỗ trợ duy nhấtmột tốc độ đối xứng 1,25/1,25 Gbps ITU-TG.984.2 GPON GPM thì linh hoạt và biến đổiđược nhiều hơn., cho phép hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép 155Mbps,

622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường truy nhập baogồm các ứng dụng FTTH và FTTB với đặt trưng là tốc độ truy nhập không đối xứng giữahướng lên và hướng xuống Thậm chí với sự phát triển của các ứng dụng dữ liệu thìcũng không có nhu cầu đến 1,25Gbps 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, còn EPONthì không làm được.

1.6. 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) Không như mạng quang tích cực AON, chẳng hạn như mạng SONET/SDH, cầncác bộ chuyển đổi quang điện tại mỗi nút, mạng quang thụ động PON sử dụng các bộtách/ghép quang thụ động để phân bổ lưu lượng quang Một mạng PON có thể tập trunglưu lượng từ 64 ONU đến một OLT được đặt tổng đài trung tâm (CO) theo kiến trúc hìnhcây, bus, hoặc vòng ring chống lỗi

Giống như mạng SONET/SDH, PON là công nghệ truyền tải của lớp một Từtrước đến nay, hầu hết các vòng ring quang trong mạng viễn thông 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 hoá cho mạng đường trục hay mạng đô thị.Tuy nhiên, đây không phải là sự lựa chọn tốt nhất cho mạng truy nhập nội hạt MạngPON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ưu điểm là chi phí lắp đặtthấp 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 đóviệc thiết lập thêm các nút trong mạng tích cực khá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗinút mạng, và trong mỗi nút mạng đều cần có các bộ phát lại

Không giống như trong mạng tích cực SONET/SDH, PON có thể hoạt động vớichế độ không 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 vòng ring OC-12, tất cả các card nối với các ADM đều phải cógiao diện OC-12

Ngoài ra, ở một góc độ nào đó PON còn có khả năng chống lỗi cao hơnSONET/SDH Do các nút của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao nănglượng trên các nút này không gây ảnh hưởng gì đến các nút khác Điều này là không thểđối với mạng SONET/SDH, do quá trình phát lại ở mỗi nút mạng Khả năng một nút mấtnăng lượng mà không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do cácnhà 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 cácdịch vụ băng rộng và có tính tương tác Trong thời gian ngắn trước mắt, ứng dụng củacông nghệ PON có thể là nhà cung cấp cho các công ty điện thoại, mạng cáp TV, và chocác 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 mạngthế hệ sau, cũng như cho mạng truy nhập băng rộng

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON

2.1 Giới thiệu

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, năng hiệu suấtbăng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lí Thêm nữa,chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bit, nhưng kĩ nghệ hội tụ trên 2,488 Mbit/s củabăng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên Phương thức đónggói GPON – GEM ( GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng ngườidùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS ( Quality ofService) cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video GPON hỗ trợtốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật, và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuynhiên trên thực tế ATM chưa từng được sử dụng) Điều đó cho phép GPON phân phốithêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khảnăng tương thích lướn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị

Hình 2.1 Mô hình mạng GPON

2.2 Tình hình chuẩn hóa GPON

Tiếp tục trên khả năng của kiến trúc sợi quang tới hộ gia đình FTTH (Fiber to theHome) đã được thực hiện trong nhưng năm 1990 bởi nhóm công tác mạng truy nhập dịch

vụ đầy đủ FSAN (Full Service Access Network), được hình thành bở các nhà cung cấpdịch vụ và hệ thống lớn Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (InternationalTelecommunications Union) làm các công việc tiếp theo tính từ lúc chuẩn hóa trên hai thế

hệ của tiêu chuẩn mạng quang thụ động APON/BPON và GPON Chuẩn cũ hơn ITU-TG.983 trên nền chế độ truyền tải không đồng bộ ATM (Asynchronous transfer mode) và

vì vậy được xem như APON (ATM PON) Sự phát triển cao hơn của chuẩn APON gốccũng như với sự dẫn mất ưa chuộng cuae ATM như một giao thức chung dẫn đến phiênbản đầy đủ, cuối cùng của ITU-T G.983 được xem như chuẩn PON băng rộng hay BPON(Broadband PON) Một mạng APON/BPON điển hình cung cấp tốc độ 622 Mbit/s luồngxuống và 155 Mbit/s luồng lên, mặc dù chuẩn cho phép tốc độ cao hơn

GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, mở rộng từchuẩn BPON G.983

Chuẩn Năm Nhiệm vụ

ITU-T G.984 “G-PON:

Genaral

characteristics”

3/2003 Cung cấp các giao diện mạng người dùng

(UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một sốdịch vụ Chuẩn này kế thừa hệ thống G.982(APON) và G.983.x (BPON) bằng việc xem xétlại các dịch vụ hỗ trợ, chính sách bảo mật, tốc

độ bit danh định

ITU-T G.984.2

“G-PON: PMD layer

specification”

3/2003 Chỉ ra các yêu cầu cho lớp vật lí và các chi tiết

kĩ thuật cho lớp PMD Nó bao gồm các hệthống có tốc độ hướng xuống 1244.160 Mbit/s,2488.320 Mbit/s và hướng lên 155.520 Mbit/s,622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320Mbit/s Mô tả cả hệ thống GPON đối xứng vàbất đối xứng

ITU-T G.984.2 Adm 1 2/2006 Thêm phụ lục cho ITU-T G.984.2, các xác

minh về khả năng chấp nhận giá thành sản xuấtcông nghiệp đối với hệ thống G-PON2.488/1.244 Gbit/s

ITU-T G.984.3

“G-PON: TC layer

spacification”

2/2004 Mô tả lớp hội tụ truyễn dẫn ( Transmission

convergence – TC) cho các mạng G-PON baogồm định dạng khung, phương thức điều khiểntruy nhập môi trường, phương thức ranging,chức năng OAM và bảo mật

ITU-T G.984.3 Adm1 7/2005 Cải tiến chỉ tiêu kĩ thuật lớp TC, sửa đổi hiệu

chỉnh về từ ngữ G.984.3

ITU-T G.984.3 Adm2 3/2006 Thêm thông tin phần phụ lục ITU-t G.984.3 cho

phần kĩ thuật và định dang tín hiệu hướngxuống

ITU-T G.984.3 Adm3 12/2006 Sáng tỏ và côn đọng nội dung ITU-T G.984.3ITU-T G.984.4 “G- 6/2004 Cung cấp chỉ tiêu kĩ thuật giao diện điều khiển

management and

control interface

specification”

ITU-T G.984.4 Adm1 6/2005 Sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4

ITU-T G.984.4 Adm2 3/2006 Sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4

ITU-T G.984.4 Adm3 3/2006 Làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả các

mức cảnh báo, giói hạn tốc độ các cổngEthernet, OMCI cho OMCI, vận chuyển lưulượng pseudowire

Bảng 2.1 Tình hình chuẩn hóa công nghệ GPON

ONU ( Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nốivới OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nốitới building hoặc tới các vỉa hè, cabin ( FTTB, FTTC, FTTCab).

Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): dùng để chia/ghép thụ động tín hiệuquang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợiquang vật lí Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểmtruy cập quang (AP) Bộ chia/ghép quang sẽ có 2 loại, một loại thiết bị được bọc kín cóthể mở ra được khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông

FDC- Fiber Distribution Caninet: Tủ phối quang

FDB- Fiber Distribution Box: Hộp phân phối quang loại nhỏ

2.3.1 Kết cuối quang OLT

OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa

Ở phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang ứng với các chuẩn G-PON nhưtốc độ bit, quỹ công suất, jiter,…

OLT bao gồm 3 phần chính:

 Chức năng giao diện cổng dịch vụ

 Chức năng kết nối chéo

 Giao diện mạng phân tán quang

Các khối OLT chính được mố tả trong hình sau:

Hình 2.3 Các khối chức năng của OLT

 Khối lõi PON ( PON core shell)Khối này gồm 2 phần, phần giao diện ODN và chức năng PON TC Chức năngcủa PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy cập phương tiện, OAM, DBA và quản líONU Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM và Dual

 Khối đấu nối chéo ( cross – connect shell )Cross-connect shell cung cấp đường truyền thông giữa PON core shell và Serviceshell Các công nghệ sử dụng cho đường truyền này phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúcbên trong của OLT và các yếu tố khác OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứngvới các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM hoặc Dual)

 Khối dịch vụ ( service shell )Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khungTC củaphần PON

2.3.2 Khối mạng quang ONU

Các khối chức nang của GPON ONU hầu hết đều giống như của OLT Vì ONUhoạt động chỉ vì giao diện PON đơn ( hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đích bảovệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chứcnăng dịch vụ MUX và DMUX được hỗ trợ để xử lí lưu lượng Cấu hình điển hình củamột ONU được mô tả trên hình 2.3.

Mỗi PON TC lựa chọn một chế độ ATM, GEM và Dual để hoạt động

Hình 2.4 Các khối chức năng của ONU

2.3.3 Mạng phân phối quang ODN

Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụngthiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao

 Bộ tách ghép quang

GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để di truyền đitrên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trênmột sợi Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang Dạng đơn giản nhất của nó là một

cứ đầu vào nào cũng bị chia thành hai phần ở đầu ra Tỉ lệ phân chia của bộ tách/ghép cóthể được điều khiển bởi độ dài của mối hàn và vì vậy đây được coi là tham số không đổi.

Các bộ tách/ghép NxN được chế tạo bằng cách ghép tầng nhiều bộ 2x2 với nhaunhư hình 2.4 hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng phẳng

a. Bộ ghép 4 ngăn 8x8 b Bộ ghép 3 ngăn 8x8

Hình 2.5 Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2Các bộ tách/ghép được đặc trưng bằng các tham số sau đây:

Suy hao chia – là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép,tính theo dB Với bộ 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình 2.4 biểu diễn hai mô hình của

bộ 8x8 dựa trên các bộ 2x2 Trong mô hình 4 tầng (hình 2.4a), chỉ có 1/16 công suất đầuvào được đưa tới từng đầu ra Hình 2.4b biểu diễn mô hình thiết kế hiệu quả hơn, mỗi đầu

ra sẽ nhận được 1/8 công suất đầu vào

Suy hao ghép – Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thôngthường khoảng 0.1dB đén 1dB

Điều hướng – Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị dò từ một đầu vào khác.Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướngkhoảng từ 40 đến 50dB

Thông thường, các bộ tách/ghép thường chỉ được chế tạo với một đầu vào hoặcmột đầu ra Bộ tách/ghép có một đầu vào ta gọi là bộ chia (tách), còn bộ có một đầu ra tagọi là bộ kết hợp (ghép) Tuy nhiên, cũng có những bộ 2x2 được chế tạo không đối xứng( với tỷ số chia khoảng 5/95 hoặc 10/90) Loại tách/ghép này chủ yếu được dùng để trích

ra một phần tín hiệu quang cho mục đích kiểm tra, được gọi là bộ ghép rẽ

 Mạng cáp quang thuê bao

Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợiquang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT

Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê baoMạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:Cáp quang gốc (Feeder Cable): xuất phát từ phía nhà cũng cấp dịch vụ ( hay còngọi chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point)

Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc Trên thực tếtriển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quangphối, ưu tiên dùng măng xông quang

Cáp quang phối (Distribution Optical Cable) : xuất phát tư điểm phối quang (DP)tới các điểm truy nhập mạng (AP- Access Point) hay từ các tủ quang phối tới các điểmtập quang