LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin cảm ơn tới khoa Đào tạo sau đại học – Trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và các thầy cô giảng dạy trực tiếp đã giúp đỡ,
truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức bổ ích cho công việc thực tế của bản thân cũng
như đúc kết kiến thức vào bản luận văn này.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Hữu Công
– Phó Giám đốc Đại học Thái Nguyên, người thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp tôi
hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các các anh, chị trong phòng Quản lý mạng và
Dịch vụ - Viễn thông Bắc Ninh đã giúp đỡ về chuyên môn và tạo điều kiện về thời
gian để tôi thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh/chị trong
nhóm FTTx Ban Viễn thông - Tập đoàn BCVT Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị và bạn bè thuộc lớp Cao học Kỹ thuật
Điện tử khóa 13 đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và trong quá trình
hoàn thiện luận văn.
Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành luận văn, nhưng với thời gian và khả năng
có hạn, nên luận văn không thể tránh khỏi còn những thiếu sót, hạn chế. Tôi rất
mong được sự góp ý chân thành của thầy, cô và các bạn để bổ sung hoàn thiện trong
quá trình nghiên cứu tiếp theo về vấn đề này.
Xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, tháng
năm 2012
Nguyễn Mạnh Thắng
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................1
MỤC LỤC................................................................................................................. 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ..............................................................9
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
Chương 1................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THU ĐỘNG
(PON)........................................................................................................................ 3
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG....................................................................................3
1.2. KIẾN TRÚC MẠNG PON.............................................................................3
1.3. CÁC CÔNG NGHỆ PON...............................................................................5
1.3.1. Công nghệ APON/BPON.........................................................................5
1.3.2. Công nghệ EPON/GEPON.......................................................................6
1.3.3. Công nghệ GPON.....................................................................................6
1.3.4. Công nghệ WDM PON...........................................................................7
1.3.5. Nhận xét...................................................................................................7
1.4. KẾT LUẬN....................................................................................................8
Chương 2................................................................................................................. 10
CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT (GPON).10
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................10
2.2. KIẾN TRÚC GPON.....................................................................................10
2.2.1. Cấu trúc hệ thống GPON........................................................................10
2.2.2. Chức năng của các khối trong mạng GPON...........................................11
2.3. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ GPON...............................................................15
2.3.1. Các thông số kỹ thuật.............................................................................15
2.3.2. Khả năng cung cấp băng thông...............................................................16
2.3.3. Khả năng cung cấp dịch vụ....................................................................17
2.3.4. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh.......................................19
2.3.5. Lớp hội tụ truyền dẫn.............................................................................20
2.3.6. Cấu trúc khung GPON...........................................................................24
2.3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu................................................................28
2.3.8. Định cỡ và phân định băng thông động trong GPON.............................34
2.3.9. Bảo mật và mã hoá.................................................................................42
2.3.10. Một số vấn đề cần quan tâm khi tính toán thiết kế đối với mạng GPON
......................................................................................................................... 43
2.4. TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI GPON TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM
............................................................................................................................. 44
2.4.1. Tình hình triển khai GPON trên thế gới.................................................44
2.4.2. Tình hình triển khai GPON tại Việt Nam...............................................44
2.4.3. Các giải pháp của một số hãng điển hình...............................................45
2.5. KẾT LUẬN..................................................................................................46
Chương 3................................................................................................................. 48
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON CHO MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG
TẠI VIỄN THÔNG BẮC NINH.............................................................................48
3.1. ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI GPON CỦA VNPT.....................................48
3.1.1. Định hướng phát triển các dịch vụ mới cho khách hàng.........................48
3.1.2. Định hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng của VNPT................50
3.1.3. Định hướng công nghệ cho mạng truy nhập của VNPT.........................52
3.2. DỰ BÁO NHU CẦU DỊCH VỤ BĂNG RỘNG VÀ PHÁT TRIỂN THUÊ
BAO CỦA VIỄN THÔNG BẮC NINH TỚI NĂM 2016....................................54
3.2.1. Các bước dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao.......................54
3.2.2. Các phương pháp dự báo dịch vụ và thuê bao........................................56
3.2.3. Lựa chọn mô hình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao..........56
3.2.4. Dự báo nhu cầu phát triển dịch vụ và phát triển thuê bao của Viễn thông
Bắc Ninh tới năm 2015....................................................................................58
3.3. HIỆN TRẠNG MẠNG BĂNG RỘNG CỦA VIỄN THÔNG BẮC NINH. .62
3.3.1. Mạng MAN-E........................................................................................62
3.3.2. Mạng truy nhập băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh............................63
3.3.3. Nhận xét chung.......................................................................................64
3.4. PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI GPON CHO VIỄN THÔNG BẮC NINH TỚI
NĂM 2016 VÀ ĐỊNH HƯỚNG TỚI NĂM 2020...............................................65
3.4.1. Nguyên tắc triển khai.............................................................................65
3.4.2. Tính toán băng thông, lựa chọn thiết bị..................................................67
3.4.3. Lộ trình triển khai GPON của Viễn thông Bắc Ninh tới năm 2016........69
3.4.4. Định hướng triển khai GPON của Viễn thông Bắc Ninh tới năm 2020..72
3.5. KẾT LUẬN..................................................................................................72
KẾT LUẬN.............................................................................................................73
KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO........................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................75
PHỤ LỤC................................................................................................................ 77
Phụ lục A : Các phương pháp dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao.....77
Phụ lục B : Dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao của Viễn thông Bắc
Ninh tới năm 2016...............................................................................................79
Phụ lục C: Hiện trạng mạng truy nhập băng rộng Viễn thông Bắc Ninh.............91
Phụ lục D: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại Viễn
thông Bắc Ninh..................................................................................................101
Phụ lục E: Kiến trúc các mặt phẳng C/M và mặt phẳng U................................104
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ADSL
Đường dây thuê bao số không
AES
Advanced Encryption Standar
Chuẩn mã hoá tiên tiến
Alen
ATM (partition) lenght
Chiều dài phần ATM
Alloc-ID Allocation Identifier
Bộ nhận dạng phân định
AON
Active Optical Network
Mạng quang tích cực
APON
ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động ATM
ATM
Asynchronous Tranfer Mode
BCH
Bose-Chaudhuri-Hocquengham Mã BCH
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ bit lỗi
BIP
Bit Interleaved Parity
Bit kiểm tra chẵn lẻ
Blen
Chiều dài bản đồ băng thông
B-PON
Broadband Passive Optical
Mạng quang thụ động băng rộng
BRAS
Broadband Remote Access
Server
Server truy nhập băng rộng từ xa
BW
Bandwith
Băng thông
BWmap Bandwith map
Chế độ truyền tải không đồng bộ
Bản đồ băng thông
CAT5
Phân loại 5
CATV
Cable Television
Truyền hình cáp
CO
Central Office
Trung tâm truy nhập
CES
Carrier Ethernet Switch
Bộ chuyển mạch mang lưu lượng Ethernet
CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra vòng dư
DBA
Dynamic Bandwith Assigment
Phân định băng thông động
DBR
Deterministic Bit Rate
Tốc độ bit danh định
DBRu
Dynamic Bandwith Report
Báo cáo băng thông động luồng lên
DRR
Deficit round - robin
Quay vòng không đầy đủ
DSL
Digital Subscriber Line
Đường dây thuê bao số
DSLAM Bộ ghép kênh truy nhập đường
dây thuê bao số
DSL
EPON
Ethernet Passive Optical
Mạng quang thụ động Ethernet
Viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
FCS
Frame Check Sequence
Dãy bit kiểm tra khung
FEC
Forward Error Correction
Sửa lỗi trước
FTTB
Fiber to the Building
FTTC
Fiber to the Curb
Cáp quang nối đến cụm dân cư
FTTH
Fiber to the Home
Cáp quang nối đến nhà thuê bao
FTTN
Fiber to the Node
Cáp quang nối đến các điểm nút
GEM
G-PON Encapsulation Method
Phương thức đóng gói GPON
GPM
G-PON Physical Media
Môi trường vật lý GPON
GPON
Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit
GTC
G-PON Transmission
Hội tụ truyền dẫn GPON
HDSL
Hight bit rate DSL
Đường dây thuê bao số tốc độ cao
HDTV
Hight Difinition Television
Truyền hình phân giải cao
HEC
Header Error Control
Điều khiển lỗi mào đầu
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ thuật điện và điện tử
IPTV
IP Television
Truyền hình IP
Mạng cục International Telecommunication Liên minh viễn thông quốc tế
bộ ITU Union
MANLoc Metro Area Network
Mạng đô thị
MANE
MAN Ethernet
Mạng đô thị công nghệ Ethernet
MSAN
Multi Service Access Node
Nút truy cập đa dịch vụ
OAM
Operation Administration
Vận hành, quản lý, bảo dưỡng
ODN
Mạng phân phối quang
OLT
Optical Line Terminal
OMCI
ONU Management and Control Giao diện quản lý và điều khiển ONU
ONT
Optical Network Termination
ONU
Thiết bị đầu cuối quang người
Thiết bị kết cuối đường quang
Thiết bị kết cuối mạng quang
ONU-ID ONU Identifier
Nhận dạng ONU
PCBd
Physical Control Block
Khối điều khiển vật lý hướng xuống
PDU
Protocol Data Units
Đơn vị số liệu giao thức
Plend
Payload Length downstream
Chiều dài tải hướng xuống
Viết tắt
PLI
Tiếng Anh
Payload Length Indicator
Tiếng Việt
Chị thị chiều dài tải
PLOAM Physical Layer OAM
Lớp vật lý OAM
PLOAMd PLOAM downstream
PLOAM hướng xuống
PLOAMu PLOAM upstream
PLOAM hướng lên
PLOu
Physical Layer Overhead
PLSu
Power Levelling Sequence
Điều khiển công suất hướng lên
PMD
Physical Medium Dependent
Phụ thuộc môi trường vật lý
PON
Passive Optical Network
Mạng quang thụ động
Port-ID
Port Identifier
Nhận dạng cổng
PTI
Payload Type Indicator
Chỉ thị loại tải
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RTD
Round Trip Delay
Trễ khứ hồi
SDH
Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ
SDU
Service Data Unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SDTV
Standard Definition Television
Truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn
STM
Synchrounous Transport Mode Chế độ truyền tải đồng bộ
TC
Transmission Convergence
T-CONT Transmission Container
Hội tụ truyền dẫn
Khối truyền dẫn
TDMA
Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian
TDM
Time Division Multiplexing
Ghép kênh theo thời gian
VC
Virtual Channel
Kênh ảo
VCI
Virtual Channel Identifier
Nhận dạng kênh ảo
VDSL
Very High Bit DSL
Đường dây thuê bao số tốc độ rất cao
VLAN
Virtual LAN
Mạng LAN ảo
VoD
Video On Demand
Video theo yêu cầu
VPI
Nhận dạng đường ảo
VPN
Virtual Private Network
Mạng riêng ảo
WAN
Wide Area Network
Mạng diện rộng
WDM
Wavelength Division
Ghép kênh theo bước sóng
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Băng thông của các dịch vụ.....................................................................48
Bảng 3.2. Phân loại đối tượng khách hàng..............................................................49
Bảng 3.3. Thuê bao điện thoại cố định, băng rộng tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2006 –
2010......................................................................................................................... 60
Bảng 3.4. Thống kê số thuê bao cố định, băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh giai
đoạn 2006 -2010......................................................................................................60
Bảng 3.5. Dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao của Viễn thông Bắc Ninh
đến năm 2015..........................................................................................................61
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mô hình mạng quang thụ động..................................................................4
Hình 1.2. Các kiểu kiến trúc của PON.......................................................................5
Hình 2.1. Kiến trúc mạng GPON.............................................................................10
Hình 2.2. Các khối chức năng của OLT..................................................................11
Hình 2.3. Các khối chức năng của ONU.................................................................12
Hình 2.4. Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2.....................................13
Hình 2.5. Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao...............................................14
Hình 2.7. Mô hình TDMA GPON hình cây.............................................................19
Hình 2.8. Ngăn xếp giao thức của GTC...................................................................21
Hình 2.9. Khái niệm điều khiển truy nhập môi trường............................................23
Hình 2.10. Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên.............................24
Hình 2.11. Cấu trúc khung đường xuống.................................................................25
Hình 2.12. Các trường thông tin trong khung đường xuống....................................25
Hình 2.13. Cấu trúc khung đường lên......................................................................26
Hình 2.14. Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên...........................27
Hình 2.15. Cấu trúc khung và mào đầu GEM..........................................................28
Hình 2.16. Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM......................................30
Hình 2.17. Một số trường hợp phân mảnh...............................................................31
Hình 2.18. Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC.....................................32
Hình 2.19. Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM...................................33
Hình 2.20. TDM ánh xạ qua GEM..........................................................................34
Hình 2.21. Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM..................................34
Hình 2.22. Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON..............................35
Hình 2.23. Cửa sổ định cỡ.......................................................................................36
Hình 2.24. Thủ tục định cỡ pha 1............................................................................37
Hình 2.25: Thủ tục định cỡ pha 2............................................................................37
Hình 2.26. Phân định băng thông động....................................................................38
Hình 2.27. Nguyên lý của hàng đợi công bằng........................................................39
Hình 2.28. DRR sử dụng thông báo nhiều hàng đợi................................................42
Hình 3.1. Các giải pháp cung cấp FTTx..................................................................50
Hình 3.2. Quy trình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao.........................54
Hình 3.3. Mô hình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao..........................57
Hình 3.4. Hiện trạng cấu hình mạng MAN-E Viễn thông Bắc Ninh.......................63
Hình 3.5. Mô hình đấu nối hiện tại các trạm băng rộng Viễn thông Bắc Ninh........64
-1-
MỞ ĐẦU
Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, trong
đó thông tin là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã hội. Do đó, nhu cầu truyền
thông ngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện
trong đời sống kinh tế – xã hội của từng quốc gia cũng như kết nối toàn cầu. Để đáp
ứng được vai trò động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, mạng
truyền thông cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông
rộng, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội, trong đó mạng
truy nhập đóng vai trò rất quan trọng trong việc đưa các dịch vụ tốc độ cao, băng
thông rộng đến người sử dụng. Để đáp ứng nhu cầu đó, các nhà khoa học, các tổ
chức viễn thông quốc tế, các hãng cung cấp thiết bị, các nhà khai thác,… đã và đang
nghiên cứu phát triển và áp dụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao
và đa phương tiện để phát triển mạng viễn thông. Trong đó, công nghệ PON
(Passive Optical Network) nói chung và GPON (Gigabit Passive Optical Network)
nói riêng là một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề băng thông trong mạng
truy nhập, cho phép triển khai các dịch vụ băng rộng/tốc độ cao và các dịch vụ có
tính tương tác.
Hiện tại, ở nước ta mạng truy nhập cáp đồng truyền thống vẫn còn khá lớn,
không thể đáp ứng được các yêu cầu trên của xã hội mà hầu như chỉ đáp ứng được
dịch vụ thoại và các dịch vụ số liệu tốc độ thấp. Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông của nước ta hiện nay, trong đó có Tập đoàn VNPT nói chung và Viễn
thông Bắc Ninh nói riêng, đã và đang nghiên cứu lựa chọn các giải pháp công nghệ
xây dựng mạng truy nhập có băng thông rộng, trong đó công nghệ PON nói chung
và GPON nói riêng là một xu hướng có tính khả thi cao, để đáp ứng nhu cầu trao
đổi thông tin của xã hội.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu giải pháp công nghệ GPON và ứng dụng cho
mạng truy nhập để phát triển mạng viễn thông của Viễn thông Bắc Ninh để đảm bảo
được tính kinh tế – kỹ thuật và đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin hiện tại và
trong tương lai của Bắc Ninh là một vấn đề cấp thiết.
-2-
Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, em đã quyết định chọn
đề tài: "Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập băng
rộng của Viễn thông Bắc Ninh" làm luận văn Thạc sỹ kỹ thuật. Luận văn gồm 3
chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng truy nhập quang thụ động (PON)
Chương 2: Công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Gigabit (GPON)
Chương 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại
Viễn thông Bắc Ninh
-3-
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THU ĐỘNG
(PON)
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng rộng ngày càng
tăng cả về số lượng và chất lượng dịch vụ. Đứng trước tình hình đó, một số công
nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp ứng những đòi hỏi về băng thông như DSL hay
cáp modem. Tuy nhiên, cả DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu
cầu về băng thông cho mạng truy nhập. Trong bối cảnh đó, công nghệ truy nhập
quang thụ động PON (Passive Optical Network) được cho là một giải pháp tối ưu
cho mạng truy nhập băng rộng. Người ta trông đợi PON sẽ giải quyết 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, các điểm kết cuối, các điểm truy nhập và một
bên là các công ty được cung cấp dịch vụ, hay một khu vực tập trung các thuê bao.
Trong các khuyến nghị về mạng và các hệ thống truyền dẫn, ITU-T đã đưa các
định nghĩa và kiến trúc làm cơ sở cho việc xây dựng mạng quang thụ động. Một
cách ngắn gọn, PON có thể được định nghĩa như sau: “PON là một mạng quang
không có các phần tử điện hay các thiết bị quang điện tử”. Như vậy với khái niệm
này, mạng PON sẽ không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự
chuyển đổi điện - quang. Thay vào đó, PON sẽ chỉ 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 không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy
hao nhiều như đối với các phần tử tích cực.
1.2. KIẾN TRÚC MẠNG PON
Mô hình mạng quang thụ động PON như trong Hình 1.1
-4-
Hình 1.1. Mô hình mạng quang thụ động
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn
gọi là mạng 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 ở đầu cuối của PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và
truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang
thông qua bộ ghép quang. 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
cho các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các khu trường
sở,...
Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm,
với một CO 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 hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc
bus như trong Hình 1.2
-5-
Hình 1.2. Các kiểu kiến trúc của PON
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 cấu hình trên. Ngoài ra, PON còn có thể thu
gọn lại thành các vòng ring 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 (Center Office) và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay
mạng diện rộng (WAN), là những mạng đường trục. ONU nằm tại vị trí đầu cuối
người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC).
Trong các cấu hình trên, cấu hình hình cây 1:N như Hình 1.2 (a), hay cấu hình
cây và phân nhánh Hình 1.2 (b) được sử dụng phổ biến nhất. Đây là những cấu hình
rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như những đòi hỏi
ngày càng tăng về băng thông.
1.3. CÁC CÔNG NGHỆ PON
1.3.1. CÔNG NGHỆ 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 nhập băng rộng và FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON
sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của ATM. Hệ thống này được gọi là
-6-
APON (viết tắt của 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 ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu.
1.3.2. CÔNG NGHỆ EPON/GEPON
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 đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn
giữ các tính chất của Ethernet truyền thống. Ethernet PON (EPON) được bắt đầu
nghiên cứu trong thời gian gian này. EPON là mạng PON mang lưu lượng dữ liệu
gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3.
1.3.3. CÔNG NGHỆ GPON
Từ năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng
Gigabit PON (GPON) bao gồm G.984.1, G.984.2, G.984.3 và G.984.4.
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 đòi hỏi rất ít thủ
tục. Chính vì thế mà hiệu suất băng thông của GPON đạt tới trên 90%. GPON có
các ưu điểm như: Cung cấp dịch vụ bộ ba: hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu và hình
ảnh truyền theo định dạng gốc của nó. Rất nhiều các dịch vụ Ethernet như QoS,
VLAN, pVLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) và RSTP (Rapid
Spanning Tree Protocol) cũng được hỗ trợ. Hiệu suất và tốc độ đường truyền cao
nhất: tốc độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng lên tới 2,5/2,5 Gbit/s và là công
nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH và FTTB.
-7-
Hiện nay cũng như trong tương lai GPON là công nghệ phù hợp cho việc
truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ thoại và hình ảnh qua PON bằng việc sử
dụng giao thức SONET/SDH
1.3.4. CÔNG NGHỆ 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. TDM PON
(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 thông qua nhãn địa
chỉ nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh trong miền thời gian. WDM PON 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 thông qua bộ ghép sóng
WDM tới OLT. Do sử dụng một bước sóng cho mỗi ONU nên WDM PON có tính
bảo mật và tính mềm dẻo tốt hơn. Công nghệ WDM PON sẽ là sự lựa chọn của
tương lai và là bước phát triển kế tiếp cho các công nghệ mạng truy nhập quang
PON.
1.3.5. NHẬN XÉT
Hiện 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.
Trong khi, EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại cho
phép đạt tới tốc độ 2,448 Gbit/s. EPON tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định
các thủ tục truyền thông vì vậy nó chỉ đạt hiệu suất từ 50% ÷ 70%, băng thông của
EPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps. Trong khi đó, GPON 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. GPON cho
phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2.300 Mbps, độ
rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp
dịch vụ. Đã được chuẩn hoá theo ITU–T G.984, GPON cho phép cung cấp đường
-8-
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. Độ rộng băng GPON có thể đáp ứng cho truyền dữ liệu
Internet, nhiều dòng IPTV đồng thời (Internet Protocol Television) và có thể hỗ trợ
truyền thông 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
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 FTTH và FTTB/FTTC. 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 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 quang thác 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.
1.4. 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 (OLT) và kết cuối
mạng (ONU). Một mạng PON hỗ trợ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus, hoặc
ring, do đó giúp cho việc linh hoạt trong vấn đề tổ chức mạng.
-9-
Các hệ thống PON đang được triển khai trên thế giới gồm: APON/BPON,
GPON và EPON. Trong đó APON/BPON là những hệ thống được nghiên cứu và
triển khai từ giữa những năm 90 của thế kỷ 20, đây là các hệ thống truy nhập quang
băng rộng hỗ trợ chỉ cho lưu lượng ATM. Thế hệ kế tiếp của APON/BPON là
GPON với việc cải thiện hơn về tốc độ, hỗ trợ nhiều tốc độ khác nhau cho cả đường
lên và đường xuống, đặc biệt là hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP. GPON được chuẩn
hoá bởi ITU-T với chuẩn G.984. Được nghiên cứu muộn hơn, từ năm 2001, hệ
thống EPON cũng đã được triển khai khá phổ biến tại một số nước trên thế giới.
EPON được xây dựng trên cơ sở công nghệ Ethernet, EPON chỉ hỗ trợ truyền dẫn
đối xứng.
Hiện nay GPON đã được triển khai rộng rãi tại một số nước, GPON cũng đã
được lựa chọn để thay thế cho các mạng truy nhập của nhiều nước trên thế giới. Với
những đặc điểm kỹ thuật công nghệ mềm dẻo hỗ trợ nhiều lựa chọn cho tốc độ truy
nhập, đồng thời hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ
tích hợp với chất lượng cao, GPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ của
mạng truy nhập thế hệ mới.
- 10 -
Chương 2
CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT
(GPON)
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
GPON (Gigabit Passive Optical Network) được 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. GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Gbit/s
của băng thông luồng xuống và 1,244 Gbit/s thậm chí tới 2,448 Gbit/s của băng
thông luồng lên. Phương thức đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method) cho
phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép
nâng cao chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm
như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ
cả dịch vụ TDM và Ethernet, điều đó cho phép GPON hỗ trợ nhiều loại dịch vụ với
chi phí thấp cũng như khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị.
2.2. KIẾN TRÚC GPON
2.2.1. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPON
Hình 2.1. mô tả cấu hình hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một bộ
chia quang và các sợi quang. Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia
quang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối tới ONU.
Hình 2.1. Kiến trúc mạng GPON
- Xem thêm -